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论文2ask数字频带传输系统设计

安徽建筑工业学院

电子与信息工程学院

《综合课程设计》任务书

课程名称：

通信电子线路

题目：

2ASK数字频带传输系统设计

专业班级：

08通信工程

（1）班

学生姓名：

周正华

学号：

08205040108

指导教师：

冯俊高翠云夏义全邵慧

设计周数：

19-20周（2周）

目录

一、设计任务与要求和分工...................3

二、二进制振幅键控（2ASK）基本原理………….4

三、用protel99SE设计硬件电路和PCB………..9

四、Matlab程序实现及运行...................12

五、使用Simulink实现2ASK模型仿真...........15

六、使用SystemView实现2ASK模型仿真.........16

七、设计总结................................20

八、参考文献...............................21

（一）设计任务与要求

1.掌握2ASK解调原理及其实现方法，了解线性调制时信号的频谱变化；

2.认识和理解通信系统，掌握信号是如何经过发端处理被送入信道然后在接收端还原。

3.利用所学《通信原理》的基本知识以及相关学科的知识，来设计一2ASK数字调制器和解调器。

完成对2ASK的调制和解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。

（二）实验分工

本组由沈志鑫，计豪，何游，周正华四人组成。

本人主要完成protel的pcb版图设计，matlab程序的设计。

沈志鑫主要完成matlab程序的编程以及protel99se的电路图设计。

计豪主要完成matlab的仿真，systemview的设计。

何游主要完成protel的电路设计，matlabsimlink仿真。

（二）二进制振幅键控（2ASK）基本原理

（1）数字调制的概念

用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。

（2）数字调制的分类

在二进制时分为：

振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。

其中，ASK属于线性调制，FSK、PSK属于非线性调制。

（3）数字调制系统的基本结构

（4）ASK调制波形与方框图：

2.二进制幅移键控（ASK）

（1）ASK信号的产生

图为ASK信号的产生原理

一个二进制的ASK信号可视为一个单极性脉冲序列与一个高频载波的乘积，即ASK的时域表达式为：

也可写成：

（2）ASK信号的功率谱特性

ASK信号的自相关函数为：

（3）ASK信号的功率谱密度为:

式中,ps（f）为基带信号S（t）的功率谱密度

当0、1等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为:

则2ASK信号的功率谱密度为:

ASK信号谱,形状为ps（f）,双边带加载频谱线pE（f）

ASK信号传输带宽

（取主瓣宽度）

带宽利用率

（4）ASK信号的解调方式

解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。

其中相干解调要求接收端提供相干载波。

非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根据已调信号本身的特点来解调

2ASK信号有两种基本的解调方法：

非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统如图4、图5所示。

非相干解调方式

相干解调方式

抽样判决器的作用是：

信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。

假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。

当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。

非相干解调过程的时间波形

ＡＳＫ硬件电路设计

1.滤波电路环节设计

本设计采用一阶滤波电路，由于采用了脉冲周期：

PER=10us（f=1/10us=100kHz）的高频方波载波信号，故此处所用滤波器的时间常数

=1/f=10us

，因此先选定电阻R1=5k,与之对应选择电容C1=0.002uF,即可满足此时间常数要求。

2.比较电路环节设计

其中LM324与R2、R3构成一个反向器，LM324工作的正端电压设置为5Vdc。

其电路如下图所示

5.电压判决电路环节设计

该处电压抽样判决器中负端工作电压由V6处的5Vdc经R4、R5构成的电压取样电路取得1Vdc与LM３３９的正端输入电压信号比较，当输入信号大于1Vdc时，LM３３９输出为高电平，否则为低电平。

从而将原低频调制信号解调还原出来。

电路如下图所示

ASK调制解调仿真电路PCB图

ASK调制解调仿真电路综合设计

Matlab程序实现

clc;

clearall;

closeall;

%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（[01.2-0.21.2]）;

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（[01.2-1.21.2]）

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（[01.2-0.21.2]）;

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（[01.2-0.21.2]）;

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（[01.2-0.21.2]）;

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'）;

