2ASK信号的调制与解调分析与研究.doc

实验总成绩： 装 订 线报告份数： 西安邮电大学 通信与信息工程学院 科研训练论文专业班级： 学生姓名： 学号(班内序号): 2013 年 09月 22日2ASK信号的调制与解调分析与研究The analysis and research of modulation and demodulation to 2ASK signal 摘要： 现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下,设计一个2ASK调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。关键字：2ASK matlab 调制 解调Abstract: Modern communication systems require communication distance, a communication capacity, transmission quality. As one of the key technologies of modulation and demodulation techniques have been studied in an important direction. From the earliest analog AM FM technology is improving, and now widely used digital modulation techniques, making the information transmission more efficient and reliable. Binary amplitude shift keying modulation scheme is an old, is the basis for a variety of digital modulation. This course is designed primarily integrated environment using MATLAB to design a 2ASK modulation and demodulation system with an oscilloscope modulated signal waveform before and after; observed modulation spectrum analysis module signal spectrum before and after the change.Keywords: 2ASK; MATLAB; Modulation; Demodulation引言： 本课程设计主要是运用matlb深入理解和掌握2ASK信号的调制和解调。锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时培养我们进行独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加工作打下良好的基础二进制振幅键控本次设计采用的流程图如图2-1所示。图 2-1 2ASK调制解调框图一.2ASK调制原理2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变。信息比特是通过载波的幅度来传递的。其信号表达式为：，S(t)为单极性数字基带信号。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号S(t)通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图2-2所示。图 2-2 典型2ASK波形e2ASK(t)为已调信号，它的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有s(t)的信息。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由s(t)来控制电路的开关进而进行调制。两种方法的调制如图2-3和图2-4所示。图 2-3 模拟调制法（相乘器法）图 2-4 键控法二.2ASK解调原理2ASK有两种基本解调方法：相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波法）。相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。相乘后的信号只要滤除高频部分就可以了。为确保无失真还原信号，必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。本次设计采用相干解调法。三. MATLB仿真结果及分析通过编写M文件程序（见附录），产生随机信号，按图2-1顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现2ASK的调制与解调过程。本次设计采用模拟调制法（相乘器法）和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图相干解调后的信号与原信号的比较四.基于SystemView的2ASK调制与解调系统仿真设计 调幅法 对应基带信号与已调信号波形 通断键控法对应基带信号与已调信号波形2ASK调制系统（相干，非相干）对应基带信号与已调信号波形（非相干）对应基带信号与已调信号波形（相干）图符块参数参数设置：Token0: 双极性二进制基带码源（PN码），参数：Amp=1v；Offset=1v；Rate=10Hz；No.of Level=2；Token1: 乘法器；Token2: 正弦载波信号源，参数：Amp=1V；F=20Hz；Phase=0；Token5: 半波整流；Token6: 模拟低通滤波器，参数：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=3；LoCuttoff=10Hz；Token7: 模拟低通滤波器，参数：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=3；LoCuttoff=10Hz；Token8：乘法器；Token9：正弦载波信号源，参数：Amp=1V；F=20Hz；Phase=0；Token10，11：抽样判决器；Token12，13，15：信宿接收分析器（Sink12,Sink13,Sink15）；Token14：延时。2ASK已调信号的功率谱密度图2ASK信号的功率谱密度示意图 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有式中 fs = 1/Ts即，2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。五.结论：通过本次课程设计，我们主要了解了2ASK调制与解调原理，特别是2ASK调制解调电路的MATLAB实现与调制性能分析，把以前学的通信原理等通信类科目的内容应用到本课程设计，进一步巩固复习通信原理和MATLAB等课程六. 参考文献：1樊昌信，曹丽娜.通信原理M.6.北京.国防工业出版社.2007：298-3222和煦，等.matlab通信仿真M.1.陕西.无.2010：4 张化光，孙秋野MATLAB/SIMULINK实用教程M北京：人民邮电出版社，20093邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模与仿真实例分析，清华大学出版社，5 陈怀琛MATLAB及其在理工课程中的应用指南M西安：西安电子科技大学出版社，20006 薛定宇,陈阳泉.基于Matlab/Simulink 的系统仿真技术与应用M.北京:清华大学出版社,2002:155-157.7 王兴亮.通信系统原理教程M.西安:西安电子科技大学出版社,2009:135-143.8 Mokhtari Mohand,Marie Michel. MATLAB 与SIMULINK 工程应用M.赵彦玲,吴淑红,译.北京:电子工业出版社,2002:123-132.七. 