2022年二进制数字频带传输系统设计方案ASK系统.docx

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1、精品学习资源目录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

2、4.2.2调制及信道模块 9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 采纳模拟相乘法调制，及信道加噪后各点输出波形5.1.2 采纳非相干解调各点输出波形 135.1.3 采纳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 165.2.15.2.2模拟调制，相干解调各点输出波形16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

3、仿真 186 心得体会 187 参考文献 1913二进制数字频带传输系统设计 2ASK系统欢迎下载精品学习资源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） 依据通信原理，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） 观看仿真并进行波形分析；（5） 系统的性能评判；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，由于基带信号往往含有丰富的低频重量；因此必需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

4、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 ）；2.22ASK 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；欢迎下载精品学习资源其信号表达式为：e0 t St，Scots为单c t极性数字基带信号；欢迎下载精品学习资源其调制过程如图 1 所示：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源S t 1001011+E欢迎下载精品学习资源0T s载波f c2ASK以载波的“有”和“无”表示基带信号的“1 ”和“0 ”图 1 2ASK 调制过程2.2.2 两种

5、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；欢迎下载精品学习资源S t 乘法器滤波器e0 t 欢迎下载精品学习资源cosc t图 2 模拟调制法欢迎下载精品学习资源cosc t1Ke0 t 0也称 OOK 信号欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源开关 K 的动作由 S t 打算，当 S t =1K 接10K 接0欢迎下载精品学习资源图 3 键控法欢迎下载精品学习资源2.2.3 功率谱密度欢迎下载精品学习资源如设 St的功率谱密度为 Ps（ f）， 2ASK 信号的功率谱密度为P2ASKf，就欢迎

6、下载精品学习资源由图 4 可见， 2ASKP f 1 P ff P ff 欢迎下载精品学习资源信号的2功ASK率谱是基带信s4成；号功率c谱的线s性搬移c，由连续谱和离散谱组欢迎下载精品学习资源Ps f 欢迎下载精品学习资源fc - fsfcfc + fsfc - fsfc图 4 2ASK 功率谱密度fc + fsf欢迎下载精品学习资源2.32ASK 解调2 f sf s0f sP E f 2 f sf欢迎下载精品学习资源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S t 欢迎下载精品

7、学习资源eo t 带通0低通抽样欢迎下载精品学习资源与载波相乘来实现；为确保无失真相仍乘原信号，必需在接收端供应一个与调制载波严格同步的本地载波，这2是fs 整个解调过程能否顺当完好进行的关键；解调过程如图5 所示；欢迎下载精品学习资源fccosc t定时脉冲欢迎下载精品学习资源图 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，结构简洁，如图 6 所示；经过各个模块后波形变化如图7 所示；欢迎下载精品学习资源图带通整流低通抽样判决S t 6欢迎下载精品学习资源eo t abcd非相干解调欢迎下载精品学习资源1100100010定1时脉冲欢迎下载精品学习

8、资源图 7 非相干解调过程的时间波形abdc欢迎下载精品学习资源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、拜访与调整参数，便利地加入注释；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掌握系统的设计和仿真；用户在进行系统设计时，只需从Syst

9、emView 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仿真原理图欢迎下载精品学习资源3.2 使用 Simulink实现 2ASK模型仿真Simulink是 MATLAB最重要的组件之一，它供应一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成

10、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，而只需要通过简洁直观的鼠标操作，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、数字掌握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供应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，它供应了一种更快捷、直接明白的方式，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

11、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；欢迎下载精品学习资源图 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 编程不是特殊娴熟，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 椭圆滤波器阶数挑选函数， 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，假如能设计出较好的滤波器，基本上编程不存在难度；欢迎下载精品学习资源4

12、 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 调制模块图 10调制模块SystemView表 1 SystemView调制模块元件参数表编号21图符名称伪随机序列PN Seq功能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 信号产生一个正弦波：yt=Asin2*PI*f+*参数Amp=0.5， Off=0.5 ，Rate=1000，NO=21正弦波SinusoidAmp=1，Fre=2000续表 1 SystemView 调制模块元件参数表编号2图符名称乘法器功能参数模拟调制法和键控法在SystemView 上使用的元件如