建立模型描述

使用Simulink实现2ASK模型仿真

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，丰富的可扩充的预定义模块库。

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。

在此次设计中，使用Simulink实现模拟调制法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声。

原理图如图所示。

Simulink仿真原理图

使用SystemView实现2ASK模型仿真

SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块（Token）去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

在此次设计中，使用SystemView实现两种调制方法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声。

在结果分析中，对使用模拟相乘法调制的信号所进行的两种不同解调方式的误码率，眼图，功率谱密度做了比较。

原理图如图所示。

调制模块

模拟调制法在SystemView上使用的元件如图10所示。

各元器件编号，图符，名称，功能及参数如表1所示。

通过参数可以发现，1000HZ的基带信号由2000HZ的载波进行调制。

模拟调制法中，直接将载波与基带信号相乘，这里载波输出为COS波形。

SystemView调制模块

表1SystemView调制模块元件参数表

编号

图符

名称

功能

参数

26

伪随机序列

（PNSeq）

产生一个按设定速率、由不同电平幅度脉冲组成的伪随机序列（PN）信号

Amp=0.5，Off=0.5，Rate=1000，NO=2

0

余弦波

（Sinusoid）

产生一个余弦波：

y（t）=Acos（2*pi*f*t）

Amp=1，Fre=2000Hz

续表1SystemView调制模块元件参数表

编号

图符

名称

功能

参数

30

乘法器

6,29

系统观察

SystemView

SystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形

信道模块

在信道中加入高斯噪声，如图11所示。

其中编号7为加法器，编号8为高斯噪声，参数为Con=Std，Std=0.3V，sink20为高斯白噪声波形。

信道模块

解调模块

解调使用了相干解调和非相干解调两种方式，如图12所示。

相干解调经过带通—相乘—低通—抽样判决后输出。

非相干解调经过带通—全波整流—低通—抽样判决后输出。

SystemView解调模块

各元件具体情况见表2。

表2SystemView解调元件参数表

编号

图符

名称

功能

参数

10

带通滤波器

BP=3,LOW=1000,HI=3000

1

正弦波

（Sinusoid）

提供同步载波

Amp=1，Fre=2000

23

乘法器

22

缓冲器

Buffer

判决

Gate=0，Threshold=0.3V，True=1，False=0

12，24

低通滤波器

BP=3,LOW=3000

18，25

采样器

Sample

按设定的采样率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合

Sam=6000

20，27

分析

Analysis

SystemView的基本信号接收器。

该接收器平时无显示，必须进入系统分析窗口才能观察和分析输出结果。

32，34

系统观察

SystemView

SystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形

设计总结

这次我们要在学校考试周内完成一个课程设计，边复习微波边做课程设计压力是很大的。

但是俗话说得好，有压力就有动力。

但在查阅大量资料和通过小组协作以及同学之间的讨论，最终完成了通信电路课程设计。

就2ASK设计而言，我们这组成功实现了使用Matlab编程和仿真，protel99se的设计，以及学习用SystemView仿真，也可以说有些小小的成就感。

这次课程设计，给我影响最深的就是再次感受到了Matlab的强大功能和广泛应用。

通信原理等课程的应用都可以借助于Matlab来实现，在大二的课程设计中我们曾经利用matlaB做了高频放大器和语音信号滤波器。

我感觉这次的难点是protel的仿真上。

在原有计算的数据的基础上进行仿真。

发现失真非常严重。

这说明现实和理论还是有很大差距的。

然后进行数据的调整。

调整许多次最终才得到相对满意的结果。

总的来说，经过这次课程设计学到了不少实用的东西，也真正体会到了各门课程之间的紧密联系。

一句话，将所学的所有知识联系起来，融会贯通，必将发现，原来一切并不难，难在我们没有这样的意识。

参考文献

[1]曹志刚，钱亚生编著，现代通信原理，清华大学出版社，1992。

[2]罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社，1999。

[3]樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯.通信原理（第五版）[M].北京:

国防工业出版社,2002。

[4]付家才.电子实验与实践[M].北京:

高等教育出版社,2004,7-11

[5]林理明.数字通信技术[M].北京:

高等教育出版社,2006,66-68.

[6]潘松，EDA技术实用教程（第二版），科学出版社