杨晓兰通信原理课程设计

1、数字调制与解调摘要：本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,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;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。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： MATLAB；Simulink；2ASK；误码率；21 成都学院（成都大学）课程设计报告第1章 绪论本课程设计主要是深入理解和掌握振幅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

2、深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。使我对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。 1.1课程设计要求（1）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK/2ASK系统的调制解调原理，构建调制解调电路图.（2）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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述

3、和分析设计和实验结果。 1.2 课程设计目的通过课程设计加深理解和巩固理论课上所学的有关2ASK调制与解调系统的基本概念、基本理论和基本方法，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。掌握 2ASK 解调原理及其实现方法，了解线性调制时信号的频谱变化。理解 2ASK 的调制和解调原理并用 Simulink软件仿真其实现过程，用 Simulink 分析二进制振幅键控信号频谱的变化。认识和理解通信系统，掌握信号是如何经过发端处理被送入信道然后在接收端还原。会画出数字通信过程的基本框图，掌握数字通信的2ASK调制方式，学会运用MAT

4、LAB来进行通信系统的仿真；学会2ASK传输系统的二级调制解调结构，测试2ASK传输信号加入噪声后的误码率，分析2ASK传输系统的抗噪声性能。 1.3 课程设计内容 利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,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;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。 第2章 MATLAB/SIMULINK简介1,2美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形

5、。Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，如果你想真正理解了一个工具箱，那么就是要理解一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，

6、,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一 。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境经过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模

7、和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于： （1）建模方便、快捷； （2）易于进行模型分析； （3）优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（

8、其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Sco

9、pe模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。 第3章 2ASK调制与解调原理 3.1 2ASK调制原理3,4振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数

10、字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为 式中，A为未调制载波幅度，为载波角频率，为符合下列关系的二进制序列的第n个码元： 二进制振幅键控信号时间波型如图3-1 所示。 由图3-1 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 二进制振幅键控信号的产生方法如图3-3、3-4 所示，图3-3是采用模拟相乘的方法实现， 图3-4是采用数字键控的方法实现。 由图3-1 可以看出，2ASK信号与模拟调

11、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3-5 所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图3-6 所示。 图3-1 二进制振幅键控信号时间波型 3.2 2ASK信号的功率谱密度4由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。2ASK 信号功率谱密度推导：已知，设

12、的功率谱为，s(t)的功率谱为。则 ， ，。图3-2 2ASK信号的功率谱密度示意图在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：（1）模拟相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图3-3所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。（2）数字键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图3-4所示。 图3-3模拟相乘法 图3-4数字键控法 3.3 2ASK解调原理4,52ASK/OOK信号有

13、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），相应的接收系统如图3-5、图3-6所示。图3-5非相干解调方式图3-6 相干解调方式抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。 图3-72ASK信号非相干解调过程的时间波形 第4章 设计步骤4.1 Simulink的工作环境熟悉 建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图4-

14、1系统中所需的模块：正弦波模块，示波器模块，乘法器；图4-1正弦仿真电路图正弦波参数设置如图4-2所示：图4-2 正弦参数设置系统内的示波器显示的波形如图。图4-3 单正弦波与平方波的对比结论：两正弦波叠加之后的周期是原周期的1/2,频度是原频度的2倍。 4.2 ASK调制电路分析4.2.1观察调制前后的波形通过Simulink的工作模块建立2ASK二级调制系统，用频谱分析仪观察调制前后的频谱，用示波器观察调制信号前后的波形（？用什么仪器）二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图如图4-4图4-4 二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图此系统所用仿真电路模块有: 伯努利二进制发生器模块，正弦波发

15、生器模块，功率谱密度模块，高斯噪声发生器Gaussian Noise Generator模块，模拟滤波器模块，误码率计算模块，采样量化编码模块，示波器模块。伯努利二进制发生器模块用于发出源信号，示波器用于观察波形。 4.2.2系统所用模块的参数设置伯努利二进制发生器模块ernoulli Binary Generator的参数设置为：Probability of a zero 0概率设为0.5，initial seed设为61， Sample time抽样时间为1S，Sample per frame是输入信息码为1。图4-5 伯努利二进制发生器模块参数设置Power Spectral Densi

16、ty的参数设置为：Sample time抽样时间为0.01s图4-6 Power Spectral Density的参数设置正弦波Sine Wave的参数设置为：频率设为60rad/sec。 图4-7 正弦载波的参数设置Product1模块的参数设置为：输入端数量设为2图4-8 Product1模块的参数设置Gaussian Noise Generator模块的设置为：Sample time抽样时间为0.01s图4-9 Gaussian Noise Generator模块的设置Sum模块的参数设置为：sample time 设为-1图4-10 Sum模块的参数设置Analog Filter D

17、esign2模块的参数设置为：图4-11 Analog Filter Design2模块的参数设置Power Spectral Density1模块的参数设置为：Sample time抽样时间为0.01s图4-12 Power Spectral Density1模块的参数设置Product模块的参数设置为：输入端数量设为2图4-13 Product模块的参数设置Analog Filter Design1模块的参数设置为：图4-14 Analog Filter Design1模块的参数设置Error Rate Calculation模块的参数设置为：延时Receive delay设为2。图4-1

18、5 Error Rate Calculation模块的参数设置Sampled Quantizer Encode模块的参数设置为：量化分割quantization partition设为0.2，量化码quantization codebook设为0 1。图4-16 Sampled Quantizer Encode模块的参数设置Display的参数设定为：图4-17 Display的参数设定Scope1的参数设定为：示波器的接口有6个，时间范围是自动调整图4-18 Scope1的参数设定 系统运行示波器的显示为：不加噪声示波器显示为如图4-19，由上到下波形所表示为：1.发出源信号波形。2.加入正

19、弦波信号后的信号波形。3.经过带通滤波器后的信号波形。4.经过低通滤波器后的信号波形。5.采样量化编码后的输出源信号波形。图4-19 不加噪声示波器的显示不加噪声 Display的显示为：图4-20 不加噪声 Display的显示加入高斯发生器 Gaussian Noise Generator模块，设置为：Sample time抽样时间为0.01s图4-21 Gaussian Noise Generator模块设置加入高斯噪声后，示波器显示如图4-22，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.采样量化编码后的输出源信号波形。图4-22 加入高斯噪声后示波器的显示加入高斯噪声后Display的显示为：图4-23 加入高斯噪声后Display的显示结论：在编码器和解码器模块间加上高斯噪声模块模拟信号在信道中的传输有干涉，所以就有了误码率，并且随着错误率的增大误码率增大。第5章 结束语本次课程设计，我的任务是用Simulink来实现2ASK调制解调系统。开始我对2ASK和Simulink了解特别少，通过查阅相关资料，我熟悉了2ASK调制解调原理，弄懂了2ASK与Simulink的关系，加深了对通信原理的认识。经过几天忙碌的课程设计我