现代通信原理课程设计报告.doc

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1、现代通信原理课程设计报告题目：基于2ASK的数字传输系统的建模与仿真 专 业： 电子信息工程 班 级： B 姓 名： B 学 号：张新伟 2014年6月18日1、课程设计的基本任务1 掌握通信过程的基本原理；2 会画出数字通信过程的基本框图；3 学会运用MATLAB来进行通信系统的仿真；4 掌握数字通信的2ASK调制方式。2、课程设计的基本要求1设计出2ASK数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿，在系统出采用模块化表示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 基于MATLAB平台对系统进行仿真4 分析仿真波形5 针对仿

2、真出该数字传输系统的误码率性能，画出判决电平和误码率的关系曲线。3、2ASK数字信息系统模型及仿真环境3.1数字通信系统的基本模型从消息传输角度看,该系统包括了两个重要交换,即消息与数字基带信号之间的交换,数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一种交换则由调制和解调完成.信息源 基带信号形成器 信道 接收滤波器 受信者 噪声源仿真框图可以分为四部分：（1） 数字信号的生成与调制： 数字信号的生成：数字信号采用Bernoulli binary generator产生。 调制：数字调制有调幅、调相、调频三种基本形式，并可以派生出其它形式，数字调制是用载波信号的某些离

3、散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号，在二进制时有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）。调制采用正弦载波数字调制系统，设定其频率为8000rad/sec,（2）数字信号在信道中的传输：将随机二进制信号与高频载波信号相乘后，通过带通滤波器，滤除干扰，然后通过加性的高斯白噪声信道（3）对接收到的信号进行解调：解调采用相干解调。（4）观察输出结果。这里有两个结果同时输出。在图形窗口中显示的是基带数字信号、信道上叠加的高斯白噪声信号和计算出的同步信号。3.2 ASK幅移键控(Amplitude shift keying) 2ASK

4、信号在实际中虽然很少使用，但是它是研究数字调制的基础，了解2ASK就比较容易理解FSK,PSK的原理及性能。 幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号1时，传输载波；当调制的数字信号为0时，不传输载波。典型波形如下图3.1所示： 图3.1 幅移键控的典型波形幅移键控的调制器可以用一个相乘器来实现，如下图3.2所示。对于通断键控信号来说，相乘器则可以用一个开关电路来代替，调

5、制信号为1时开关电路导通，为0时开关电路切断。二进制振幅键控信号由于一个信号状态始终为零，故又常称为通断键控信号（OOK信号）。 基带信号 已调信号 载波Acoswct 图3.2 ASK调制器模型3.3 MATLAB及SIMULINK建模环境简介MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。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

6、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

7、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。4、 系统的建立及其仿真4.1 数字信号传输的实现 设计采用的是MATLAB中的SIMULINK仿真系统实现对通信系统的仿真，具体实现框图如图4.1所示： 图4.1 数字信号传输模型实现框图 4.2 各模块参数说明： Bernoulli Binary Generator: Bernoulli Binary Generator模块的功能是用来产生随机二进制比特流，在设计中将此模块的函数设

8、置和经过Bernoulli Binary Generator产生的波形分别如图4.2和图4.3所示：图4.2 Bernoulli Binary Generator参数设置图4.3 二进制比特流波形sine wave: Sine wave 模块用来生成高频载波信号coswct,由于高频载波信号要求得的载波频率较高，在此设wc=8000rad/s。Product: 这是一个乘法器，其作用是将随机二进制比特流和高频载波coswct相乘后生成已调信号m(t)，从而起到通断键控的作用。Bandpass： Analog Filter Design用来设计各种模拟滤波器，可以用来实现低通、带通、高通等各种滤

9、波器。此处将Analog Filter Design中的Filter Type 属性设置为Bandpass，即为带通滤波器，带通滤波器是用来通过所有有用的信号，同时滤除一部分多余的信号，设置其参数及经带通滤波器后示波器三显示的波形分别如图4.4和图4.5所示：图4.4 带通滤波器的参数设置图4.5 经带通滤波器后的已调波形AWGN Channel: AWGN Channel模块用来产生含有加性高斯白噪声信道，已调信号输入加性高斯白噪声信道模拟通信系统中的实际的通信信道。AWGN Channel的属性设置及经过加性的高斯白噪声信道后的波形接示波器4后显示分别如图4.6 和图4.7 所示：图4.6