13、图 10 所示；各元器件编号，图符，名称，功能及参数如表1 所示；通过参数可以发觉， 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 ，由基带信号掌握键的方向；当基带信号值大于0.5V，就输出载波；否就输出 0（阶跃信号值设为 0）；欢迎下载精品学习资源39阶跃函数（StepFct）产生一个阶跃信号Amp=0，Sta=0， Off=0欢迎下载精品学习资源5，40，41系统观看SystemViewSystemView 的标准观看窗口，可在系统运行终止后于系统窗口中显示输出波形欢迎下载精品学习资

14、源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12SystemView 解调模块各元件详细情形见表 2；编号图符表 2名称SystemView解调元件参数表功能参数10带通滤波器BP=3,LOW=1000,HI=30001正弦波Sinusoid供应同步载波Amp=1，Fre=200023乘法器22缓冲器Buf

15、fer判决Gate=0， Thr=0， True=1， False=0欢迎下载精品学习资源12，24低通滤波器BP=3,LOW=3000欢迎下载精品学习资源18，25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=1000000欢迎下载精品学习资源20，27分析AnalysisSystemView的基本信号接收器；该接收器平常无显示，必需进入系统分析窗口才能观看和分析输出结果；欢迎下载精品学习资源，3234系统观看SystemViewSystemView的标准观看窗口，可在系统运行终止后于系统窗口中显示输出波形欢迎下载精品学习资源4.2 使用 Simul

16、ink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=50Type=time， Amp=2， Fre=100，Pha=pi/2，欢迎下载精品学习资源正弦波（ Sine Wave）乘法器（ Product）Sam=0.01欢迎下载精品学习资源高斯噪声发生器（ Gaussian NoiseVa

17、r=0.1， Ini=41 ，Sam=0.005，Out=double欢迎下载精品学习资源Generator）4.2.2 解调模块解调模块中，相干解调法经过相乘器低通抽样判决后输出；非相干解调经过整流低通抽样判决后输出；这里调制信号省略了经过带通滤波器这一环节，影响不 大；低通滤波器后面整个部分是抽样判决器；其中，抽样由同步冲激信号与解调信号相乘实现，信号值与开关门限值进行比较后，如信号值较大，就输出1，否就输出 0，这样就实现了判决功能；原理图如图14 所示，参数表如表 4 所示；图 14 Simulink 解调模块表 4 Simulink 解调元件参数表元件名参数乘法器（ Product1

18、,Product2,Procuct3）整流器（ Abs1）默认续表 4 Simulink 解调元件参数表元件名参数数字低通滤波器（ Digital Filter Design ）Type=Low， Des=FIRWin，Spec=10，Win=Kaiser， Units=Nor ， wc=0.167开关（ Switch1， Switch2）Threshold=0.3欢迎下载精品学习资源4.3 使用 Matlab 编程实现 2ASK模型仿真clear；close all；% 随机生成原始信号t=0:0.0001:1-0.0001；%取 10000 个采样点f=100；%载波参数设置carrier

19、=cos2*pi*f*t ；M=500；p=lengtht/M ； %每 500 个点分成一份，共 20 份randNum=rand1,p； %产生 20 个随机数Signal=zeros1,lengtht；%产生 10000 个全 0 序列for i=1:p%将随机数判为 1 或 0if randNumi=0.5 randNumi=1；elserandNumi=0；endendfor j=0:p-1 ； %产生原始信号，共 20 个码元for n=1:M ；Signalj*M+n=randNumj+1 ；end end% 调制过程ASK_Signal=carrier.*Signal； % 调

20、制信号% 信道noise=randn1,10000/5；%噪声生成ASK1=ASK_Signal+noise；%加噪处理% 解调过程欢迎下载精品学习资源ASK2=ASK_Signal.*carrier ；%与本地载波相乘%低通椭圆滤波器fp=20；fs=80；Fs=8000； %通带截止频率，阻带截止频率rp=1；rs=40； %通带波动，阻带衰减wp=2*pi*fp/Fs ；ws=2*pi*fs/Fs ；N,Wn=ellipordwp,ws,rp,rs ； %椭圆滤波器阶数挑选函数b,a=ellipN,rp,rs,Wn ； %椭圆模拟滤波器原型ASK_out=filterb,a,ASK2 ；

