2ASK系统的仿真

课程设计数字原理课程设计报告班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系摘 要- 2 -Abstract- 2 -1 背景知识- 3 -1.1 数字频带传输系统- 3 -1.2 二进制振幅键控(2ASK)- 3 -1.2.1 基本原理- 3 -1.2.2 2ASK实际应用价值- 5 -1.3 设计平台简介- 5 -1.3.1 MATLAB简介- 5 -1.3.2 Simulink简介- 5 -2 2ASK系统仿真设计- 6 -2.1 2ASK相干解调设计框图- 6 -2.2 应用Simulink进行2ASK相干解调仿真框图- 6 -2.3 选用模块以及参数设定3- 7 -2.4 MATLAB编程3- 12 -3 仿真结果- 19 -3.1 Simulink仿真波形- 19 -3.2 Simulink仿真波形的分析- 20 -3.3 编程呈现的波形- 20 -心得体会- 22 -致 谢- 22 -参考文献- 22 -摘 要调制解调技术作为现代通信系统关键技术之一，一直是备受关注。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。本次设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK仿真系统。用示波器观察调制前后的信号波形，以及加上噪声源后的波形变化。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。关键词：调制解调; 2ASK仿真系统；SimulinkAbstractAs one of the key technologies in modern communication system of modulation and demodulation technology, has been paid much attention. The binary amplitude shift keying is a kind of ancient modulation, which is the basis of all kinds of digital modulation. This design is mainly Simulink simulation platform based on MATLAB integrated environment, the design of a 2ASK simulation system. To observe the signal waveform modulation and the oscilloscope, plus noise source waveform changes. 2ASK modulation and demodulation of the simulation function simulation by Simulink.Key Word: Modulation and demodulation; 2ASK simulation system; Simulink基于MATLAB的2ASK系统的研究与仿真1 背景知识 1.1 数字频带传输系统在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。图 1.1-1 数字调制系统的基本结构1Fig 1.1-1 The basic structure of digital modulation system数字调制与模拟调制原理是相同的，但是数字信号有离散取值的特点。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK)。 1.2 二进制振幅键控(2ASK) 1.2.1 基本原理振幅键控是利用载波的幅度变化来传递信息，而其频率和初相位保持不变。在2ASK中，载波幅度只有两种变化，分别对应二进制信息“0”或“1”。2ASK信号其表达式是： (1.2.1-1)其中： （1.2.1-2）式中：Ts为码元持续时间；g（t）为持续时间为Ts的基带脉冲波形。通常假设g(t)是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。 （1.2.1-3）2ASK信号产生通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制器如图1.2.1-1所示。图 1.2.1-1 模拟相乘法（上）数字键控法（下）1Fig 1.2.1-1 Analog multiplication ( on ) digital keying ( below)2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),其相应原理方框图如图1.2.1-2所示。图 1.2.1-2 非相干解调方式（a）相干解调方式（b）1Fig 1.2.1-2 non-coherent demodulation ( a ) coherent demodulation method ( b ) 1.2.2 2ASK实际应用价值2ASK是20世纪初最早运用于无线电报中的数字调制方式之一。但是ASK传输技术受噪声影响很大。噪声电压和信号一起改变了振幅。在这种情况下，“0”可能变为“1”，“1”可能变为“0”。由于ASK是受噪声影响很大的调制技术，现已很少应用，不过，2ASK常常作为研究其他数字调制的基础，因此了解它很必要。 1.3 设计平台简介 1.3.1 MATLAB简介MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台 1.3.2 Simulink简介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Simulink。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 2ASK系统仿真设计 2.1 2ASK相干解调设计框图带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出 2.2 应用Simulink进行2ASK相干解调仿真框图 2.3 选用模块以及参数设定31伯努利二进制发生器模块 ernoulli Binary Generator的参数设置为：Probability of a zero 概率设为0.5，initial seed设为61， Sample time抽样时间为1S。2正弦波 Sine Wave的参数设置为：频率设为60rad/sec。3乘法器 Product模块的参数设置为：输入端数量设为2。4高斯白噪声Gaussian Noise Generator模块的设置为：Sample time抽样时间为0.01s。5Sum模块的参数设置为：sample time 设为-1。6带通滤波器 Analog Filter Design模块的参数设置为：filter order为 8，Lower passband edge frequency 为52,Upper passband edge frequency 为68。7相乘器 Product模块的参数设置为：输入端数量设为28低通滤波器 Analog Filter Design模块的参数设置为：filter order为 8，passband edge frequency 为8。9示波器Scope的参数设定为：接口有6个，时间范围是自动调整。