ASK信号的仿真分析matlab课程设计报告

武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 I 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 瞿子敬瞿子敬 专业班级 专业班级 通信通信 1104 班班 指导教师 指导教师 张小梅张小梅 工作单位 工作单位 信息工程学院信息工程学院 题目 题目 ASK 信号的仿真分析 课程设计目的 课程设计目的 1 较全面的了解常用的数据分析与处理原理及方法 2 能够运用相关软件进行模拟分析 3 掌握基本的文献检索和文献阅读的方法 4 提高正确的撰写论文的基本能力 课程设计内容和要求课程设计内容和要求 1 内容 ASK 信号的调制和解调 2 要求 调制信号 300Hz 正弦信号 经过 律 PCM 编码 载波频率 100kHz 解调方式 同步解调 画出调制信 号 已调信号 解调信号的波形 频谱以及误码率与输入信噪比的关系曲线 初始条件初始条件 matlab 仿真平台 时间安排时间安排 1 方案设计 1 天 2 软件设计 2 天 3 系统调试 1 天 4 答辩 1 天 指导教师签名 指导教师签名 年年 月月 日日 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 II 系主任 或责任教师 签名 系主任 或责任教师 签名 年年 月月 日日 目录目录 1 2ASK 系统介绍 1 1 1 2ASK 系统的意义 主要功能 1 1 2 调制解调原理 系统性能分析 1 2 设计流程 2 2 1 产生 2ASK 信号产生 2 2 2 功率谱分析 3 2 3 对已调信号的相干解调 3 3 源程序 3 3 1 律 PCM 编码 3 3 2 信号的调制 5 3 3 信道加噪 8 3 4 信号的解调 8 3 5 ASK 的误码率 11 4 心得体会 12 5 参考文献 14 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 III 摘要摘要 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算 可视化以及 交互式程序设计的高科技计算环境 它将数值分析 矩阵计算 科学数据可视 化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视 窗环境中 为科学研究 工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域 提供了一种全面的解决方案 并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语 言 如 C Fortran 的编辑模式 代表了当今国际科学计算软件的先进水平 MATLAB 和 Mathematica Maple 并称为三大数学软件 它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指 MATLAB 可以进行矩阵运算 绘制函数和 数据 实现算法 创建用户界面 连接其他编程语言的程序等 主要应用于工 程计算 控制设计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与 分析等领域 MATLAB 的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式与数学 工程中常用的形式十分相似 故用 MATLAB 来解算问题要比用 C FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多 并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等软件的 优点 使 MATLAB 成为一个强大的数学软件 在新的版本中也加入了对 C FORTRAN C JAVA 的支持 可以直接调用 用户也可以将自己编写 的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用 此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序 用户可以直接进行下载就可以用 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 IV 关键字 matlab 软件 编程 计算 AbstractAbstract MATLAB is a high level technical computing language and interactive environment for algorithm development data visualization data analysis and numeric computation Using MATLAB you can solve technical computing problems faster than with traditional programming languages such as C C and Fortran You can use MATLAB in a wide range of applications including signal and image processing communications control design test and measurement financial modeling and analysis and computational biology Add on toolboxes collections of special purpose MATLAB functions available separately extend the MATLAB environment to solve particular classes of problems in these application areas MATLAB provides a number of features for documenting and sharing your work You can integrate your MATLAB code with other languages and applications and distribute your MATLAB algorithms and applications Key words matlab applications algorithm development 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 V 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 1 1 2ASK 系统介绍系统介绍 1 1 2ASK 系统的意义 主要功能系统的意义 主要功能 数字幅度调制又称幅度键控 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 时续的输出 有载波输出时表示发送 1 无载波输出时表示发送 0 本设 计主要采用相乘法来产生 2ASK 信号 实现 2ASK 的数字调制 采用相干解调 法对 2ASK 信号进行解调 1 2 调制解调原理 系统性能分析调制解调原理 系统性能分析 1 2ASK2ASK 调制原理调制原理 模拟开关电路 74HC4066 ASK载波输入 ASK基带输入 电压比较器 LM339 电压跟随电路 TL082 ASK调制输出 ASK 基带信号经过电压比较器 LM339 输出高 低电平驱动模拟开关 74HC4066 导通 关闭 ASK 载波通过电压跟随电路 TL082 提高带负载 能力 然后通过模拟开关电路选择通过 截止 最后得到 ASK 调制信号输出 2 2 2ASK2ASK 解调原理解调原理 本实验采用的是包络检波法 ASK 调制信号经过 RC 组成的耦合电路 输 出波形可从 OUT1 观察 然后通过半波整流器 由 1N4148 