2ASK系统的仿真.docx

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2ASK系统的仿真

课程设计

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

摘要

调制解调技术作为现代通信系统关键技术之一，一直是备受关注。

二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。

本次设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK仿真系统。

用示波器观察调制前后的信号波形，以及加上噪声源后的波形变化。

通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。

关键词：

调制解调;2ASK仿真系统；Simulink

Abstract

Asoneofthekeytechnologiesinmoderncommunicationsystemofmodulationanddemodulationtechnology,hasbeenpaidmuchattention.Thebinaryamplitudeshiftkeyingisakindofancientmodulation,whichisthebasisofallkindsofdigitalmodulation.ThisdesignismainlySimulinksimulationplatformbasedonMATLABintegratedenvironment,thedesignofa2ASKsimulationsystem.Toobservethesignalwaveformmodulationandtheoscilloscope,plusnoisesourcewaveformchanges.2ASKmodulationanddemodulationofthesimulationfunctionsimulationbySimulink.

KeyWord:

Modulationanddemodulation;2ASKsimulationsystem;Simulink

基于MATLAB的2ASK系统的研究与仿真

1背景知识

1.1数字频带传输系统

在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。

然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。

必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。

图1.1-1数字调制系统的基本结构[1]

Fig1.1-1Thebasicstructureofdigitalmodulationsystem

数字调制与模拟调制原理是相同的，但是数字信号有离散取值的特点。

基本的三种数字调制方式是：

振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK）。

1.2二进制振幅键控（2ASK）

1.2.1基本原理

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递信息，而其频率和初相位保持不变。

在2ASK中，载波幅度只有两种变化，分别对应二进制信息“0”或“1”。

2ASK信号其表达式是：

（1.2.1-1）

其中：

（1.2.1-2）

式中：

Ts为码元持续时间；g（t）为持续时间为Ts的基带脉冲波形。

通常假设g（t）是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。

（1.2.1-3）

2ASK信号产生通常有两种：

模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制器如图1.2.1-1所示。

图1.2.1-1模拟相乘法（上）数字键控法（下）[1]

Fig1.2.1-1Analogmultiplication（on）digitalkeying（below）

2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。

所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）,其相应原理方框图如图1.2.1-2所示。

图1.2.1-2非相干解调方式（a）相干解调方式（b）[1]

Fig1.2.1-2non-coherentdemodulation（a）coherentdemodulationmethod（b）

1.2.22ASK实际应用价值

2ASK是20世纪初最早运用于无线电报中的数字调制方式之一。

但是ASK传输技术受噪声影响很大。

噪声电压和信号一起改变了振幅。

在这种情况下，“0”可能变为“1”，“1”可能变为“0”。

由于ASK是受噪声影响很大的调制技术，现已很少应用，不过，2ASK常常作为研究其他数字调制的基础，因此了解它很必要。

1.3设计平台简介

1.3.1MATLAB简介

MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。

它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。

它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。

MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台

1.3.2Simulink简介

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。

22ASK系统仿真设计

2.12ASK相干解调设计框图

2.2应用Simulink进行2ASK相干解调仿真框图

2.3选用模块以及参数设定[3]

1．伯努利二进制发生器模块ernoulliBinaryGenerator的参数设置为：

Probabilityofazero概率设为0.5，initialseed设为61，Sampletime抽样时间为1S。

2．正弦波SineWave的参数设置为：

频率设为60rad/sec。

3．乘法器Product模块的参数设置为：

输入端数量设为2。

4．高斯白噪声GaussianNoiseGenerator模块的设置为：

Sampletime抽样时间为0.01s。

5．Sum模块的参数设置为：

sampletime设为-1。

6．带通滤波器AnalogFilterDesign模块的参数设置为：

filterorder为8，Lowerpassbandedgefrequency为52,Upperpassbandedgefrequency为68。

7．相乘器Product模块的参数设置为：

输入端数量设为2

8．低通滤波器AnalogFilterDesign模块的参数设置为：

filterorder为8，passbandedgefrequency为8。

9．示波器Scope的参数设定为：

接口有6个，时间围是自动调整。

10．抽样判决器其中constant的constantvalue参数设定为：

0

2.4MATLAB编程[3]

