ASK调制解调通信系统

1、信号与通信系统课程设计说明书题目:设计ASK调制解调通信系统系部:信息与控制工程学院专业：电子信息工程班级：XXXX级X班学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXXX指导教师：XXX2018年6月12日信号与通信系统课程设计说明书目录1 设计任务与要求21.1 设计任务21.2 设计要求22 设计方法与内容32.1 MATLAB简介32.2 ASK信号调制原理32.3 ASK解调原理43 仿真实现过程53.1 ASK信号的产生53.2 载波信号波形53.3 ASK调制解调实现63.4 叠加噪声的ASK调制解调74 结论105 附录11参考文献1811 设计任务与要求1.1 设计任务1. 根据题目

2、查阅有关资料，掌握数字带通调制技术。2. 学习MATLAB软件，掌握MATLAB各种函数的使用。3据数字带通调制原理，运行MATLAB进行编辑，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。1.2 设计要求1. 掌握ASK调制解调原理2. 绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察解调前后频谱的变化理解ASK信号解调原理。信号与通信系统课程设计说明书2 设计方法与内容2.1 MATLAB简介Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面良好的用户环境。它还包括了Toolbox(工具箱)的

3、各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。其特点是：(1) 可扩展性：Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数。从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。(2) 易学易用性：Matlab不需要用户有高深的数学知识和程序设计能力，不需要用户深刻了解算法及编程技巧。(3) 高效性：Matlab语句功能十分强大，一条语句可完成十分复杂的任务。如fft语句可完成对指定数

4、据的快速傅里叶变换，这相当于上百条C语言语句的功能。它大大加快了工程技术人员从事软件开发的效率。2.2 ASK信号调制原理数字信号对载波信号的振幅调制称为振幅键控，即ASK(AmplitudeShiftKeying)。2ASK就是调制信号为二进制数字基带信号时的振幅键控。简单的说，振幅键控就是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息的“0”或“1”。2ASK已调信号可表示为e0=s(t)cos3ct式中，3c为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列s(t)二工ang(t-nTs)其中，g(t)是持续时间为

5、Ts、高度为1的矩形脉冲，an为二进制数字(1出现概率为pan=0，出现概率为1-p2.3 ASK解调原理2ASK/00K信号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2-1:e（t）2ASK图2-1相干解调113 仿真实现过程3.1 ASK信号的产生图3-1二进制基带信号时域谱和频域谱先将源程序创建M文件，自定义路径；编写语句x=ceil(rand(1,100000)-0.5)生成一段随机的二进制基带信号，其中rand产生随机矩阵，ceil为取整函数；再编写语句FFT1二fft(x,128);FFT1二abs(FFT1)对随机序列

6、进行傅里叶变换并取绝对值。其时域谱和频域谱如图3-1。3.2 载波信号波形图3-2载波信号时域谱和频域谱在调制解调系统中，载波信号的频率一般要大于信号源的频率。信号源频率为12Hz，所以将载波频率设置为36Hz,编写正弦函数carry二cos(2*pi*Fc*t)并进行频域转换FFT2=fft(carry,256);FFT2=abs(FFT2)。其时域谱和频域谱如图3-2。3.3 ASK调制解调实现编写数字带通调制函数y二dmod(x,Fc,Fd,Fs,ask,2)进行2ASK调制，其中x为输入信号，Fc为载波频率，Fd为码速率，Fs为采样频率，Fs/Fd必须是一个正整数。再进行频域转换FFT

7、3=fft(y,256);FFT3=abs(FFT3)，其时域谱和频域谱如图3-3：图3-3已调信号时域谱和频域谱图3-4解调信号解调时域谱和频域谱编写数字带通调制函数z二ddemod(y,Fc,Fd,Fs,ask,2)进行2ASK解调，其中x为输入信号，Fc为载波频率，Fd为码速率，Fs为采样频率。再进行频域转换FFT4二fft(z,64);FFT4=abs(FFT4),由于调制到解调的信道中没有加入噪声，所以调制前信号(即原始信号)与调制后信号相同，其时域谱和频域谱如图3-4。3.4叠加噪声的ASK调制解调图3-5叠加小噪声调制信号时域谱和频域谱图3-6叠加大噪声调制信号时域谱和频域谱由于

