通信原理2ASK课程设计说明书.docx

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通信原理2ASK课程设计说明书

课程设计说明书

题目：

数字频带通信系统的设计及仿真

院系：

光电工程学院

班级：

学生姓名：

学号：

2012年月日

目录

1、引言2

2、2ASK数字传输系统设计及参数计算4

3、Matlab/Simulink仿真6

4、总结11

1、引言

1.1语音传输现状

1.1.1现代通信传输介质

1、有线通信介质包括架空明线，双绞线，同轴电缆，光缆等。

（1）架空明线是一种最早发展和使用的传输介质，它的通信容量较小而且很容易受外界干扰，线路损耗也大，早期使用的长途电话线就是架空明线。

（2）双绞线也称为双扭线，是最古老但又最常用的传输媒体。

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来而构成双绞线。

在现代家庭通信网络中，双绞线又是必不可少的一部分。

（3）由于同轴电缆比双绞线有优越的频率特性，现已被广泛用于较高速率和较高频率的数字数据传输中。

同轴电缆同双绞线相比，频带宽，传输数据速率高，传输距离大，抗干扰能力强，目前普遍用于长距离的电话或电报传输，有线电视，局域网络和短距离系统连的通信线路。

（4）光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光导纤维是一种能够传导光信号的极细（50μm～100μm）而柔软的介质。

光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现。

2、无线通信包括红外通信，激光通信和微波通信。

由于它们都是沿直线传播的，有时也称它们为视线媒体，因为这三种技术都需要在发送方面和接受方面有一条视线通路。

红外通信和激光通信将要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号，直接在空间传播。

微波的频率范围为300MHz~300GHz，但主要是使用2~40GHz的频率范围，在自由空间主要是直线传播。

由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此微波通信分为两种主要方式：

地面微波接力通信和卫星通信。

1.1.2移动通信

移动通信（Mobilecommunication）是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。

移动通信系统由两部分组成：

（1）空间系统；

（2）地面系统：

①卫星移动无线电台和天线；②关口站、基站。

移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代（4G）。

到4G，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统（ITS）和同温层平台（HAPS）系统将投入使用。

未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。

实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。

此外，系统性能（如蜂窝规模和传输速率）在很大程度上将取决于频率的高低。

考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。

从用户角度看，可以使用的接入技术包括：

蜂窝移动无线系统，如3G；无绳系统，如DECT；近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网（WLAN）系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；广播系统，如DAB和DVB-T；ADSL和CableModem。

1.1.3通信系统

通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。

现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。

当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统，其他电磁波范围的通信系统则称为电磁通信系统，简称为电信系统。

由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维，因此有线光通信系统又称光纤通信系统。

一般电磁波的导引媒体是导线，按其具体结构可分为电缆通信系统和明线通信系统；无线电信系统按其电磁波的波长则有微波通信系统与短波通信系统之分。

另一方面，按照通信业务的不同，通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通信系统和图像通信系统等。

由于人们对通信的容量要求越来越高，对通信的业务要求越来越多样化，所以通信系统正迅速向着宽带化方向发展，而光纤通信系统将在通信网中发挥越来越重要的作用。

1.22ASK数字传输系统仿真

用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变为数字带通信号的过程称为数字调制。

数字调制与模拟调制基本原理相同，但数字信号有离散取值的特点。

因此数字调制技术有两种方法：

①利用模拟调制方法实现数字调制；②利用数字信号离散取值特点通过开关键控载波，即键控法。

1.2.1数字通信系统的基本模型

信息源基带信号形成器信道接收滤波器受信者

噪声源

从消息传输角度看,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。

1.2.22ASK二进制振幅键控

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。

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）。

2、2ASK数字传输系统设计及参数计算

2.12ASK数字传输系统设计

2.1.12ASK调制原理

数字调制技术有两种方法：

①模拟相乘法：

通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，如图1,在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。

②数字键控法：

用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，如图二。

图1模拟相乘法图2数字键控法

2.1.22ASK解调原理

2ASK/OOK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），此次设计采用相干解调，如图3。

与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决”，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。