附录MATLB代码clear all;close all;echo on%-系统仿真参数 A=1; %载波振幅fc=2; %载波频率（Hz）snr=10; %信噪比dBN_sample=8;% 基带信号中每个码元的的采样点数N=10000; % 码元数Ts=1; % 码元宽度df=0.01%频率分辨率B=1/Ts;f_start=fc-B;f_cutoff=fc+B;fs=fc*N_sample%系统采样频率，即考虑载波后，一个码元内的采样点数ts=Ts/fs; % 系统采样间隔t=0:ts:N*Ts-ts;Lt=length(t);%-画出调制信号波形及功率谱% 产生二进制信源d=sign(randn(1,N);dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);gt=ones(1,fc*N_sample); % NRZ波形d_NRZ=conv(dd,gt);d_NRZ1=d_NRZ(1:Lt);pause%画出单极性NRZ波形及其功率谱figure(1)subplot(211); plot(t,d_NRZ1);% 画出单极性NRZ信号波形axis(0 10 0 1.2);xlabel(t);ylabel(单极性信号);subplot(212); d_NRZ1f,d_NRZ1,df1,f=T2F(d_NRZ1,ts,df,fs);%求出单极性NRZ信号功率谱plot(f,10*log10(abs(fftshift(d_NRZ1f).2/length(f);% 画出单极性NRZ信号功率谱 axis(-2*B 2*B -50 0);xlabel(f);ylabel(单极性信号功率谱);pause%画出双极性NRZ波形及其功率谱ht=A*sin(2*pi*fc*t);%载波s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht;%生成已调信号2ASKpause%画出已调信号2ASK及其功率谱figure(2)subplot(211);plot(t,s_2ask);%画出2ASK信号axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(2ASK);%求2ASK信号功率谱s_2askf,s_2ask,df1,f=T2F(s_2ask,ts,df,fs);%求出单极性NRZ信号功率谱subplot(212);plot(f,10*log10(abs(fftshift(s_2askf).2/length(f);% 画出单极性NRZ信号功率谱axis(-fc-2*B fc+2*B -50 0);xlabel(f);ylabel(2ASK的功率谱)snr_lin=10(snr/10); %换算成倍数signal_energy=0.5*A2*Ts;%求出接收信号平均能量noise_power=( signal_energy *fs)/(snr_lin*4);%求出噪声方差（噪声均值为0）noise_std=sqrt(noise_power);%求出噪声均方差noise=noise_std.*randn(1,Lt);%以噪声均方差作为幅度产生高斯白噪声%-将已调信号送入信道r=s_2ask(1:Lt)+noise(1:Lt);%叠加了噪声的已调信号，相当于将已调信号送入理想信道H,f=bp_f(length(s_2askf),f_start,f_cutoff,df1,fs,1);%经过理想带通滤波器DEM = H.*s_2askf; %滤波器输出的频谱dem=F2T(DEM,fs);%滤波器的输出波形 dem1=dem(1:Lt)pause%经过理想带通滤波器后的信号波形及功率谱figure(3)subplot(211)%经过理想带通滤波器后的信号波形plot(t,dem1)%画出经过理想带通滤波器后的信号波形axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(理想BPF输出信号);demf1,dem1,df1,f=T2F(dem1,ts,df,fs);%求经过理想带通滤波器后信号功率谱subplot(212)plot(f,10*log10(abs(fftshift(demf1).2/length(f);% 画出经过理想带通滤波器后信号功率谱axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(理想BPF输出信号功率谱);%-进行相干解调，先和本地载波相乘,即混频figure(4)der=dem1(1:Lt).*ht(1:Lt);%和本地载波相乘，即混频subplot(211)%画出混频后的波形plot(t,der);axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(混频后的信号);derf,der,df1,f=T2F(der,ts,df,fs);%求混频后信号的功率谱subplot(212)plot(f,10*log10(abs(fftshift(derf).2/length(f);%画出混频后的功率谱axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(混频后信号的功率谱);LPF,f=lp_f(length(derf),B,df1,fs,1);%求低通滤波器pause%混频信号经理想低通滤波器后的波形及功率谱DM = LPF.*derf; %理想低通滤波器输出信号频谱dm=F2T(DM,fs); %理想低通滤波器的输出波形figure(5)subplot(211)plot(t,dm(1:Lt);%画出经过低通滤波器后的解调出的波形axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(LPF输出信号);subplot(212)dmf,dm,df1,f=T2F(dm,ts,df,fs);%求LPF输出信号的功率谱plot(f,10*log10(abs(fftshift(dmf).2/length(f);%画出LPF输出信号的功率谱axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(LPF输出信号功率谱);%-最后对LPF输出信号抽样判决dm= dm(1:Lt);panjue=zeros(1,N);%建立存储判决值的矩阵%抽样判决，规则：大于等于0判1，小于0判-1for i=1:N; if dm(fc*N_sample*(i-1)+fc*N_sample/2+1)=0;%抽样判决时刻 panjue(i)=1; else panjue(i)=0; endend%-画出判决出的基带信号波形，并和调制信号比较rr=sigexpand(panjue,fc*N_sample);rrt=ones(1,fc*N_sample); % NRZ波形huifu_NRZ=conv(rr,rrt);pause%观察调制信号和解调信号波形figure(6)subplot(211)plot(t,d_NRZ(1:Lt);%调制信号波形axis(0 10 -1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(调制信号);subplot(212)plot(t,huifu_NRZ(1:Lt);%解调信号波形axis(0 10 -1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(解调信号);%-统计误码数numoferr=sum(abs(panjue-d)/2)/N%计算出错误码元数ylabel(解调后的信号);function H,f=bp_f(n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p)%带通滤波器函数 输入设计的滤波器参数，产生带通滤波器频率特性函数H和频率向量f%-输入参数%n 带通滤波器的输入信号长度%f_start 通带起始频率%f_cutoff 带通滤波器的截止频率%df1 频率分辨率%fs 抽样频率%p 滤波器幅度%-输出(返回)参数%H 带通滤波器频率响应%f 频率向量n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); %设计滤波器n_start = floor(f_start/df1); f = 0:d