2ASK调制解调系统设计与仿真MATLAB课程设计.doc

郑州航空工业管理学院电子信息系统仿真课程设计 2010 级 电子通信工程 专业 1013084 班级题 目 2ASK调制解调系统设计与仿真 姓 名 孙春巍 学号 101308425 指导教师 闫利超 二一 二 年 十二 月 十三 日内 容 摘 要数字信号有两种传输方式，分别是基带传输方式和调制传输方式，即带通，在实际应用中，因基带信号含有大量低频分量不利于传送，所以必须经过载波和调制形成带通信号，通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随机带信号的变化而变化，这这一过程即为数字调制。数字调制为信号长距离高效传输提供保障，现已广泛应用于生活和生产中。另外根据控制载波参量方式的不同，数字调制主要有调幅（ASK），调频(FSK)，调相(PSK) 三种基本形式。本次课题针对于二进制的2ASK进行讨论，应用MATLAB矩阵实验室进行仿真，分析和修改，通过仿真系统生成一个人机交互界面，以利于仿真系统的操作。通过对系统的仿真，更加直观的了解数字调制系统的性能及影响其性能的各种因素，以便于比较，评论和改进。 关键词 调制；2ASK；Matlab；仿真；分析一、 MATLAB软件简介 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。二、 理论分析2.1 二进制幅移键控（2ASK）调制与解调原理 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。2.1.1 2ASK幅移键控 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。 图2.1.1 信号调制波形 由图可以看出2ASK信号的时间波形e2ASK（t）随二进制基带信号s（t）通断变化。所以又被称为通断键控信号2.1.2 2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法。 (1)模拟调制法使用乘法器实现 S(t) 乘法器 滤波器 图2.1.2(1) 模拟调制流程图 (2)键控法使用开关电路实现 1 K 0 图2.1.2(2) 键控法流程图 因此，也称OOK信号开关K的动作由S(t)决定，当 2.1.3 2ASK的解调方法 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。 (1)相干解调抽样 判决器 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 输出 图2.1.3(1) 相干解调流程图 (2)非相干解调 抽样 判决器 低通 滤波器 带通 滤波器 全波 整流器 a b c d 输 出 图2.1.3(2) 非相干解调流程图 图2.1.3(3) 2ASK信号非相干解调过程的时间波形2.1.4 理论总结 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而频率和初始相位保持不变。 (1)在2ASK中： S2ASk=m(t)*cos(2*pi*f*t)， 其中m(t)为数字信号，后者为载波。 载波在二进制基带信号控制下通断变化，所以又叫通-断键控（OOK）。 (2)2ASK的产生方法有两种：模拟调制和键控法 而解调也有两中基本方式：非相干解调（包络检波）和相干解调（同步检测法） DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t) 乘以相干载波后，只要滤去高频部分就可以了2.1.5 本次仿真使用相干解调方式 2ask信号 带通滤波器 载波相乘 低通滤波器 抽样判决 输出三、 数字调制技术的MATLAB仿真实现Matlab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)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*(dst>0.25);subplot(515)plot(t,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');四、 2ASK的仿真结果与分析(1)仿真结果 图4.1 相干解调的时域仿真波形 图4.2 相干解调的仿真波形(2) 仿真结果分析 由仿真结果可以看出: 根据时域：2ASK信号的包络就是信源，乘以相干波以后信号频率变大，通过低通滤波器后基本恢复信源的波形，但是幅度上有毛刺是因为有噪声的存在，最后经过抽样与判决有完全恢复出除了信源的波形。 根据频域:信源乘以载波后频谱发生了搬移并且移到了载频处，又乘以相干波以后频谱搬移到了更高频率处，经过低通滤波器滤去高频后又恢复出了信源的频谱。 由以上分析可知理论分析与仿真结果结果完全符合五、 课程设计总结通过本次的课程设计受益匪浅，感触良多。首先是进一步加深了对于通信原理，信号与系统，matlab程序设计等课程的理解和认知，也形象地把书本上的知识联系到了实际的应用和生产，随着比较及理解了2ASK的各种性能及优缺点，提高了自己分析和解决问题的能力，拓宽了自己的思路，掌握了各种全面以及辩证的看待问题的眼光，也逐步认识到自己的不足并加以克服和改正，从而得出正确结论。更以后的课题研究奠定了坚实的基础。六、 参考文献【1】通信原理(第6版). 樊昌信. 国防工业出版社【2】数字通信原理. 黎洪松. 西安电子系科技大学出版社【3】MATLAB程序设计教程. 刘卫国. 中国水利水电出版社【4】通信原理. 李晓峰. 清华大学出版社【5】数字处理及matlab仿真. 张雪英. 电子工业出版社【6】通信系统仿. 冯玉涛. 国防工业出版社【7】matlab通信工程仿真. 张德丰. 机械工业出版社【8】通信原理基于Matlab的计算机仿真. 郭文彬,桑林. 北京邮电大学出版社【9】MATLAB通信工程仿真. 张德丰. 机械工业出版社指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名： 年 月 日