基于2ASK的数字传输系统的建模与仿真讲解.docx
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基于2ASK的数字传输系统的建模与仿真讲解
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:
班级:
姓名:
学号:
年月
目录
1、课程设计的基本任务...............................2
2、课程设计的基本要求...............................2
3、2ASK数字信息系统模型及仿真环境...................2
4、系统的建立及其仿真...............................4
5、总结与体会......................................13
6、参考书目........................................14
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:
①数字信号的生成:
数字信号采用Bernoullibinarygenerator产生。
②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。
3.2ASK幅移键控(Amplitudeshiftkeying)
2ASK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3.2ASK调制器模型
3.3MATLAB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。
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:
BernoulliBinaryGenerator:
BernoulliBinaryGenerator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置和经过BernoulliBinaryGenerator产生的波形分别如图4.2和图4.3所示:
图4.2BernoulliBinaryGenerator参数设置
图4.3二进制比特流波形
sinewave:
Sinewave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:
AnalogFilterDesign用来设计各种模拟滤波器,可以用来实现低通、带通、高通等各种滤波器。
此处将AnalogFilterDesign中的FilterType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
AWGNChannel:
AWGNChannel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。
AWGNChannel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4.6AWGNChannel属性设置
图4.7已调信号经AWGNChannel后的波形
Bandpass:
在此处再次用到AnalogFilterDesign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:
AnalogFilterDesign中将Filtertype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
SampledQuantizerEncode
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SampledQuantizerEncode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,经抽样判决后的波形(即最后的输出波形)如图4.13所示:
图4.12SampledQuantizerEncode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
根据2ASK数字调制系统误码率公式
Pe=1/2erfc(r/2)1/2
可得显示误码率的曲线,如下图所示:
可见,随着信噪比的增大,系统传输误码率呈指数规律降低。
ErrorRateCalculation(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4.15Display模块参数设置
Toworkspace(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:
0.05:
0.4;
y=x;
fori=1:
length(x)
panjuedianping=x(i);
sim('ASK2_modanddemodzhongwennew');%刚建立的mdl文件名
y(i)=mean(ERRout);
end
plot(x,y);
gridon;
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,如4.16图所示:
图4.16误码率曲线图
由图可知,当前的判决电平在0.1到0.35之间误码率最低。
5、总结与体会
在本次通信原理课程设计中,我们的任务是用Simulink来实现2ASK调制解调系统。
通信原理作为我们的专业课,通过在课堂上对理论知识的学习,我们学到了一些基本的知识和原理,然而,我们也需要将理论在实践中得到验证和应用。
通过本次的课程设计,我们在MATLAB平台上对数字传输系统进行了以此仿真,有效的完善了再学习过程中实践不足的问题,同时也加深了对通信原理的认识,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。
另外,在此次课程设计中,我们也学习到了在MATLAB中Simulink功能模块的使用方法和图形化和结构化的系统设计方法。
同时我们在利用MATLAB仿真中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成原来的信号。
经过几天忙碌的课程设计我体会到了很多。
我意识到自己的理论知识还很欠缺,做设计的时候有遇到了很多困难,让我明白了学习是一个长期积累的过程,在以后的生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。
其次,我认识到理论运用到实践的重要性,正所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。
学习任何知识,仅从理论上去求知,而不去实践、探索是不够的。
所以在本学期学完通信原理之际,紧接着来一次通信原理的课程设计事很有必要的。
这样不仅加深我们对通信原理的认识,而且还及时真正做到了学以致用。
最后,这次的课程设计让我收获了许多,受益匪浅。
6、参考书目
【1】樊昌信,曹丽娜,通信原理,国防工业出版社,2008
【2】邵玉斌,Matlab/Simulink通信原理建模与仿真实例分析,清华大学出版社,2008
【3】姚俊、马松辉,现代通信系统分析与仿真—MATLABT通信工具箱,西安电子科技大学出版社,200
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- 基于 ASK 数字 传输 系统 建模 仿真 讲解