8、信道中的噪声是叠加在信号上的，噪声始终是存在的，通常称它为加性噪声或加性干扰。对已调信号y分别叠加高斯小噪声(信噪比为6)和大噪声(信噪比为-2)则编写Yntl二awgn(y,6);Ynt2二awgn(y,-2)并进行频域转换，其时域谱和频域谱分别如图3-5和图3-6。图3-7叠加小噪声解调信号时域谱和频域谱图3-8叠加大噪声解调信号时域谱和频域谱对小噪声Yntl和大噪声信号Ynt2分别解调，编写数字带通调制函数z1=ddemod(Ynt1,Fc,Fd,Fs,ask,2);z2二ddemod(Ynt2,Fc,Fd,Fs,ask,2);并进行频域转换，其时域谱和频域谱如分别如图3-7和图3-8。

9、图3-9误差数和误差率误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，二进制2ASK数字调制误码率取决于解调器输入信噪比，编写误码率函数br,Pel=symerr(x,zl);br,Pe2=symerr(x,z2),其中br为符号误差数,Pel为符号误差率。绘制如图3-9。调用函数semilogy(SNR,Pe);绘制信噪比与误码率的关系曲线如图3-10，由此可得出：与无噪声时(误码率为零)相比较，当信噪比较大时，噪声小误码率低；反之，信噪比较小时噪声大误码率高。4 结论通过此次的课程设计，使我收获了很多。不仅让我对专业方面的知识认识更加深刻，同时也掌握了学习方法，懂得了

10、无论做什么事，都要先弄懂原理，从根本出发，将一切问题分块分部解决的方法。让我今后都受益颇深。在本次课程设计的过程中，也遇到了很多问题和难点。比如说当我做到解调部分的时候，程序都写完了，但就是波形出不来。不能够正确的仿真出波形和原信号。这让我很头疼，调了好久也没有输出。最后，通过上网搜索资料，并且与同学们一起讨论研究。终于一点点发现了问题，最后调出了波形。虽然过程很坎坷，但结果却令人欣慰。我觉得在这次的课程设计中，收获的不仅是我们自己的方面，更多的也有团队的合作和与别人的交流和沟通。这让我们能够更好的与别人分享和交流，为我们在今后的学习和工作道路上都有所帮助。信号与通信系统课程设计说明书5 附录

11、%程序名称：ASK.m%程序功能：ASK解调解调程序代码clc;clear;%清除命令工作窗里的内容%清除内存空间变量%产生二进制随机序列x=ceil(rand(1,100000)-0.5)%产生二进制随机序列并取大于x的最小整数figure(1)subplot(2,1,1)stairs(x);xlabel(时间t);ylabel(序列值);%窗口1，包含时域谱和频域谱%分块图函数subplot，图形窗口分成2块子窗口的第1个图像%第2个图像%x轴标注%y轴标注title(二进制随机序列);%添加图像标题axis(121-12)gridon%控制坐标轴的范围%图像中添加栅格%对随机序列进行频谱

12、分析FFT1=fft(x,128);FFT1=abs(FFT1);figure(1)subplot(2,1,2)plot(FFT1);xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT1);title(随机序列频谱);axis(0128050)%对随机序列进行傅里叶变换%对傅里叶变换取绝对值%第2个图像gridon%载波信号t=1/360:1/360:20;Fc=36;carry=cos(2*pi*Fc*t);%载波时间范围%载波频率%正弦载波信号#信号与通信系统课程设计说明书figure(2)%窗口2，包含时域谱和频域谱subplot(2,1,1)plot(carry);xlabel(时间t)

13、;ylabel(幅度carry);title(载波信号)；axis(1600-22)gridon%对载波信号进行频谱分析FFT2=fft(carry,256);%对载波信号进行傅里叶变换FFT2=abs(FFT2);%对傅里叶变换取绝对值figure(2)subplot(2,1,2)plot(FFT2);xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT2);title(载波信号频谱)；axis(02560100)gridon%ASK的调制Fd=12;%Fd为码速率，Fs为采样频率Fs=360;y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,ask,2);%调用数字带通调制函数dmod进行2ASK调制for

