【毕业设计】2ASK数字频带传输系统设计.doc

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1、安徽建筑工业学院电子与信息工程学院 综合课程设计任务书课程名称 ： 通信电子线路 题 目 ： 2ASK数字频带传输系统设计 专业班级 ： 08通信工程（1）班 学生姓名 ： 周正华 学 号 ： 08205040108 指导教师 ： 冯俊 高翠云 夏义全 邵慧 设计周数 ： 19-20周（2周） 目 录一、设计任务与要求和分工.3二、二进制振幅键控（2ASK）基本原理.4三、用protel 99SE设计硬件电路和PCB.9四、Matlab程序实现及运行.12五、使用Simulink实现2ASK模型仿真.15六、使用SystemView实现2ASK模型仿真.16七、设计总结.20八、参考文献.21

2、（一） 设计任务与要求1.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；2.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。3.利用所学通信原理的基本知识以及相关学科的知识，来设计一2ASK数字调制器和解调器。完成对2ASK的调制和解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。（二）实验分工本组由沈志鑫，计豪，何游，周正华四人组成。本人主要完成protel 的pcb版图设计，matlab程序的设计。 沈志鑫主要完成matlab程序的编程以及protel 99se 的电路图设计。计豪主要完成matlab的仿真，systemview的设计。何游主要完成pr

3、otel的电路设计，matlab simlink仿真。(二) 二进制振幅键控（2ASK）基本原理 （1）数字调制的概念用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。（2）数字调制的分类在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。其中，ASK 属于线性调制，FSK、PSK 属于非线性调制。（3）数字调制系统的基本结构（4）ASK调制波形与方框图：2.二进制幅移键控(ASK)（1）ASK 信号的产生图为 ASK 信号的产生原理一个二进制的ASK 信号可视为一个单极性脉冲序

4、列与一个高频载波的乘积，即ASK 的时域表达式为：也可写成：（2）ASK 信号的功率谱特性ASK 信号的自相关函数为：（3）ASK 信号的功率谱密度为:式中, ps ( f )为基带信号S(t)的功率谱密度当0、1 等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为:则2ASK 信号的功率谱密度为:ASK 信号谱,形状为 ps ( f ),双边带加载频谱线 pE ( f )ASK 信号传输带宽（取主瓣宽度）带宽利用率（4）ASK 信号的解调方式解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。其中相干解调要求接收端提供相干载波。非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根据已调信号本身的特点来解调2ASK信号有两种

5、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4、图5所示。非相干解调方式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。 非相干解调过程的时间波形硬件电路设计1. 滤波电路环节设计本设计采用一阶滤波电路，由于采用了脉冲周期：PER=10us（f=1/10us=100kHz） 的高频方波载波信号，故此处所用滤波器的时

6、间常数=1/f=10us ，因此先选定电阻 R1=5k ,与之对应选择电容 C1=0.002uF,即可满足此时间常数要求。2. 比较电路环节设计其中 LM324 与 R2、R3 构成一个反向器，LM324 工作的正端电压设置为5Vdc。其电路如下图所示5.电压判决电路环节设计该处电压抽样判决器中负端工作电压由 V6 处的 5Vdc 经 R4、R5构成的电压取样电路取得 1Vdc 与 LM的正端输入电压信号比较，当输入信号大于 1Vdc 时，LM 输出为高电平，否则为低电平。从而将原低频调制信号解调还原出来。电路如下图所示 ASK 调制解调仿真电路PCB图ASK 调制解调仿真电路综合设计Matl

7、ab程序实现clc;clear all;close all;%信源 a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01); subplot(511)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源);%载波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK调制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(2ASK信号)%加高斯噪声 nst=awgn(st,70);%解调部分nst=nst.*carry;subplot(513

8、)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(乘以相干载波后的信号)%低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,wc,s);%低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t);subplot(514)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过低通滤波器后的信号);%判决器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(515)plot(t,

9、pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过抽样判决后的信号)%频谱观察%调制信号频谱T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=(-N/2:N/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(2)subplot(411)plot(f,sf)title(调制信号频谱)%信源频谱mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(412)plot(f,mf)title(信源频谱)% 乘以相干载波后的频谱mmf=fftshift(abs(fft(nst);subplot(413)plot(f,mmf)title(乘以

10、相干载波后的频谱)%经过低通滤波后的频谱dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(414)plot(f,dmf)title(经过低通滤波后的频谱); 建立模型描述使用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

11、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。原理图如图所示。 Simulink仿真原理图使用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

12、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

13、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。原理图如图所示。 调制模块模拟调制法在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。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26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

14、=1000，NO=20余弦波(Sinusoid)产生一个余弦波：y(t)=Acos(2*pi*f*t)Amp=1，Fre=2000Hz续表1 SystemView调制模块元件参数表编号图符名称功能参数30乘法器6,29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，sink20 为高斯白噪声波形。 信道模块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

15、调经过带通全波整流低通抽样判决后输出。 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，Threshold=0.3V，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=600020，27分析 Analysis SystemView的基本信号

16、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设计总结这次我们要在学校考试周内完成一个课程设计，边复习微波边做课程设计压力是很大的。但是俗话说得好，有压力就有动力。但在查阅大量资料和通过小组协作以及同学之间的讨论，最终完成了通信电路课程设计。就2ASK设计而言，我们这组成功实现了使用Matlab编程和仿真，protel99se的设计，以及学习用SystemView仿真，也可以说有些小小的成就感。这次课程设计，给我影响最深的就是再次感受到了Matlab的强

17、大功能和广泛应用。通信原理等课程的应用都可以借助于Matlab来实现，在大二的课程设计中我们曾经利用matlaB做了高频放大器和语音信号滤波器。我感觉这次的难点是protel的仿真上。在原有计算的数据的基础上进行仿真。发现失真非常严重。这说明现实和理论还是有很大差距的。然后进行数据的调整。调整许多次最终才得到相对满意的结果。 总的来说， 经过这次课程设计学到了不少实用的东西，也真正体会到了各门课程之间的紧密联系。一句话，将所学的所有知识联系起来，融会贯通，必将发现，原来一切并不难，难在我们没有这样的意识。参考文献1 曹志刚，钱亚生编著，现代通信原理，清华大学出版社，1992。2 罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社，1999。3 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯. 通信原理(第五版) M . 北京:国防工业出版社,2002。4付家才.电子实验与实践M.北京:高等教育出版社,2004,7-115林理明. 数字通信技术M.北京:高等教育出版社,2006,66-68. 6潘松，EDA技术实用教程(第二版)，科学出版社21