clear;%清空Workspace

clc;%清空CommandWindow

closeall;%关闭所有窗口

%--------------------------------------

%信号以及仿真相关参数的设置

%--------------------------------------

dt=0.001;%时间采样间隔，即仿真步长

fc=10;%载波中心频率

B_number=10;%设码元数目为10个

T=5;%信号时长

N=T/dt;%采样点数，即仿真点数

B_Sample_Point=N/B_number;%一个码元所对应的采样点数

B_Sample_array=zeros（1,N）;%建立一个码元采样的空数组

t=0:

dt:

（N-1）*dt;%所有采样点数的时间组成的数组，即模型中函数的自变量

random_buffer=rand（1,B_number）;%生成10个随机数组

fori=1:

1:

B_number%将10个码元进行归一成二进制0、1

ifrandom_buffer（i）<0.5

random_buffer（i）=0;

else

random_buffer（i）=1;

end

end

fori=1:

1:

B_number%产生基带信号

forj=1:

1:

B_Sample_Point

B_Sample_array（（i-1）*B_Sample_Point+j）=random_buffer（i）;

end

end

CarrySignal=cos（2*pi*fc*t）;%载波信号表达式

%--------------------------------------

%2ASK调制信号的产生

%--------------------------------------

Signal_2ASK=CarrySignal.*B_Sample_array;

%--------------------------------------

%进行绘制调制曲线

%--------------------------------------

figure（'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：

否

'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：

否

'name','2ASK调制过程',...%设置对话框名称

'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：

否

'color','w',...%设置背景颜色

'Resize','on'）;%设置是否可以改变窗口大小

subplot（6,1,1）;%图形分为6行1列，目前画第一个

plot（t,B_Sample_array,'r','linewidth',3）;%画出二进制基带信号

holdon;gridon;%保持图像，使其能和下一个图像一起显示

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'二进制基带信号'）;%简单的配置

axis（[0,5,-0.2,1.2]）;%定义坐标区间

subplot（6,1,2）;%图形分为6行1列，目前画第二个

plot（t,CarrySignal,'r','linewidth',2）;%画出载波信号

holdon;%保持图像，使其能和下一个图像一起显示

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'载波信号'）;%简单的配置

axis（[0,5,-1.2,1.2]）;%定义坐标区间

subplot（6,1,3）;%图形分为6行1列，目前画第三个

plot（t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1.5）;%画出调制信号

holdon;%保持图像

gridon;%显示格点

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'调制信号'）;%简单的配置

axis（[0,5,-1.2,1.2]）;%定义坐标区间

%--------------------------------------

%信道传输（加入噪声）

%--------------------------------------

Gaussian_Noise=randn（1,N）/5;%加上高斯白噪声

Signal_2ASK=Signal_2ASK+Gaussian_Noise;

subplot（6,1,4）;%图形分为6行1列，目前画第四个

plot（t,Gaussian_Noise,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'高斯噪声'）;%简单的配置

holdon;

subplot（6,1,5）;%图形分为6行1列，目前画第五个

plot（t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'加噪调制信号'）;%简单的配置

holdon;

%--------------------------------------

%带通滤波器

%--------------------------------------

Fp=5;Rp=3;%53

Fs=15;Rs=60;%1560

Wp=2*pi*Fp/800;%800

Ws=2*pi*Fs/800;

[n,Wp]=ellipord（Wp,Ws,Rp,Rs）;

[b,a]=ellip（n,Rp,Rs,Wp）;

BPF_ASK=filter（b,a,Signal_2ASK）;%带通滤波器输出

subplot（6,1,6）;%图形分为6行1列，目前画第六个

plot（t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'带通滤波后的信号'）;%简单的配置

holdon;

%--------------------------------------

%相干解调

%--------------------------------------

Coherent_ASK=BPF_ASK.*CarrySignal;

%--------------------------------------

%低通滤波器

%--------------------------------------

Fp=25;Rp=3;%53

Fs=45;Rs=50;%1560

Wp=2*pi*Fp/10000;%800

Ws=2*pi*Fs/10000;