10抽样判决器 其中constant的constant value参数设定为：0 2.4 MATLAB编程3clear; %清空Workspaceclc; %清空Command Windowclose all; %关闭所有窗口%-% 信号以及仿真相关参数的设置%-dt=0.001; %时间采样间隔，即仿真步长fc=10; %载波中心频率B_number = 10; %设码元数目为10个T=5; %信号时长N=T/dt; %采样点数，即仿真点数B_Sample_Point = N/B_number; %一个码元所对应的采样点数B_Sample_array = zeros(1,N); %建立一个码元采样的空数组t=0:dt:(N-1)*dt; %所有采样点数的时间组成的数组，即模型中函数的自变量random_buffer = rand(1,B_number);%生成10个随机数组for i=1:1:B_number %将10个码元进行归一成二进制0、1 if random_buffer(i) Judge_value Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=1;%判为1 else Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=0;%判为1 endend%-%绘制相干解调的波形%-figure(2); %打开第二个显示窗figure(toolbar,none,. %设置是否显示工具栏：否 menu,none,. %设置是否显示菜单栏：否 name,2ASK相干解调过程,. %设置对话框名称 NumberTitle,off,. %设置是否显示图形窗口编号：否 color,w,. %设置背景颜色 Resize,on); %设置是否可以改变窗口大小subplot(4,1,1); %图形分为6行1列，目前画第六个plot(t,BPF_ASK,r,linewidth,1.5);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(带通滤波后的信号);%简单的配置hold on; subplot(4,1,2);plot(t,Coherent_ASK,r,linewidth,1);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(与载波相乘);%简单的配置hold on; subplot(4,1,3);plot(t,LPF_ASK,r,linewidth,1);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(低通滤波器滤波);%简单的配置hold on;subplot(4,1,4);plot(t,Coherent_ASK_Out,r,linewidth,3); %画出相干解调实验xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(相干解调结果);%简单的配置hold on;%-% 非相干解调%-Non_Coherent_ASK = abs(BPF_ASK);%-% 低通滤波器%-Fp = 25;Rp = 3; %5 3Fs = 45;Rs = 50; %15 60Wp = 2*pi*Fp/10000;%800Ws = 2*pi*Fs/10000;n,Wp = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wp);LPF_ASK=filter(b,a,Non_Coherent_ASK);%低通滤波器输出%-% 抽样判决%-Judge_value = max(LPF_ASK)/2;Non_Coherent_ASK_Out = zeros(1,N);for i = 1:1:B_number %抽样判决 if LPF_ASK( i*B_Sample_Point - B_Sample_Point/2 ) Judge_value Non_Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=1;%判为1 else Non_Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=0;%判为1 endend%-%绘制非相干解调的波形%-figure(4); %打开第二个显示窗figure(toolbar,none,. %设置是否显示工具栏：否 menu,none,. %设置是否显示菜单栏：否 name,2ASK非相干解调过程,. %设置对话框名称 NumberTitle,off,. %设置是否显示图形窗口编号：否 color,w,. %设置背景颜色 Resize,on); %设置是否可以改变窗口大小subplot(4,1,1); %图形分为6行1列，目前画第六个plot(t,BPF_ASK,r,linewidth,1.5);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(带通滤波后的信号);%简单的配置hold on; subplot(4,1,2);plot(t,Non_Coherent_ASK,r,linewidth,1);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(全波整流);%简单的配置hold on; subplot(4,1,3);plot(t,LPF_ASK,r,linewidth,1);xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(低通滤波器滤波);%简单的配置hold on;subplot(4,1,4);plot(t,Non_Coherent_ASK_Out,r,linewidth,3); %画出相干解调实验xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(非相干解调结果);%简单的配置hold on;%-%绘制分析的波形%-figure(6); %打开第二个显示窗figure(toolbar,none,. %设置是否显示工具栏：否 menu,none,. %设置是否显示菜单栏：否 name,2ASK分析波形,. %设置对话框名称 NumberTitle,off,. %设置是否显示图形窗口编号：否 color,w,. %设置背景颜色 Resize,on); %设置是否可以改变窗口大小subplot(3,1,1); %图形分为6行1列，目前画第一个plot(t,B_Sample_array,r,linewidth,3); %画出二进制基带信号hold on; grid on; %保持图像，使其能和下一个图像一起显示xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(二进制基带信号);%简单的配置subplot(3,1,2);plot(t,Non_Coherent_ASK_Out,r,linewidth,3); %画出相干解调实验xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(非相干解调结果);%简单的配置hold on;subplot(3,1,3);plot(t,Coherent_ASK_Out,r,linewidth,3); %画出相干解调实验xlabel(时间/s);ylabel(幅值/v);title(相干解调结果);%简单的配置hold on;3 仿真结果 3.1 Simulink仿真波形加入高斯噪声后，示波器显示如图，由上到下波形所表示为：1.发出源信号。2.加入正弦波信号后的信号波形。3.加入高斯噪声后的波形。4.经过带通滤波器后的信号波形。5.经过低通滤波器后的信号波形。6.经过抽样判决器的输