4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析(1)解析

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2014年春季学期

通信系统仿真训练课程设计

题目：4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析

专业班级：通信工程四班

姓名：赵天宏

学号： 11250414

指导教师：彭清斌

成绩：

摘要

实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正弦载波调制。通过MATLAB软件平台，设计并实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调制（4-ary Amplitude Shift Keying，4ASK）的调制系统和解调系统。本文首先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形。

关键词：载波调制、数字通信、四电平调制和解调

目录

一、设计目的和要求 (1)

1.1设计目的 (1)

1.2设计要求 (1)

二、设计内容及原理 (2)

2.1 四进制ASK信号的表示式 (2)

2.2产生方法 (3)

2.3 4ASK调制解调原理 (3)

三、运行环境及MATLAB简介 (6)

3.1运行环境 (6)

3.2 MATLAB简介 (6)

四、详细设计 (8)

4.1载波信号的调制 (8)

4.2调制信号的解调 (8)

4.3编程语言 (9)

4.4测试结果 (10)

五、调试分析 (11)

六、参考文献 (12)

总结 (13)

一、设计目的和要求

1.1设计目的：

本次课程设计的任务是四进制振幅键控（4ASK）数字调制系统仿真和分析。主要内容是对二进制数字信源进行四进制振幅键控（4ASK）数字调制，画出信号波形及功率谱。并分析其性能。课程设计主要目的是深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。使我对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。

1.2设计要求：

（1）熟悉MATLAB环境下仿真平台，熟悉4ASK/4ASK系统的调制解调原理，构建调制解调电路图.

（2）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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。

（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。

（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

二、设计内容及原理

利用MATLAB 仿真平台,设计一个4ASK 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。

2.1 四进制ASK 信号的表示式：

多进制数字幅度调制（4ASK ）又称为四电平调制，它是二进制数字幅度调制方式的推广。四进制幅度调制信号的载波振幅有四种取值，在一个码元期间内，发送其中的一种幅度的载波信号。MASK 已调信号的表示式为：

（2-1）

这里， 为M 进制数字基带信号

（2-2）

式中，

是高度为1、宽度为的门函数； 有4种取值 0,1,2,3，

出现的概率分别为P0,P1,P2,P3,且P0+P1+P2+P3=1. 图1-1（a ）、（b ）分别为四进制数字基带信号和已调信号的波形图。

图2-1多进制数字幅度调制波形

t t s t s c

MASK ω=cos )()()(t s ∑

∞

-∞

=-=

n b

n

nT t g a t s )()()(t g n a

2.2产生方法：

图2-2 4ASK 信号的产生

功率谱及带宽：MASK 信号波形是由个2ASK 信号相加而成，因此MASK 信号

的功率谱也是由

个2ASK 信号的功率谱叠加而成的。尽管

个2ASK 信号

叠加后频谱结构复杂，但就信号的带宽而言，MASK 信号与任一个2ASK 信号的带宽是相同的，也是基带信号带宽的2倍。

（2-3）

调方法：接收端MASK 信号可以采用相干或非相干的方法进行解调。解调后得到多电平的基带信号，可以通过码型变换还原为二进制数字序列。图所示为MASK 信号采用相干解调法框图。

2.3 4ASK 调制解调原理

振幅键控（Amplitude Shift Keying ，ASK ）是利用载波的幅度变化来传递数字信号，而其频率和初始相位保持不变。在4ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应四进制信息“0” 或“1”或 “2” 或“3”。 MASK 信号的一般表达式为：

wct t s t ASK e cos )()(2= (2-4)

其中

∑-=n

a n nTs t g t s a )()( (2-5) 式中：Ts 为码元持续时间；g(t)为持续时间为Ts 的基带脉冲波形，为简便起见，通常假设g(t)是高度为1、宽度等于Ts 的矩形脉冲；an 是第n 个符号的电平取值。

MASK 信号的产生方法通常有两种：数字键控法和模拟相乘法，相应的调制器如图1-1所示。图（a ）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；

在码元间隔0≤t ≤TS 内，可能发送的码元有M 种：Si(t)，i=1，2，...，M 。