2.2.3总设计框图

信道

带通滤波器

低通滤波器

抽样判决器

输出

↑↑↑

cosωctn（t）cosωct

2.2.4参数计算

振幅键控是正弦载波的幅度随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为

2ASK信号一般表达式为

e2ASK（t）=Σang（t-nTs）cosωct

1、参数选择

（1）传输数字语音信号码元速率RB=4kHz

（2）载波频率fc=100kHz

（3）噪声功率谱密度no=2*10-9W/Hz

（4）信号功率Si=8mW

2、参数计算

带宽B=2RB=8KHz

196KHz≤|f|≤104KHz

带通特性H（f）=

0其它

输入噪声功率Ni=noB=2*10-9*8*103=1.6*10-5W

输入信噪比为r=Si/Ni=8Mw/1.6*10-5W=500

误码率Pe

当r>>1时，可近似表示为

≈0

1|f|≤4kHz

低通特性H（f）=

0其它

信道容量是指信道能够传输的最大平均信息速率，即传输速率用信道容量表示

Ct=

=8*9=72b/s

3、Matlab/Simulink仿真

3.1Matlab/Simulink简介

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，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。

1、基本功能

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

2、MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作：

　　●数值分析

　　●数值和符号计算

　　●工程与科学绘图

　　●控制系统的设计与仿真

　　●数字图像处理技术

　　●数字信号处理技术

　　●通讯系统设计与仿真

　　●财务与金融工程

●管理与调度优化计算（运筹学）

3、Simulink重要功能

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。

3.2系统建立及仿真结果

3.2.1加带限白噪声

信道模型1

调制部分波形1

注释：

从上到下，依次为传输语音信号波形，载波波形，调制后波形。

解调部分波形1

注释：

从上到下，依次为调制信号波形，加带限白噪声后波形，通过带通滤波器后波形，解调后波形，通过低通滤波器后波形，抽样判决后波形。

3.2.2加高斯噪声

信道模型2

注释：

调制部分波形同上

解调部分波形2

注释：

从上到下，依次为调制信号波形，加高斯噪声后波形，通过带通滤波器后波形，解调后波形，通过低通滤波器后波形，抽样判决后波形。

3.3.3部分参数设置

带通滤波器参数设置

低通滤波器参数设置

抽样判决器参数

4、总结

通过本次课程设计，对Matlab及Simulink有了初步的了解，学会简单运用Matlab/Simulink进行仿真，将理论在实践中得到验证和应用，同时进一步巩固了课堂所学知识。

在此过程中，不断尝试，不断遇见困难，发现问题，解决问题，培养了独立学习能力及实践能力，有效的完善了之前学习过程中的理论不足、实践不足。

通过这次的课程设计，进一步了解了二进制振幅键控即2ASK的基本原理及其解调方法，主要是相干解调。

在学习过程中，遇到过许多困难，比如参数设置的不理想，因此总是会出现波形失真的现象；改变输入信号参数，尤其是输入信号频率，就需要调试带通滤波器、低通滤波器，及抽样判决的参数等问题，通过不断尝试，以及上网查找资料和查询参考书让我更好的完成此次设计。

接收滤波器是用来接收信号，尽可能滤除信道噪声和其它干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。

抽样判决器则是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。

误码是由接收端抽样判决器的错误判断造成的，而造成错误判断的原因主要有两个：

一个是信道加性噪声的影响，另一个是码间串扰。

无码间串扰时的基带传输特性，即频域特性满足奈奎斯特第一准则，这一过程可以归述为：

一个实际的H（ω）特性若能等效成一个理想低通滤波器，则可实现无码间串扰。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）[m].北京：

国防工业出版社，2007.

[2]邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模与仿真实例分析[m].北京：

清华大学出版社，2008.

[3]贾秋玲，袁冬莉，栾云凤.MATLAB7.X/Simulik/Stateflow系统仿真、分析及设计[m].西安：

西北工业大学出版社，2006.

[4]张圣勤.MATLAB7.0实用教程[m].北京：

机器工业出版社，2006.

[5]庞宝茂.移动通信.[m].西安电子科技大学出版社，2009.

[6]（加）赫金.通信系统.[m].电子工业出版社,2010.