14、i=1:20ifx(i)=0yy(30*(i-1)+1:30*i)=0;elseyy(30*(i-1)+1:30*i)=y(30*(i-1)+1:30*i);endend%对20个随机码元进行判别，若码元为0则该码元周期内调制信号为零figure(3)subplot(2,1,1)xlabel(时间t);ylabel(幅度y);title(已调信号);axis(1600-22)gridon%对已调信号进行频谱分析FFT3=fft(y,256);%对已调信号进行傅里叶变换FFT3=abs(FFT3);%对傅里叶变换取绝对值figure(3)subplot(2,1,2)plot(FFT3);xlab

15、el(频率f);ylabel(幅度FFT3);title(已调信号频谱);axis(0256050)gridon%ASK的解调z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,ask,2);%调用数字带通调制函数dmod进行2ASK解调figure(4)%对傅里叶变换取绝对值subplot(2,1,1)stairs(z);xlabel(时间t);ylabel(幅度z);title(解调信号)；axis(121-12)gridon%对解调信号进行频谱分析FFT4=fft(z,64);%对解调信号进行傅里叶变换FFT4=abs(FFT4);%对傅里叶变换取绝对值figure(4)subplot(2,1,2)

16、plot(FFT4);15信号与通信系统课程设计说明书xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT4);title(解调信号频谱)；axis(064050)gridon%加入高斯小噪声,SNR为6Ynt1=awgn(y,6);%加入高斯小噪声，信噪比为6figure(5)subplot(2,1,1)plot(Ynt1);xlabel(时间t);ylabel(幅度Yntl);title(加小噪声信号)；axis(l600-22)gridon%对加小噪声信号进行频谱分析FFT5=fft(Yntl,256);%对加入小噪声的调制信号进行傅里叶变换FFT5=abs(FFT5);%对傅里叶变换取绝对

17、值figure(5)subplot(2,l,2)plot(FFT5);xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT5);title(加小噪声信号频谱)axis(0256050)gridon%ASK加小噪声信号的解调及误码率zl=ddemod(Yntl,Fc,Fd,Fs,ask,2);%调用数字带通调制函数dmod对加小噪声信号进行解调br,Pel=symerr(x,zl)%对解调后加小噪声信号误码分析，br为符号误差数，Pel为符号误差率figure(6)subplot(2,l,l)plot(FFT7);19stairs(z1);xlabel(时间t);ylabel(幅度z1);title

18、(加小噪声解调信号)；axis(121-12)gridon%对加小噪声解调信号进行频谱分析FFT6=fft(z1,64);%对加入小噪声的解调信号进行傅里叶变换FFT6=abs(FFT6);%对傅里叶变换取绝对值figure(6)subplot(2,1,2)plot(FFT6);xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT6);title(加小噪声解调信号频谱);axis(064050)gridon%加入高斯大噪声,SNR为-2Ynt2=awgn(y,3);%加入高斯大噪声，信噪比为-2figure(7)subplot(2,1,1)plot(Ynt2);xlabel(时间t);ylabel

19、(幅度Ynt2);title(加大噪声信号)；axis(1600-22)gridon%对加大噪声信号进行频谱分析FFT7=fft(Ynt2,256);%对加入大噪声的调制信号进行傅里叶变换FFT7=abs(FFT7);%对傅里叶变换取绝对值figure(7)subplot(2,1,2)xlabel(频率f);ylabel(幅度FFT5);title(加大噪声信号频谱)axis(0256050)gridon%ASK加大噪声信号的解调及误码率z2=ddemod(Ynt2,Fc,Fd,Fs,ask,2);%调用数字带通调制函数dmod对加大噪声信号进行解调br,Pe2=symerr(x,z2)%对解调后加大噪声信号误码分析，br为符号误差数，Pel为符号误差率figure(8)subplot(2,l,l)stairs(z2);xlabel(时间t);ylabel(幅度z2);title(加大噪声解调信号);axis(121-12)gridon%对加大噪声解调信号进行频谱分析FFT8=fft(z2,64);%对加入大噪声的解调信号进行傅里叶变换FFT8=abs(FFT8);%对傅里叶变换取绝对值figure(8)subplo