21、%滤波%判决器panjue=maxASK_out/2；for i=0:p-1if ASK_outi*M+M/2panjue ASK_out1i*M+1:i*M+M=1；%判决输出 1elseASK_out1i*M+1:i*M+M=0； %判决输出 0 endend% 绘图figure1subplot5,1,1；plott,Signal；axis0,1,-0.1,1.1；grid on；xlabel时间/s；ylabel幅值；title 原始信号 ；subplot5,1,2；plott,ASK_Signal ；grid on；xlabel 时间/s；ylabel幅值；title 调制信号 ；su

22、bplot5,1,3；plott,ASK1 ；grid on；xlabel时间/s；ylabel幅值；title 加噪信号 ；subplot5,1,4；plott,ASK_out ；axis0,1,-0.1,1.1；grid on；xlabel时间/s；ylabel幅值；title 滤波器输出 ；subplot5,1,5；plott,ASK_out1 ；axis0,1,-0.1,1.1；grid on；欢迎下载精品学习资源xlabel时间/s；ylabel幅值；title 解调信号 ；5 调试过程及结论5.1 使用 SystemView 编程实现 2ASK模型仿真5.1.1 采纳模拟相乘法调制

23、，及信道加噪后各点输出波形图 15 中显示的是调制及信道模块，三个波形分别为基带信号，模拟调制信号，加噪信号；可以发觉经过调制后，以载波的“有”和“无”分别表示基带信号的“1 “和“ 0”；经过信道后，显现杂波；为了看清晰，这里对波形图进行了放大，只截取了部分；图 15 模拟调制及信道模块各点输出波形5.1.2 采纳非相干解调各点输出波形图 16 中显示的是非相干解调模块的输出，5 个波形分别为基带信号，解调信号，带通滤波输出，整流输出，低通滤波输出；可以发觉解调各点波形与原理中表达的完全一致，当然具有肯定的推迟；从基带信号与最终解调输出对比中可以明显看出，具有延时，但依据坐标轴显示为这是 0

24、.01 秒内的波形，因此经过估量延时肯定不大于0.5 毫秒；欢迎下载精品学习资源图16非相干解调模块各点输出波形5.1.3 采纳相干解调各点输出波形图 17 显示的是相干解调模块输出，5 个波形分别为基带信号，解调输出信号，带通滤波输出，乘法器输出，低通滤波输出；与非相干解调不同的是，相干解调经过乘法器，和低通滤波器后，仍存在幅值小于0 的点；而非相干解调经过整流后，波形幅值全部为正；同样，解调输出波形存在延时，但延时不会大于0.5 毫秒；图 17 相干解调模块各点输出波形欢迎下载精品学习资源5.1.4 模拟调制法与键控法比较图 18 显示的是对相同的基带信号进行模拟调制和键控法的对比图，3

25、个波形分别为基带信号，模拟调制输出，键控法调制输出；可以明显发觉，两种调制方法输出完全一致，说明使用这两种调制方法就成效而言没有差别；图 18 模拟调制和键控法输出波形5.1.5 波形分析图 19 是两种解调方式四次不同基带输入的误码率比较，这里设置了测试比特数为2500bit；从中可以发觉，采纳相干解调误码率较非相干解调要小很多，而这种情形实现的前提是相干解调在接收端能供应一个与调制载波严格同步的本地载波；两种解调方式的四组误码率比较是两种解调方式各自通过低通滤波器的眼图，上面的是非相干解调的，下面的“眼睛”张开程度基本一样，且都比较端正，可见码间串扰比较小；欢迎下载精品学习资源图 20 两