10、 AWGN Channel属性设置图4.7 已调信号经AWGN Channel后的波形Bandpass： 在此处再次用到Analog Filter Design中的Bandpass，此处设置带通滤波器是为了使已调信号全部通过，同时尽可能多地滤除高斯白噪声，经过带通滤波器后，接示波器5后显示波形如图4.8所示：图4.8接收端信号通过带通滤波器后波形Product: 此次设计中采用的是相干解调，经示波器5显示后输出的波形与本地载波coswct(其中WC=8000rad/s)相乘后输出波形接示波器6后显示波形如图4.9所示：图4.9示波器6显示波Lowpass: Analog Filter Desi

11、gn中将Filter type 设置为Lowpass便可以实现低通滤波器，低通滤波器主要是将信号从高频载波移至低频，以便于接收到原信号，低通滤波器的属性设置及信号经过低通滤波器后接至示波器7后的显示波形分别如图4.10和图4.11所示：图4.10低通滤波器属性设置图4.11示波器7显示波形Sampled Quantizer Encode 由于经过低通滤波器后的波形仍然为模拟信号，所以要生成数字信号要经过抽样判决，在MATLAB的SIMULINK中，对Sampled Quantizer Encode进行适当的参数设置可以用来实现抽样判决。经分析后，对该参数的设置如图4.12所示，经抽样判决后的波

12、形（即最后的输出波形）如图4.13所示：图4.12Sampled Quantizer Encode的参数设置图4.13最后输出波形至此调制与解调整个都完成了。4.3 系统性能分析Error Rate Calculation（误码率计算）误码率计算模块计算输入的两个数据Tx和Rx的差错率,其参数设置为：图4.14差错率计算模块参数设置Display（显示模块）显示模块用来显示总码元个数，出错码元个数，以及差错率。图4.15 Display模块参数设置To workspace（输出到工作空间模块）该模块表示输出的数据送至当前的工作空间，以便于调用。然后执行下面的程序：clc;clear;x=0:0

13、.05:0.4;y=x;for i=1:length(x) panjuedianping=x(i); sim(ASS1); %刚建立的mdl文件名 y(i)=mean(ERRout);endplot(x,y);grid on;legend(判决电平与误码率关系);可得判决电平与误码率的关系曲线， 图4.16误码率曲线图如4.16图所示:由图可知，当前的判决电平在0.1到0.35之间误码率最低。同时对于误码率的一些操作结果如下图所示：误码率为百分之7.5. 5、 总结与体会 2ASK是信息传输中使用得较早的一种调制方式，也是数字通信中用得较广的一种方式。它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗

14、衰减的性能较好，适合中低速数据的传输的应用。通常数据率在低于1200bps时使用2ASK方式。在衰落信道中传输数据时，它也被广泛采用。相干解调对接受设备的复杂程度比非相干解调较高。自从因特网把我们领进信息时代开始，人类的历史翻开了璀璨的一页。随着信息的飞速发展，通信原理也随之崛起。从而，使得培养新世纪的技术人才显得分外重要。在学习通信原理理论基础后，我们又在此基础上通过利用MATLAB仿真真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题。比如说要使信号不失真的能够传输到接收端就要考虑很多的因数。在发送端要注意噪声的加入，尽量的减少噪声进入信道中，以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号。而

15、在接收端，采用哪种解调方式能够更好的恢复出原来的信号。对于不同的解调方式有相干解调和非相干解调。相干解调一般是在接收端使接收的信号通过一个相乘器，同时乘上一个与原调制信号同频同相的载波，再通过低通滤波器滤出不需要的信号，然后再经过抽样、量化和编码最终得到原调制信号。对于非相干解调可以将接收的信号通过包络检波器，然后再经过抽样、量化和编码最终也可以得到原调制信号。通过这次的课程设计即上网实际操作，进一步了解了二进制频移键控即2FSK的基本原理及其解调方法（非相干解调，相干解调）。当然在学习过程中，遇到过许多困难，比如参数设置的不理想因此总是会出现波形失真的现象等问题。但是通过上网查找资料和查询参

16、考书能够让我更好的完成此次设计。同时这次设计也让我能够更好的对应用工具MATLAB有一个进一步的了解和应用。这次的课程设计使我收益颇丰，对通信原理有了新的认识。通信原理是电子信息工程通信方向最主要的专业课程之一，通过在课堂上对理论知识的学习，我们了解到现代通信的基本方式以及其原理。然而，如何将理论在实践中得到验证和应用，是我们学习当中的一个问题。而通过本次课程设计，我们在强大的MATLAB平台上对数字信号的传输系统进行了一次仿真，有效的完善了学习过程中实践不足的问题，同时进一步巩固了原先的基础知识。通过这次的课程设计，我们对信息和通信系统有了更进一步的认识，尤其是在系统设计方面，尽管是非常基础

