2ASK信号的调制与解调分析与研究.docx
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2ASK信号的调制与解调分析与研究
2ASK信号的调制与解调分析与研究
Theanalysisandresearchofmodulationanddemodulationto2ASKsignal
论文摘要:
幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的,其最简单的形式是,载波数字形式的调制信号在控制下通断,此时又可称作开关键控法(OOK)。
本设计中选择正弦波作为载波,用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制,载波在数字1或0的控制下通或断,在信号为1的状态载波接通,此时传输信道上有载波出现号为0的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送,调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍,此调制称为二进制振幅键控信号。
在数字通信频带通信息中,2ASK的调制的方法占有很重要的地位。
本文利用单极性不归零作为调制信号,将基带的数字信号通过与高频载波相乘将其搬移到频带,实现调制。
为了模拟真实的传输环境,还加入高斯白噪声。
在解调时,利用相干解调,与同步载波相乘,在通过低通滤波器,最后在抽样判决恢复出调制信号。
2ASK是一种优良的数字调制方式,实现方式较为简单(键控法),能达到相对较好的误码率。
Abstract:
amplitudeshiftkeying(ASK)modulationwithacarriersignalamplitudeischanging,initssimplestform,thecarriermodulatedsignalindigitalformunderthecontroloff,thistimecanbecalledtoopenthekeycontrolmethod(OOK).Thedesignoftheselectedsinewaveasthecarrier,usingabinarybasebandsignalamplitudeofthecarriersignalismodulated,thecarriernumber1or0oroffunderthecontrolofthesignalstateof1onthecarrier,thenthetransmissionchannelthereappearscarrierstatenumber0,thecarrieristurnedoff,nocarriertransportchanneltransmissiontime,themodulatedsignalisabinarybandwidthoftwicethewidthofthebasebandsignal,thisiscalledabinaryamplitudeshiftkeyingmodulationsignal.Indigitalcommunicationband-passinformation,2ASKmodulationmethodoccupiesaveryimportantposition.Inthispaper,aunipolarNRZmodulationsignaltoabasebanddigitalsignalismultipliedwiththehigh-frequencycarrierfrequencytobemovedtoachievemodulation.Inordertosimulatetheactualtransmissionenvironment,butalsoaddingGaussianwhitenoise.Inthedemodulation,theuseofcoherentdemodulation,andsynchronizationcarriermultipliedbythelow-passfilter,thefinaljudgmentinthesampletorecoverthemodulatingsignal.2ASKdigitalmodulationisanexcellentwaytoachievearelativelysimplemethod(Keying),canachieverelativelygooderrorrate.
关键字:
2ASK调制解调matlab
二进制振幅键控
本次设计采用的流程图如图2-1所示。
图2-12ASK调制解调框图
ASK调制原理
2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度,使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化,而其频率和初始相位保持不变。
信息比特是通过载波的幅度来传递的。
其信号表达式为:
,S(t)为单极性数字基带信号。
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。
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。
典型波形如图2-2所示。
图2-2典型2ASK波形
e2ASK(t)为已调信号,它的幅度受s(t)控制,也就是说它的幅度上携带有s(t)的信息。
2ASK信号的产生方法通常有两种:
模拟调制法(相乘器法)和键控法。
模拟调制法就是用基带信号与载波相乘,进而把基带信号调制到载波上进行传输。
键控法由s(t)来控制电路的开关进而进行调制。
两种方法的调制如图2-3和图2-4所示。
图2-3模拟调制法(相乘器法)
