二进制数字频带传输系统设计2ASK.doc
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《专业课程设计(通信原理)》课程设计说明书
目录
1技术要求 1
2基本原理 1
2.12ASK定义 1
2.22ASK的调制 2
2.32ASK的解调 3
2.42ASK功率谱密度 3
2.5眼图 4
3建立模型描述 5
3.1SystemView方案 5
3.2Simulink方案 6
4功能模块分析或源程序代码 7
4.1SystemView功能模块分析 7
4.2Simulink功能模块分析 10
5调试过程及结论 11
5.1SystemView调试过程及结论 11
5.2Simulink调试过程及结论 15
6心得体会 17
7参考文献 18
二进制数字频带传输系统设计
——2ASK系统
1技术要求
设计一个2ASK数字调制系统,要求:
(1)设计出规定的数字通信系统的结构;
(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)用Matlab或SystemView实现该数字通信系统;
(4)观察仿真并进行波形分析;
(5)系统的性能评价。
2基本原理
2.12ASK定义
振幅键控是正弦载波的幅度随着数字基带信号而变化的数字调制,当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控.。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成,发送0符号的概率为P,发送1符号的概率为1-P,且相互独立。
该二进制符号序列可表示S(t)=
其中:
Ts是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:
则二进制振幅键控信号可表示为:
二进制振幅键控信号时间波型如图2-1所示,可以看出2ASK信号的时间波形S2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化,所以又称为通断键控信号(OOK信号)。
图2-12ASK信号时域波形
2.22ASK的调制
二进制振幅键控信号的产生方法有两种。
第一种,2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积,故用模拟乘法器实现其调制,成为“乘积法”。
第二种,2ASK信号的特征是对载波的“通—断键控”,用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门,由二进制序列S(t)控制门的通断:
S(t)=1时开关导通,S(t)=0时开关截止,这种调制方法成为“通—断键控法”。
2ASK“乘积法”调制的原理框图如图2-2所示,“通—断键控法”调制的原理框图如图2-3所示。
图2-22ASK调制乘积法
图2-32ASK调制通断键控法
2.32ASK的解调
由图2-1可以看出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)。
2ASK非相干解调原理框图与相干解调原理框图分别如下图2-4、图2-5所示:
图2-42ASK信号非相干解调原理框图
图2-52ASK信号相干解调原理框图
2.42ASK功率谱密度
由于二进制序列一般为随机序列,其频域分析的对象应为信号功率谱密度。
设为归一化矩形脉冲,若的傅氏变换为,则为二进制随机单极性矩形脉冲序列,且任意码元为0的概率为P,则的功率谱密度表达式为:
式中,;Hz,并与二进制序列的码元速率Rs在数值上相等。
可以看出,单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。
2ASK信号的双边功率谱密度表达式为:
表明,2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成:
(1)由经线性幅度调制所形成的双边带连续谱;
(2)由被调载波分量确定的载频离散谱。
图2-6为2ASK信号的单边功率谱示意图。
图2-6二进制振幅键控信号的功率谱密度
对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。
在不同应用场合,信号带宽有多种度量定义,但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”,这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。
显然,2ASK信号的谱零点带宽为:
(Hz)
式中,Rs为二进制序列的码元速率,它与二进制序列的信息率(比特率)Rb(bit/s)在数值上相等。
2.5眼图
眼图是指利用实验的方法估计和改善(通过调整)传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。
观察眼图的方法是:
用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端,然后调整示波器扫描周期,使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步,这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛,故称为“眼图”。
从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响,从而估计系统优劣程度。
另外,也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰和改善系统的传输性能。
一般而言,眼皮越厚,则噪声与ISI越严重,系统的误码率越高。
3建立模型描述
3.1SystemView方案
1)非相干解调(包络检波法)
调制部分:
采用模拟(乘积法)调制,包含的元件序号有0、1、2;
解调部分:
采用非相干解调法,包含的元件序号有3、4、5、6、7;
图3-1非相干解调法的总体模型
模块说明:
