《通信原理课程设计》.doc

西安欧亚学院信息工程学院课程设计 信息工程学院2014 / 2015学年第一学期课程设计报告课程名称： 通信原理课程设计 专业班级： 统本通信1201 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 马小青 12设计任务书设计题目基于MATLAB/Simulink的2ASK数字频带传输系统建模与仿真学生姓名尚鹏飞学号113250010238 12610901151002专业通信工程班级统本1201张博设计系统参数1、基于Simulink的系统建模的系统参数：（1）随机产生一段二进制数字信号：二进制数字“0”出现的概率可设置为0.5、0.4（任选）；Initial seed:不使用默认值；Sample time:自设（2）载波信号参数：幅度为2，频率为8Hz（3）信道加入高斯白噪声：噪声参数自设2、基于M文件的程序编写的系统参数自设设计要求要求：调制采用模拟相乘法或键控法，解调采用非相干解调法或相干解调法。1、基于Simulink的系统建模要求：调制模块建模：（1）数字基带信号及载波信号显示（2）未加噪声已调信号及叠加噪声的已调信号显示解调模块建模：如果采用非相干解调法，要求显示：（1）数字基带信号和已调信号；（2）整流后信号；（3）滤波后信号；（4）抽样脉冲；（5）解调信号如果采用相干解调法，要求显示：（1）数字基带信号和已调信号；（2）载波信号；（3）带通滤波输出信号及乘法器输出信号；（4）低通滤波器输出；（5）解调信号2、基于M文件的程序编写要求显示波形和1相同。基于MATLAB/Simulink的2ASK数字频带传输系统建模与仿真摘要：本毕业设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台进行ASK频带传输系统仿真，并把运行仿真结果输入到显示器，根据显示器结果分析设计的系统性能。在毕业设计中，目的主要是仿真通信系统中频带传输技术中的ASK调制。产生一段随机的二进制非归零码的基带信号，对其进行ASK调制后再送入加性高斯白噪声（AWGN）信道传输，在接收端对其进行ASK解调以恢复原信号，观察还原是否成功，改变AWGN信道的信噪比，计算传输前后的误码率，绘制信噪比-误码率曲线，并与理论曲线比较进行说明关键词：Simulink，ASK调制，高斯白噪声，信噪比-误码率西安欧亚学院信息工程学院课程设计目录1. 引 言61.1 设计目的61.2设计平台62. 基本原理72.1二进制振幅键控原理（2ASK）73.系统设计83.1 ASK调制与解调83.2加入高斯白噪声后的ASK调制与解调84.出现的问题及解决方法12结束语131西安欧亚学院信息工程学院课程设计1. 引 言本次课程设计主要是深入理解和掌握2ASK频带传输的过程。通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解。通过课程设计，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。1.1 设计目的通过设计基于MATLAB/Simulink的ASK频带传输系统仿真与性能分析，让我深入理解和掌握二进制数字调制通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。使学生对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。在进行了专业基础课和通信原理课程教学的基础上，设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解。1.2设计平台Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink2。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。2. 基本原理2.1二进制振幅键控原理（2ASK）数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。2ASK信号可表示为 （2-1）式中，为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列 （2-2）其中，g(t)是持续时间、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；为二进制数字 （2-3）2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制（相乘器法）和键控法。本课程设计运用模拟幅度调制的方法，用乘法器实现。相应的调制如图2-3：乘法器图2-3模拟相乘法AM信号的解调一样，2ASK/OOK信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。本课程设计要求的是相干解调，如图2-4：带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出图2-4相干解调方式3.系统设计 3.1 ASK调制与解调整个ASK的仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。3.2加入高斯白噪声后的ASK调制与解调整个加入高斯白噪声后的ASK仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，送入加性高斯白噪声（AWGN）信道中传输。在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。如图3-5所示：图3-5 ASK调制与解调中加入高斯白噪声仿真图第一路为基带信号波形图，第二路为ASK已调后的波形图，第三路为加入载波信号的波形图，第四路为加入高斯白噪声后的波形图，第五路为经过带通滤波器后与载波相乘后的波形图，第六路为经过低通滤波器后的波形图，第七路为ASK解调后的波形图。在ASK调制与解调中加入高斯白噪声后，波形出现了失真，解调也有误码存在，系统基本符合设计要求。图3-6 各点信号的波形 图3-7为MATLAB的波形图4.出现的问题及解决方法在本次课程设计运用了MATLAB软件建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和老师同学的帮助都一一解决，总结分析分析如下：1、在解调时没有加噪声出现误码率。解答办法：出现误码数据时，可以根据示波器的输出波形，合理修改误码器中的receive delay的数据就可以使误码数据为零。2、示波器中的波形只出现一部分。解决办法：双击示波器，修改data history中的limit data points to last的数据，再重新运行Simulink观察示波器即可看到准确图形。3、解调波形时无失真，但解码后波形严重失真。解决办法：这是由于信号经过低通滤波器后会产生时延，而本次课程设计中信号是以帧的形式进行传输，因而在解调输出端若直接使用解调信号，将会产生严重失真。因而，要在解调输出端加入延时模块，使其延时的比特数恰好等于一帧所含的比特数。系统的时延可从解调信号的波形图中看出，加入的模块数等于一帧所含的比特数减去系统时延的比特数。收获和致谢非常感谢马小青老师的指导，在老师的身上我们学到的不仅仅是知识的层面，更重要的是老师追求知识的热情，以及对本身工作严谨的态度，让我受益匪浅。 虽然我们在设计中碰到的很多个人困难，但在这些困难面前，我却越来越有耐心地去解决。完成一个设计会让我们自己获益匪浅，理论用于指导实践，也必须应用于实践。必须自己动脑动手，这样加深了对知识的理解，也能使自己对知识的运用更加娴熟。同时，也多亏了众多同学和老师的帮助。特别是在马小青老师的耐心指导下，我解决了很多问题。同时，我也在马小青老师的身上学到了许多有用的知识和设计的思路，在此我表示十分感谢！由衷地感谢各位给我帮助的同学和老师！在本次课程设计中，我了解到了通信系统仿真的重要性。它可以很好地让我们理解通信原理，能够对原理进行仿真，这对于我们专业的学生来说是非常重要的。因为我们以后会经常用到系统仿真来设计我们所需的通信系统，需要从仿真结果检验出我们所设计的系统是否达到目标，从中及时发现并解决设计问题，不断地改进和优化方案，这样可以提高效率，节约投资，缩短开发设计时间。因此，了解和掌握通信系统仿真对于通信专业学生而言尤其重要。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。在做课程设计准备工作的时候，我们应该明确以下几点：首先，应该明确设计的要求，到底让我们做什么，要达到什么样的