26、种解调方式的眼图图 21 是分别为非相干解调和相干解调的经过低通滤波后的功率谱密度；图 21 两种解调方式的功率谱密度5.2 使用 Simulink编程实现 2ASK模型仿真5.2.1 模拟调制，相干解调各点输出波形图 22 所示为使用相干解调仿真波形，从上到下依次为基带信号，调制信号，加噪信号，相乘器输出，低通滤波输出，抽样判决输出；基本上不存在错判和延时，可见整个系统设计的比较完善；欢迎下载精品学习资源图 22 模拟调制，相干解调波形5.2.2 模拟调制，非相干解调各点输出波形图 23 所示为非相干解调波形，从上到下依次为基带信号，整流输出，低通滤波输出，抽样判决输出；基本无延时，仿真成效

27、较好；图 23 模拟调制，非相干解调波形欢迎下载精品学习资源5.3 使用 Matlab 编程实现 2ASK模型仿真图 24 是使用 Matlab 编程仿真图，波形依次为原始信号，调制信号，加噪信号，低通滤波输出，判决输出；由于使用的系统和信号都比较简洁，故整个过程不存在额外的干扰；可以看出，除了低通滤波后波形存在衰减，系统仿真结果比较不错；这也有编程实现本身的特点在里面；图 24 Matlab 编程仿真图6 心得体会这是我们第三次做课程设计了，这次我们要在两个星期内完成两个课程设计和一个才能拓展训练，即三份报告，而且要使用基本不会操作的Matlab， SystemView， LabView三种

28、不同的软件，压力仍是不小的；但是俗语说得好，有压力就有动力；尽管时间匆欢迎下载精品学习资源忙，但在同学帮忙，图书馆借阅相关书籍，网上查阅资料和自己努力下，就2ASK 设计而言，我胜利实现了使用 Matlab 编程， Simulink 仿真， SystemView 仿真三种不同的方法， 也可以说有些小小的成就感； 巅峰棋牌 1pk1 棋牌联兴棋牌这次课程设计，给我影响最深的就是Matlab 的强大功能和广泛应用；无论是学习信号与系统，通信原理，数字信号处理，数字图像处理，发觉这些课程的应用都要大力借助于 Matlab 来实现；可以说没学好 Matlab 对于我这种预备往信息发面进展的人来说就跟没

29、有轮子的汽车一样，是个摆设；经过这次学习，我略通Matlab 的使用，对信号处理常用的函数和基本的编程思想有了肯定的熟悉和提高；另外仍发觉，Matlab 并不仅仅只能枯燥的编程，仍可以通过Simulink 组件自带的元件库轻松实现基本通信系统的搭建和仿真，而这也是我们这次课程设计的一种方法；SystemView 作为一种我第一次接触的软件，也让我印象深刻；现在的软件，越来越向着可视化，通俗化，易操作化方向进展；作为一款通信领域的专用软件，它的功能强大是毋庸置疑的；比如这次，除了搭建完整 的 2ASK 传输系统外，仍可以对信号的功率谱，眼图，传输误码率的特性进行查看比较， 只是很多功能我们都不会

30、用，当然英语基本功不扎实也阻碍了我们使用它；自我感觉这次设计的难点是在参数设置上；无论是貌似枯燥的编程，亦或是貌似极易上手可视化操作，参数设置不好，外观搭建的在美丽也无济于事；只有对系统各个模块的原理分析透彻，有扎实的基本功，加上肯定的实践才能，才可能正确设置；一旦能自主设置参数，我认为这是真正把握了这个系统的精华；可以说，这个设计过程困扰我最长时间的就是滤波器的参数设计，缘由在于其参数多，而且我们平常根本没有好好讨论过它的原理，仅仅知道可以滤波的功效；总的来说，这次课程设计学到了不少有用的东西，也真正体会到了各门课程之间的紧密联系；一句话，将所学的全部学问联系起来，融会贯穿，必将发觉，原先一切并不难，难在我们没有这样的意识；7 参考文献1 樊昌信，曹丽娜 . 通信原理（第 6 版） . 国防工业出版社， 20072 王力宁.MATLAB与通信仿真 . 人民邮电出版社， 19993 陈亚勇等 .MATLAB信号处理详解 . 人民邮电出版社， 2001欢迎下载