组成 输出波形可 从 OUT2 观察 半波整流后的信号经过低通滤波器 由 TL082 组成 滤波后 的波形可从 OUT3 观察 再经过电压比较器 LM339 与参考电位比较后送入 抽样判决器 74HC74 进行抽样判决 最后得到解调输出的二进制信号 标号 为 ASK 判决电压调节 的电位器用来调节电压比较器的判决电压 判决电压 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 2 过高 将会导致正确的解调结果的丢失 判决电压过低 将会导致解调结果中 含有大量错码 因此 只有合理选择判决电压 才能得到正确的解调结果 抽 样判决用的时钟信号就是 ASK 基带信号的位同步信号 3 系统性能分析系统性能分析 在相同的信噪比下 2ASK 信号相干解调时的总误码率低于包络检波法时 的总误码率 但两者的误码性能相差并不大 且两者的最佳判决门限电平都依 赖于接收信号的包络值 这个特性使得 2ASK 不适用于变参信道 只能用在像 电缆一类的恒参信道中 2 设计流程设计流程 2 1 产生产生 2ASK 信号产生信号产生 本设计采用 300Hz 的正弦信号 通过 律 PCM 编码 调制有两种方法 其中一种是对载波的通和断的键控 用一个模拟开关作为调 制载波的输出通 断控制门 由二进制序列 S t 控制门的通断 S t 1 时 开关导通 即输出载波信号 S t 0 时开关截止 即输出零电平 另一种是 2ASK 信号可视为 S t 与载波的乘积 其调制的数学原理为 e t S t cos ct 其中 e t 就是调制后的信号 s t 是随时间变化的二进制序列 就是调制信号 cos t 是时间连续的余弦函数 也就是载波信号 因此 2ASK 原理可理解为 用二进制数字信号与一个余弦函数相乘 当二进制为 1 时 输 出载波信号 当二进制为 0 时 输出零电平 产生信号就是 2ASK 信号 为了窗口的美观 我们取 200 为单位画出坐标 同时 当遇到 1 时 输出 200 个值为 1 的点 当遇到 0 时 输出 200 个值为 0 的点 并让这些点相连 使之 连续 形成直线 2 2 功率谱分析功率谱分析 由于二进制序列一般为随机序列 其频域分析的对象为信号功率谱密度 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 3 S t 则为二进制随机单极性矩形脉冲序列 且任意码元为 0 的概率为 p 二进 制序列码元速率 Rs 在数值上相等 2ASK 信号的双边功率谱密度表达式为 0 1 4 1 1 4 1 2 2 2 2 2 ccs cccASK ffffGPf ffGffGPPffP 上式表明 2ASK 信号的功率谱密度由两部分组成 1 由 g t 经线性幅度 调制所形成的双边带连续谱 2 由被调载波分量确定的载频离散谱 2 3 对已调信号的相干解调对已调信号的相干解调 其实 我们先对信号进行频域分析 主要目的是要确定信号的带宽 进而 才能设计相应的滤波器对已调信号进行解调 用本地产生一个频率 相位都与载波相同的余弦信号与接收到的信号相乘 其 他部分相同 然后设计低通滤波器进行解调 3 源程序源程序 3 1 律律 PCM 编码编码 function f pcmcode y 8 位二进制 PCM 编码 y 为输入抽样值 f zeros length y 8 z sign y y y 128 y fix y y abs y for i 1 length y if y i 128 y i 127 999 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 4 end end for i 1 length y for j 6 1 0 f i 8 j fix y i 2 j end end for i 1 length y if z i 1 f i 1 0 else f i 1 1 end end 图 1 300Hz 正弦信号 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 5 图 2 调制信号经量化后的波形 3 2 信号的调制信号的调制 由于不可能将每个二进制序列都进行调制 因此 本文选用随机的二进制序列 作为测试用例 对其进行调制解调 signal 0 0 0 1 1 1 1 1 bitRate 100000 fc 100000 N 32 t linspace 0 1 bitRate N c sin 2 pi t fc transmittedSignal for i 1 length signal transmittedSignal transmittedSignal i c end figure 2 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 6 plot 1 length transmittedSignal transmittedSignal title 调制后波形 grid on figure 3 m 0 length transmittedSignal 1 F fft transmittedSignal grid on end 图 3 输入的二进制序列 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 7 图 4 调制后波形 图 5 已调信号频谱 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 8 3 3 信道加噪信道加噪 function signal gussian transmittedSignal noise signal sqrt 2 transmittedSignal signal awgn signal noise figure 5 plot 1 length signal signal title 加噪后的波形 grid on end 图 6 加噪后的波形 3 4 信号的解调信号的解调 function bitstream demoASK receivedSignal bitRate fc n N 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 9 t linspace 0 1 bitRate N f cos 2 pi fc t load num signal1 receivedSignal signal2 signal1 f signal3 filter num1 1 signal2 IN fix length num1 2 bitstream LL fc bitRate N i IN LL 2 while i 0 5 i i LL end figure 6 plot 1 length signal3 signal3 title Wave of LPF grid on bit for i 1 length bitstream if bitstream i 0 bit1 zeros 1 N else bit1 ones 1 N end bit bit bit1 end figure 7 plot bit 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 10 title 解调后波形 grid on axis 0 N length bitstream 2 5 2 5 end 图 7 解调后的波形 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 11 图 8 经低通滤波器的波形 3 5 ASK 的误码率的误码率 load PeRate load PeRatep fpeask 15 le 3 fpefsk 9 le 3 figure 12 semilogy 6 length fpefsk 7 fpeask grid on title Bit Errot Rate Of ASK xlabel r dB ylabel PeASK 武汉理工大学 Matlab 课程设计 报告 12 图 9 ASK 误码率曲线 4 心得体会心得体会 通过此次的课程设计 感触颇深 因为让我认识到了