通信原理二进制数字频带传输系统课程设计说明书2ASK系统.doc

武汉理工大学《专业课程设计3（通信原理）》课程设计说明书目 录1 技术要求 12 基本原理 12.1 频带传输的意义 12.2 2ASK调制 12.2.1 基本原理 12.2.2 两种调制法 22.2.3 功率谱密度 32.3 2ASK解调 33 建立模型描述 43.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真 43.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真 53.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真 64 模型组成模块功能描述或程序注释 74.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真 74.1.1 调制模块 74.1.2 信道模块 84.1.3 解调模块 84.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真 94.2.1 调制及信道模块 94.2.2 解调模块 104.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真 115 调试过程及结论 135.1 使用SystemView编程实现2ASK模型仿真 135.1.1 采用模拟相乘法调制，及信道加噪后各点输出波形 135.1.2 采用非相干解调各点输出波形 135.1.3 采用相干解调各点输出波形 145.1.4 模拟调制法与键控法比较 155.1.5 波形分析 155.2 使用Simulink编程实现2ASK模型仿真 165.2.1 模拟调制，相干解调各点输出波形 165.2.2 模拟调制，非相干解调各点输出波形 175.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真 186 心得体会 187 参考文献 19二进制数字频带传输系统设计——2ASK系统1 技术要求设计一个2ASK数字调制系统，要求： （1）设计出规定的数字通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价。

2 基本原理2.1 频带传输的意义实际生活中，大多数信道因具有带通特性而不能直接传输基带信号，因为基带信号往往含有丰富的低频分量因此必须用数字基带信号对载波进行调制，即完成频谱搬移，以使信号与信道的特性相匹配常用的调制方法有振幅键控（2ASK），频移键控（2FSK），相移键控(2PSK)这里使用二进制振幅键控（2ASK）2.2 2ASK调制2.2.1 基本原理2ASK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其信号表达式为： ，S (t)为单极性数字基带信号其调制过程如图1所示：图1 2ASK调制过程2.2.2 两种调制法2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法模拟调制法使用乘法器实现，如图2所示键控法使用开关电路实现，如图3所示乘法器S( t ) e0( t ) 滤波器cosωc t图2 模拟调制法也称 OOK 信号 开关 K 的动作由S( t ) 决定，当S( t ) = 10e0( t ) cosωc tK0 K 接01 K 接1图3 键控法2.2.3 功率谱密度若设S(t)的功率谱密度为Ps（f），2ASK信号的功率谱密度为，则由图4可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，由连续谱和离散谱组成。

fc - fsfcfc + fsfc - fsfc + fsfc图4 2ASK功率谱密度2.3 2ASK解调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解调过程如图5所示fcS( t )定时脉冲 带通 相乘 低通 抽样判决eo( t )cosωc t2fs图5 相干解调包络检波器通常由整流器和低通滤波器组成，可以直接从已调波中提取原始基带信号，结构简单，如图6所示经过各个模块后波形变化如图7所示带通 整流 低通 抽样判决判决定时脉冲 S( t ) eo( t ) abcd图6 非相干解调图7 非相干解调过程的时间波形3 建立模型描述3.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果在此次设计中，使用SystemView实现两种调制方法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声在结果分析中，对使用模拟相乘法调制的信号所进行的两种不同解调方式的误码率，眼图，功率谱密度做了比较原理图如图8所示图8 SystemView仿真原理图3.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真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，丰富的可扩充的预定义模块库在该环境中，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在此次设计中，使用Simulink实现模拟调制法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声原理图如图9所示图9 Simulink仿真原理图3.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真在此次设计中，由于对Matlab编程不是特别熟练，仅实现了模拟调制，信道加噪，相干解调（仅使用低通滤波）这里用到的主要函数有：rand随机数产生函数，ellipord椭圆滤波器阶数选择函数，ellip椭圆滤波器产生函数，filter滤波函数使用编程主要是信号的产生和滤波器的编写，而重中之重是滤波器的设计，如果能设计出较好的滤波器，基本上编程不存在难度4 模型组成模块功能描述或程序注释4.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真4.1.1 调制模块模拟调制法和键控法在SystemView上使用的元件如图10所示各元器件编号，图符，名称，功能及参数如表1所示通过参数可以发现，1000HZ的基带信号由2000HZ的载波进行调制。

模拟调制法中，直接将载波与基带信号相乘，这里载波输出为COS波形键控法中，设门限为0.5V，由基带信号控制键的方向当基带信号值大于0.5V，则输出载波；否则输出0（阶跃信号值设为0）图10 SystemView调制模块表1 SystemView调制模块元件参数表编号图符名称功能参数21伪随机序列(PN Seq)产生一个按设定速率、由不同电平幅度脉冲组成的伪随机序列(PN)信号Amp=0.5，Off=0.5，Rate=1000，NO=21正弦波(Sinusoid)产生一个正弦波：y(t)=Asin(2*PI*f+*)Amp=1，Fre=2000续表1 SystemView调制模块元件参数表编号图符名称功能参数2乘法器39阶跃函数（StepFct）产生一个阶跃信号Amp=0，Sta=0，Off=05，40，41系统观察SystemViewSystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形4.1.2 信道模块 在信道中加入高斯噪声，如图11所示其中编号7为加法器，编号8为高斯噪声，参数为Con=Std，Std=0.3V图11 信道模块4.1.3 解调模块解调使用了相干解调和非相干解调两种方式，如图12所示。

相干解调经过带通—相乘—低通—抽样判决后输出非相干解调经过带通—全波整流—低通—抽样判决后输出图12 SystemView解调模块各元件具体情况见表2表2 SystemView解调元件参数表编号图符名称功能参数10带通滤波器BP=3,LOW=1000,HI=30001正弦波(Sinusoid)提供同步载波Amp=1，Fre=200023乘法器22缓冲器 Buffer判决Gate=0，Thr=0，True=1，False=012，24低通滤波器BP=3,LOW=300018，25采样器Sample按设定的采样率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合Sam=100000020，27分析 Analysis SystemView的基本信号接收器该接收器平时无显示，必须进入系统分析窗口才能观察和分析输出结果32，34系统观察SystemViewSystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形4.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真4.2.1 调制及信道模块仿真模块实现模拟调制法：基带信号与载波相乘，以及信道加高斯噪声，模块图如图13所示各元件参数如表3所示。

图13 Simulink调制及信道模块表3 Simulink调制元件参数表元件名参数脉冲发生器（Pulse Generator1）Pul=Time，Amp=1，Per=1，Pulse=50正弦波（Sine Wave）Type=time，Amp=2，Fre=100，Pha=pi/2，Sam=0.01乘法器（Product）高斯噪声发生器（Gaussian Noise Generator）Var=0.1，Ini=41，Sam=0.005，Out=double4.2.2 解调模块解调模块中，相干解调法经过相乘器。