通信原理大作业

通信原理⼤作业
通信原理⼤作业
2ASK信号传输仿真
⼀、选题意义
2ASK（⼆进制振幅键控）是⼀种最简单的数字信号的载波传输，通过对2ASK 的仿真可以更好的理解数字调制系统的组成以及各模块的功能。

⼆、仿真实验任务
1.掌握2ASK 调制解调原理及其实现⽅法。

2.按照2ASK产⽣模型和解调模型分别产⽣2ASK信号和⾼斯⽩噪声，经过信
道传输后进⾏解调。

3.测试2ASK传输信号加⼊噪声后的误码率，分析2ASK传输系统的抗噪声性
能；
三、仿真原理
本实验主要是利⽤MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计⼀个2ASK 调制与解调系统.⽤⽰波器观察调制前后的信号波形; ⽤频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;加上各种噪声源,⽤误码测试模块测量误码率;最后根据运⾏结果和波形来分析该系统性能。

通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。

3.1 2ASK调制与解调原理
3.1.1 2ASK调制原理
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
2
()()cos()[()]cos ASK c n s c
n
e t s t w t a g t nT w t
==-
∑
(1)
其中：
⼆进
制振幅键控
信号时间波形如图1 所⽰。

由图1 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(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1 ⼆进制振幅键控信号时间波形
在⼆进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化⽽变化，实现这种调制的⽅式有两种：（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，其电路如图2所⽰。

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，其电路如图3所⽰。

图2 模拟相乘法图3 数字键控法
3.1.2 2ASK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），相应的接收系统如图4、图5所⽰。

图4 ⾮相⼲解调⽅式
图5 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。

图6
2ASK 信号⾮相⼲解调过程的时间波形
3.2 设计步骤
3.2.1 2ASK 调制解调系统
通过Simulink 的⼯作模块建⽴2ASK 调制解调系统，⽤⽰波器观察调制及解调过程中信号的波形。

⼆级2ASK 调制与解调系统的仿真电路图如图7所⽰。

Sine Wave
Scope
Rician
Rician Noise Generator
Rayleigh
Rayleigh Noise Generator
Quantizing Encoder U
Idx Q(U)Quantizing Encoder
Product1
Product
Power Spectral Density1
Power Spectral
Density
Gaussian Gaussian Noise Generator
Error Rate Calculation Tx
Rx
Calculation
0.6667Display
Bernoulli Binary Bernoulli Binary Generator
butter
Analog Filter Design2
butter
Analog Filter Design1
butter
Analog Filter Design
Add
1
1
100000101
a
b
c d
图7 2ASK调制与解调系统的仿真电路图
将基带信号（Bernoulli信号）与载波信号（正弦信号）相乘，经过带通滤波器，就完成了调制过程；经过信道传输后，经过带通滤波器，与本地载波（正弦信号）相乘，再经过低通滤波器，最后经过抽样判决起转换成数字信号，就完成了解调过程。

此系统所⽤仿真电路模块有: 伯努利⼆进制发⽣器模块，正弦波发⽣器模块，功率谱密度模块，⾼斯噪声发⽣器Gaussian Noise Generator模块，模拟滤波器模块，误码率计算模块，采样量化编码模块，⽰波器模块。

伯努利⼆进制发⽣器模块⽤于发出源信号，⽰波器⽤于观察波形。

第⼀路波形为基带信号（Bernoulli信号），第⼆路波形为载波（正弦信号），第三波形路为调制后的信号，第四路波形为已调信号经过带通滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。

3.2.2 系统所⽤模块的参数设置
在2ASK调制与解调中，将基带信号（Brenoulli信号）零出现的概率设为0.5，抽样时间设为1，其参数设定如图8所⽰。

载波频率应⽐基带信号的频率⼤，故将载波的频率参数设置为10*pi，抽样时间为0，其参数图如图9所⽰。

图8 2ASK基带信号参数设定
图9 2ASK载波信号参数设定
带通滤波器和低通滤波器的参数设定如图10，11所⽰。

图10 2ASK带通滤波器参数设定
图11 2ASK低滤通波器参数设定
抽样判决器参数设定如图12所⽰。

图12 2ASK抽样判决器参数设定计算误码率模块参数设定如图13所⽰。

图13 2ASK误码率计算模块参数设定四、仿真实验结果及分析
1）不加噪声时，⽰波器显⽰的5路信号波形如图14所⽰。

图14 不加噪声⽰波器显⽰的波形
图中由上到下波形所表⽰为：
1.信号源产⽣的信号波形
根据3.2中参数的设置，信号源产⽣的信号是⼆进制基带信号，信号的幅度为0和1时分别代表⼆进制信息“0”和“1”，且0、1出现的概率相等。