17、的2ASK调制与解调的传输，也是经过若干设备协同工作，才能保证信号有效传输，而小到仅仅是一个参数，都有可能导致整个系统无法正常运行。另一方面，我们通过本次的课程设计，着实领教了MATLAB矩阵实验室强大的功能和实力。通过在SIMULINK环境下对系统进行模块化设计与仿真，使我们获得两方面具体经验，第一是MATLAB中SIMULINK功能模块的使用方法，第二是图形化和结构化的系统设计方法。这些经验虽然并不高深，但是对于刚入门的初学者来说，对以后步入专业领域进行设计或研发无疑具有重大的意义。当然，在整个仿真过程中也遇到很多现实的问题，比如各版本MATLAB软件并不完全兼容，许多复杂模块参数深奥难以

18、正确设置，这些都是今后学习中需要进一步加强和完善的地方。自从因特网把我们领进信息时代开始，人类的历史翻开了璀璨的一页。随着信息的飞速发展，通信原理也随之崛起。从而，使得培养新世纪的技术人才显得分外重要。在学习通信原理理论基础后，我们又在此基础上通过利用MATLAB仿真真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题。比如说要使信号不失真的能够传输到接收端就要考虑很多的因数。在发送端要注意噪声的加入，尽量的减少噪声进入信道中，以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号。而在接收端，采用哪种解调方式能够更好的恢复出原来的信号。对于不同的解调方式有相干解调和非相干解调。相干解调一般是在接收端使接收

19、的信号通过一个相乘器，同时乘上一个与原调制信号同频同相的载波，再通过低通滤波器滤出不需要的信号，然后再经过抽样、量化和编码最终得到原调制信号。对于非相干解调可以将接收的信号通过包络检波器，然后再经过抽样、量化和编码最终也可以得到原调制信号。通过这次的课程设计即上网实际操作，进一步了解了二进制频移键控即2FSK的基本原理及其解调方法（非相干解调，相干解调）。当然在学习过程中，遇到过许多困难，比如参数设置的不理想因此总是会出现波形失真的现象等问题。但是通过上网查找资料和查询参考书能够让我更好的完成此次设计。同时这次设计也让我能够更好的对应用工具MATLAB有一个进一步的了解和应用。这次的课程设计使

20、我收益颇丰，对通信原理有了新的认识。6、系统中仿真模块的作用及主要参数的设置分析6.1 Bernoulli Binary Generator模块 贝努力二进制序列产生器,用来产生调制二进制信号.要设置的参数两个,一个是Probability of a zero即二进制中”0”产生的概率,设置成0.5;另一个是Sample time即每秒发送多少个脉冲,这个值可以由仿真后的Scope中的数据与仿真时间相除得到，可以任意设置。种子大小设置为90.6.2 sine wave模块 Amplitude（幅度、振幅）为1、Frequency（频率）为8000rad/s、Phase（初相、弧度）为0、sam

21、ple time(采样时间)为0.6.3 Product模块 Uumber of inputs 主要参数是设置输入的管脚数目为2.6.4 Scope模块 作用是显示输出信号的结果。主要参数：Number of axes,表示坐标系的数目，由于有1个输入端，所以设为1。6.5 Analog Filter Design Lowpass模块 Analog Lowpass Filter Prototypes 模拟低通滤波器原型为巴特沃什滤波器；阶数为8；频率为200rad/s6.6 Sampled Quantizer Encode模块 Quatization partition(量化间隔)；Quati

22、zation codebook(量化码本)；Input signal Vector length(输入信号向量长度)；Sample time(采样时间)。6.7 Error Rate Calculation模块两个不同方向的延时7、参考书目1 赵静，张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真.北京.北京航空航天大学出版社.20072 张卫刚.通信原理与通信技术M.第2版.徐国平,译.北京:电子工业出版社,20023 林来兴.空间控制技术.宇航出版社,1992：25424 通信原理简明教程/南利平等编著.-2版.北京:清华大学出版社,2007.85 樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）m.北京：国防工业出版社，2007.6 张圣勤.MATLAB7.0实用教程m.北京：机器工业出版社，2006.7姚俊、马松辉基于MATLAB6.X的SIMULINK建模与仿真西安电子科技大学出版社，2002年8月8李建新、刘乃安、刘继平现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱西安电子科技大学出版社，2000年11月