[n,Wp]=ellipord（Wp,Ws,Rp,Rs）;

[b,a]=ellip（n,Rp,Rs,Wp）;

Coherent_ASK=0-Coherent_ASK;

LPF_ASK=filter（b,a,Coherent_ASK）;%低通滤波器输出

%--------------------------------------

%抽样判决

%--------------------------------------

Judge_value=max（LPF_ASK）/2;

Coherent_ASK_Out=zeros（1,N）;

fori=1:

1:

B_number%抽样判决

ifLPF_ASK（i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2）>Judge_value

Coherent_ASK_Out（（i-1）*B_Sample_Point+1:

i*B_Sample_Point）=1;%判为1

else

Coherent_ASK_Out（（i-1）*B_Sample_Point+1:

i*B_Sample_Point）=0;%判为1

end

end

%-------------------------------

%绘制相干解调的波形

%-------------------------------

figure

（2）;%打开第二个显示窗

figure（'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：

否

'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：

否

'name','2ASK相干解调过程',...%设置对话框名称

'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：

否

'color','w',...%设置背景颜色

'Resize','on'）;%设置是否可以改变窗口大小

subplot（4,1,1）;%图形分为6行1列，目前画第六个

plot（t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'带通滤波后的信号'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,2）;

plot（t,Coherent_ASK,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'与载波相乘'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,3）;

plot（t,LPF_ASK,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'低通滤波器滤波'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,4）;

plot（t,Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3）;%画出相干解调实验

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'相干解调结果'）;%简单的配置

holdon;

%--------------------------------------

%非相干解调

%--------------------------------------

Non_Coherent_ASK=abs（BPF_ASK）;

%--------------------------------------

%低通滤波器

%--------------------------------------

Fp=25;Rp=3;%53

Fs=45;Rs=50;%1560

Wp=2*pi*Fp/10000;%800

Ws=2*pi*Fs/10000;

[n,Wp]=ellipord（Wp,Ws,Rp,Rs）;

[b,a]=ellip（n,Rp,Rs,Wp）;

LPF_ASK=filter（b,a,Non_Coherent_ASK）;%低通滤波器输出

%--------------------------------------

%抽样判决

%--------------------------------------

Judge_value=max（LPF_ASK）/2;

Non_Coherent_ASK_Out=zeros（1,N）;

fori=1:

1:

B_number%抽样判决

ifLPF_ASK（i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2）>Judge_value

Non_Coherent_ASK_Out（（i-1）*B_Sample_Point+1:

i*B_Sample_Point）=1;%判为1

else

Non_Coherent_ASK_Out（（i-1）*B_Sample_Point+1:

i*B_Sample_Point）=0;%判为1

end

end

%-------------------------------

%绘制非相干解调的波形

%-------------------------------

figure（4）;%打开第二个显示窗

figure（'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：

否

'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：

否

'name','2ASK非相干解调过程',...%设置对话框名称

'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：

否

'color','w',...%设置背景颜色

'Resize','on'）;%设置是否可以改变窗口大小

subplot（4,1,1）;%图形分为6行1列，目前画第六个

plot（t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'带通滤波后的信号'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,2）;

plot（t,Non_Coherent_ASK,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'全波整流'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,3）;

plot（t,LPF_ASK,'r','linewidth',1）;

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'低通滤波器滤波'）;%简单的配置

holdon;

subplot（4,1,4）;

plot（t,Non_Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3）;%画出相干解调实验

xlabel（'时间/s'）;ylabel（'幅值/v'）;title（'非相干解调结果'）;%简单的配置

holdon;

%-------------------------------

%绘制分析的波形

%-------------------------------

figure（6）;%打开第二个显示窗

figure（'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：

否

'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：

否

'name','2ASK分析波形',...%设置对话框名称

'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：

否

'color','w',...%设置背景颜色

'Resize','on'）;%设置是否可以改变窗口大小

subplot（3,1,1）;%图形分为6行1列，目前画第一个

plot（t,B_Sample_array,'r'