时间轴上单位长度表⽰码元的持续时间，即为1秒，图中显⽰了前10秒内信号源产⽣的信号波形。

2.加⼊的正弦载波的信号波形
正弦信号的幅度设置为1，频率为10*pi，即周期为0.2秒，从图中可以看到，1个码元持续时间内，正弦信号重复5个周期。

3.已调信号经过带通滤波器后的信号波形
这就是2ASK信号的时域波形，2ASK信号是基带信号和正弦载波相乘得到的，
其实质是幅度受到基带信号控制的载波，载波幅度的变化即代表了⼆进制信息。

4.相⼲解调后的信号波形
相⼲解调是将已调信号和载波相乘，然后通过低通滤波器，得到如图所⽰的信号波形。

5.采样量化编码后的输出源信号波形
量化编码器对相⼲解调后的信号进⾏抽样判决，恢复出原基带信号，从图中可以看出，在⽆噪声的情况下，可以⽆差错的恢复出原基带信号，只是产⽣了⼀定的延时。

2）加⾼斯噪声时⽰波器显⽰为如图15。

图15 加⾼斯噪声时⽰波器显⽰
⽰波器显⽰波形的顺序与图14相同。

⽐较图14和图15可以看到，加⼊噪声以后，已调信号的幅度变化范围扩⼤，不再是在0、1之间变化。

经过相⼲解调及抽样判决以后，恢复出的基带信号已经和原基带信号产⽣了差别，即出现了误码。

4.1 、调制前后信号频谱的变化
构建好调制电路，加⼊频谱分析模块，⽤频谱分析模块观察调制前后的信号频谱变换。

基带信号和调制信号的频谱分别如图16，图17所⽰。

图16 基带信号频谱
图17 2ASK调制后信号频谱
由图16和图17可以看出，基带信号的功率谱密度集中在低频，已调信号（2ASK
信号）的功率谱密度集中在30Hz 附近，并且可以看到2ASK 信号的带宽是⼆进制基带信号带宽的两倍。

4.2、 2ASK 想⼲解调系统误码率性能分析解调器的框图如图5所⽰，低通滤波滤波器输出
+=”发“，”发“0)(1),()(t n t n a t x c
c 当发送“0”时，概率密度函数为
-=222
02exp 21
)(n n x x f σσπ（2）当发送“1”时，概率密度函数为
--=222
12)(exp 21
)(n n a x x f σσπ（3）发送1码元，接收为0码元的错误概率为
dx x f b x P P b e )(}{11?
∞
-=≤= （4）
发送0码元，接收为1码元的错误概率为
dx x f b x P P b e )(}{00?∞
=≥=)2(21n
a
b erf
c σ-=
（5）其中 ?
∞
-=x
u du e x erfc 2
2
)(π
总的误码率为
10)1()0(e e e P P P P P += （6）
当P(0)=P(1)时，总的误码率为
)221(21)22(2122n n
e
a erfc a erfc P σσ==)2(21
r erfc = （7）当r>>1时，近似地 4/r e e r
a
P -=
π
五、结论
2ASK是⼀种最早的数字调制⽅式，最早⽤于电报传输，由于其误码率较⾼，现在已经⽐较少使⽤，但是由于其调制⽅式简单，其抗噪声性能分析⽅法具有普遍意义，对于理解数字调制以及抗噪分析很⽤帮助，可以作为学习其他调制⽅式的基础。

经历了这次⼤作业，我们学习到了很多。

它让我们把平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进⼀步巩固了学到的基本理论和知识，学会将知识运⽤于实际的⽅法，提⾼分析和解决问题的能⼒，也让我们掌握simulink仿真平台的使⽤⽅法以及⼀些基本通信电路的结构原理，应收益良多。

然⽽，在这次作业中，我们也发现了很多⾃⾝的不⾜，⽐如基础知识不扎实，没有耐⼼等等，这些必须在将来的学习⽣活中慢慢改进，加以克服。

在完成的过程中，我们不断的遇到困难，不断的想办法克服困难，让我们越战越勇，不断向前，最终完成了挑战。