0为二进制随机NRZ信号,1为乘法器,2为正弦载波,3和5为低通滤波器,4为半波整流器,6为电压比较器,7为位同步信号,14为比特误码仪。
2)相干解调(同步检测法)
调制部分:
采用模拟(乘积法)调制,包含的元件序号有0、1、2;
解调部分:
采用相干解调法,包含的元件序号有3、4、5、6、7、8;
图3-2相干解调法的总体模型
模块说明:
0为二进制随机NRZ信号,1和4为乘法器,2和5为正弦载波,3和6为低通滤波器,7为电压比较器,8为位同步信号,16为比特误码仪。
3.2Simulink方案
调制部分采用的是乘积法,解调部分采用的是相干解调法。
图3-3基于Simulink的2ASK系统仿真总体框图
1)二进制基带信号:
图3-4二进制基带信号
2)正弦载波发生器:
图3-5正弦载波发生器
3)带通滤波器:
图3-6带通滤波器
4)低通滤波器:
图3-7低通滤波器
4功能模块分析或源程序代码
4.1SystemView功能模块分析
1)非相干解调模块
Token0是产生二进制的随机基带信号,选用的是SourceLibrary里的PNSeg,其参数为:
Amp=1V,Offset=1V,Rate=10Hz,Levels=2,Phase=0deg。
如图4-1:
图4-1Token0参数设置
Token1是乘法器,将载波和基带信号相乘,产生调制信号。
选用的是Multiplier,默认没有参数可以设置。
Token2是正弦载波产生器,选用的是SourceLibrary里的Sinusoid,其参数为:
Amp=1V,Freq=50Hz,Phase=0deg,output0=Sinet1。
如图4-2所示:
图4-2Token2参数设置
Token3是低通滤波器,滤除有效信号以外的噪声,选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。
它的详细的参数设置如图4-3所示:
图4-3Token3参数设置
Token4是半波整流器,作用是将2ASK信号的下半部分载波翻转到正半轴,选用的是FunctionLibrary里的HalfRctfy,参数为ZeroPoint=0V,MaxRate=500Hz。
Token5是低通滤波器,滤除有效信号以外的噪声,选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。
它的详细的参数设置如图4-4所示:
图4-4Token5参数设置
Token6是电压比较器,起到的作用是抽样判决器。
选用的是OperatorLibrary的子目录Logic里的Compare,其详细参数为:
a>=b,TrueOutput=1V。
如图4-5所示:
图4-5Token6参数设置
Token7是位同步信号,选用的是SourceLibrary子目录Aperiodic里的StepFct,其参数为Amplitude=200e-3V,StartTime=0sec,Offset=0V。
如图4-6所示:
图4-6Token7参数设置
Token14是比特误码仪,显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率,参数设置为No.trials(bits)=100,Threshold=0.5,Offset=0。
2)相干解调模块
Token0是产生二进制的随机基带信号,选用的是SourceLibrary里的PNSeg,其参数为:
Amp=1V,Offset=1V,Rate=10Hz,Levels=2,Phase=0deg。
Token1和Token4是乘法器,将载波和基带信号相乘,产生调制信号。
选用的是Multiplier,默认没有参数可以设置。
Token2和Token5是正弦载波产生器,选用的是SourceLibrary里的Sinusoid,其参数为:
Amp=1V,Freq=50Hz,Phase=0deg,output0=Sinet1。
Token3和Token6是低通滤波器,滤除有效信号以外的噪声,选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。
它们的参数设置同图4-3和图4-4。
Token7是电压比较器,起到的作用是抽样判决器。
选用的是OperatorLibrary的子目录Logic里的Compare,其详细参数为:
a>=b,TrueOutput=1V。
Token8是位同步信号,选用的是SourceLibrary子目录Aperiodic里的StepFct,其参数为Amplitude=200e-3V,StartTime=0sec,Offset=0V。
Token16是比特误码仪,显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率,参数设置为No.trials(bits)=100,Threshold=0.5,Offset=0。
4.2Simulink功能模块分析
原始二进制基带信号采用的是BernoulliBinaryGenerator,参数如图4-7所示。
图4-7BernoulliBinaryGenerator参数
带通滤波器采用的是AnalogFilterDesign,参数如图4-8所示。
图4-8带通滤波器参数
低通滤波器的参数如图4-9所示。
图4-9低通滤波器参数
5调试过程及结论
5.1SystemView调试过程及结论
Systemview非相干解原理框图(如图5-1所示)
图5-1非相干解调
调试过程中各点的波形如下列各图所示:
图5-2NRZ信号波形
图5-32ASK信号波形
图5-4经带通滤波器后信号波形
图5-5经半波整流器后信号波形
图5-6经包络检波器后输出波形
图5-7经抽样判决器后输出波形
图5-82ASK调制信号与解调信号波形比较
波形分析和结论:
二进制的基带信号和正弦载波经过乘法模拟器得到调制信号,即为2ASK信号。
已调信号经过信道时,受到不同噪声的干扰,导致在解调接收端出现的已调信号中混入了噪声,该已调信号经过半波整流器和抽样判决器后会输出二进制基带信号。
此外,采用相干
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- 关 键 词:
- 二进制数字 频带 传输 系统 设计 ASK