图2-4键控法
2.1.2ASK解调原理
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。
相乘后的信号只要滤除高频部分就可以了。
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。
本次设计采用相干解调法。
2.1.3仿真结果及分析
通过编写M文件程序(见附录),产生随机信号,按图2-1顺序对每一模块编程后。
程序中注有需注意语句及解释。
运行程序,实现2ASK的调制与解调过程。
本次设计采用模拟调制法(相乘器法)和相干解调法。
仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图
相干解调后的信号与原信号的比较
参考文献
[1]樊昌信.通信原理(第6版).国防工业出版社,2006,09
附录代码
clearall;
closeall;
echoon
%------------------系统仿真参数
A=1;%载波振幅
fc=2;%载波频率(Hz)
snr=10;%信噪比dB
N_sample=8;%基带信号中每个码元的的采样点数
N=10000;%码元数
Ts=1;%码元宽度
df=0.01%频率分辨率
B=1/Ts;
f_start=fc-B;
f_cutoff=fc+B;
fs=fc*N_sample%系统采样频率,即考虑载波后,一个码元内的采样点数
ts=Ts/fs;%系统采样间隔
t=0:
ts:
N*Ts-ts;
Lt=length(t);
%-----------画出调制信号波形及功率谱
%产生二进制信源
d=sign(randn(1,N));
dd=sigexpand((d+1)/2,fc*N_sample);
gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ波形
d_NRZ=conv(dd,gt);
d_NRZ1=d_NRZ(1:
Lt);
pause%画出单极性NRZ波形及其功率谱
figure
(1)
subplot(211);
plot(t,d_NRZ1);%画出单极性NRZ信号波形
axis([01001.2]);
xlabel('t');
ylabel('单极性信号');
subplot(212);
[d_NRZ1f,d_NRZ1,df1,f]=T2F(d_NRZ1,ts,df,fs);%求出单极性NRZ信号功率谱
plot(f,10*log10(abs(fftshift(d_NRZ1f).^2/length(f))));%画出单极性NRZ信号功率谱
axis([-2*B2*B-500]);
xlabel('f');
ylabel('单极性信号功率谱');
pause%画出双极性NRZ波形及其功率谱
ht=A*sin(2*pi*fc*t);%载波
s_2ask=d_NRZ(1:
Lt).*ht;%生成已调信号2ASK
pause%画出已调信号2ASK及其功率谱
figure
(2)
subplot(211);
plot(t,s_2ask);%画出2ASK信号
axis([010-11]);
xlabel('t');
ylabel('2ASK');
%求2ASK信号功率谱
[s_2askf,s_2ask,df1,f]=T2F(s_2ask,ts,df,fs);%求出单极性NRZ信号功率谱
subplot(212);
plot(f,10*log10(abs(fftshift(s_2askf).^2/length(f))));%画出单极性NRZ信号功率谱
axis([-fc-2*Bfc+2*B-500]);
xlabel('f');
ylabel('2ASK的功率谱')
snr_lin=10^(snr/10);%换算成倍数
signal_energy=0.5*A^2*Ts;%求出接收信号平均能量
noise_power=(signal_energy*fs)/(snr_lin*4);%求出噪声方差(噪声均值为0)
noise_std=sqrt(noise_power);%求出噪声均方差
noise=noise_std.*randn(1,Lt);%以噪声均方差作为幅度产生高斯白噪声
%----------------将已调信号送入信道
r=s_2ask(1:
Lt)+noise(1:
Lt);%叠加了噪声的已调信号,相当于将已调信号送入理想信道
[H,f]=bp_f(length(s_2askf),f_start,f_cutoff,df1,fs,1);%经过理想带通滤波器
DEM=H.*s_2askf;%滤波器输出的频谱
[dem]=F2T(DEM,fs);%滤波器的输出波形
dem1=dem(1:
Lt)
pause%经过理想带通滤波器后的信号波形及功率谱
figure(3)
subplot(211)%经过理想带通滤波器后的信号波形
plot(t,dem1)%画出经过理想带通滤波器后的信号波形
axis([010-11]);
xlabel('t');
ylabel('理想BPF输出信号');
[demf1,dem1,df1,f]=T2F(dem1,ts,df,fs);%求经过理想带通滤波器后信号功率谱
subplot(212)
plot(f,10*log10(abs(fftshift(demf1).^2/length(f))));%画出经过理想带通滤波器后信号功率谱
axis([-fc-3*Bfc+3*B-500]);
xlabel('f');
ylabel('理想BPF输出信号功率谱');
%-----进行相干解调,先和本地载波相乘,即混频
figure(4)
der=dem1(1:
Lt).*ht(1:
Lt);%和本地载波相乘,即混频
subplot(211)%画出混频后的波形
plot(t,der);
axis([010-11]);
xlabel('t');
ylabel('混频后的信号');
[derf,der,df1,f]=T2F(der,ts,df,fs);%求混频后信号的功率谱
subplot(212)
plot(f,10*log10(abs(fftshift(derf).^2/length(f))));%画出混频后的功率谱
axis([-fc-3*Bfc+3*B-500]);
xlabel('f');
ylabel('混频后信号的功率谱');
[LPF,f]=lp_f(length(derf),B,df1,fs,1);%求低通滤波器
pause%混频信号经理想低通滤波器后的波形及功率谱
DM=LPF.*derf;%理想低通滤波器输出信号频谱
[dm]=F2T(DM,fs);%理想低通滤波器的输出波形
figure(5)
subplot(211)
plot(t,dm(1:
Lt));%画出经过低通滤波器后的解调出的波形
axis([010-11]);
xlabel('t');
ylabel('LPF输出信号');
subplot(212)
[dmf,dm,df1,f]=T2F(dm,ts,df,fs);%求LPF输出信号的功率谱
plot(f,10*log10(abs(fftshift(dmf).^2/length(f))));%画出LPF输出信号的功率谱
axis([-fc-3*Bfc+3*B-500]);
xlabel('f');
ylabel('LPF输出信号功率谱');
%-------最后对LPF输出信号抽样判决
dm=dm(1:
Lt);
panjue=zeros(1,N);%建立存储判决值的矩阵
%抽样判决,规则:
大于等于0判1,小于0判-1
fori=1:
N;
ifdm(fc*N_sample*(i-1)+fc*N_sample/2+1)>=0;%抽样判决时刻
panjue(i)=1;
else
panjue(i)=0;
end
end
%----画出判决出的基带信号波形,并和调制信号比较
rr=sigexpand(panjue,fc*N_sample);
rrt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ波形
huifu_NRZ=conv(rr,rrt);
pause%观察调制信号和解调信号波形
figure(6)
subplot(211)
plot(t,d_NRZ(1:
Lt));%调制信号波形
axis([010-1.21.2]);
xlabel('t');
ylabel('调制信号');
subplot(212)
plot(t,huifu_NRZ(1:
Lt));%解调信号波形
axis([010-1.21.2]);
xlabel('t');
ylabel('解调信号');
%-------------------统计误码数
numoferr=sum(abs(panjue-d)/2)/N%计算出错误码元数
ylabel('解调后的信号');
function[H,f]=bp_f(n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p)
%带通滤波器函数输入设计的滤波器参数,产生带通滤波器频率特性函数H和频率向量f
%------------------------输入参数
%n带通滤波器的输入信号长度
%f_start通带起始频率
%f_cutoff带通滤波器的截止频率
%df1频率分辨率
%fs抽样频率
%p滤波器幅度
%----------------------输出(返回)参数
%H带通滤波器频率响应
%f频率向量
n_cutoff=floor(f_cutoff/df1);%设计滤波器
n_start=floor(f_start/df1);
f=[0:
df1:
df1*(n-1)]-fs/2;%频率向量
H=zeros(size(f));
H(n_start+1:
n_cutoff)=p*ones(1,n_cutoff-n_start);
H(length(f)-n_cutoff+1:
length(f)-n_start)=p*ones(1,n_cutoff-n_start);
function[H,f]=lp_f(n,f_cutoff,df1,fs,p)
%低通滤波器函数输入设计的滤波器参数,产生低通滤波器频率特性函数H和频率向量f
%------------------------输入参数
%n低通滤波器的输入信号长度
%f_cutoff低通滤波器的截止频率
%df1频率分辨率
%fs抽样频率
%p滤波器幅度
%---------------------输出(返回)参数
%H低通滤波器频率响应
%f频率向量
n_cutoff=floor(f_cutoff/df1);%设计滤波器
f=[0:
df1:
df1*(n-1)]-fs/2;%频率向量
H=zeros(size(f));
H(1:
n_cutoff)=p*ones(1,n_cutoff);
H(length(f)-n_cutoff+1:
length(f))=p*ones(1,n_cutoff);
function[M,m,df]=fftseq(m,ts,df)
%各参数含义与子函数T2F中的完全相同。
fs=1/ts;
ifnargin==2
n1=0;
else
n1=fs/df;
end
n2=length(m);
n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));
M=fft(m,n);
m=[m,zeros(1,n-n2)];
df=fs/n;
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- 关 键 词:
- ASK 信号 调制 解调 分析 研究