实验二--基于simulink的2ASK数字调制与解调的仿真

实验二 基于simulink 的2ASK 有扰通信系统仿真
一、实验目的
1、熟悉2ASK 系统的调制、解调原理
2、进一步熟悉MATLAB 环境下的Simulink 仿真平台
3、提高学生分析问题和解决问题的能力
二、实验原理
1、2ASK 调制原理
a)2ASK 的时间波形
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
)()(S n
n nT t g a t s -=∑
其中，⎩⎨⎧=P -P 110发送概率为
发送概率为n a T s 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为T s 的矩形脉冲:
⎩⎨⎧≤≤=其他001)(s T t t g
则二进制振幅键控信号可表示为
t nT t g a t t s t s c s n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-==∑ 典型波形如图1-1所示
图1-1 典型2ASK 波形
由图1-1可以看出，2ASK 信号的时间波形e 2ASK (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）。

b)2ASK 信号的功率谱密度
由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程，所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。

2ASK 信号功率谱密度的特点如下：
(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由调制信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；
(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的2倍。

2ASK 信号功率谱密度推导：
设调制信号s(t)为单极性不归零码，码元间隔为T s ，高电平设为A ，低电平为0，
则)(t s 的功率谱)(f P s 为 )(4)(4)(2
22f A fT Sa T A f P s s s δπ+= 已调信号为t nT t g a t t s t s c S n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-==∑，其功率谱为
[])()(16)()(sin )()(sin 16)(2222c c s c s c s c s c s e f f f f A T f f T f f T f f T f f T A f P -+++⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡--+++=δδππππ
图1-2 2ASK 信号的功率谱密度示意图
图中，s
b T f 1=，为调制信号s(t)的带宽，数值上也等于码元速率。

c)2ASK 信号的产生
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：
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1-3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。

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1-4所示。

图1-3 模拟相乘法图1-4 数字键控法
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1-5、图1-6所示。

图1-5 非相干解调方式（包络检波法）
图1-6 相干解调方式（同步检测法）
带通滤波器（BPF）作用：对准信号的频带，让信号几乎无失真通过的同时尽量抑制带外噪声。

通常，中心频率为f c，带宽为B BPF=2B，B为基带信号带宽，常常取为R b=1/T b。

因此，BPF的输出为r(t)=S2ASK(t)+n(t)。

假定信道中的白噪声的功率谱密度为N0/2，则上式中的n(t)而为窄带高斯白噪声，功率（方差）为N0B BPF。

包络检波器可用简单的整流滤波器电路实现，这种接收系统简单实用。

S2ASK(t)的包络就是s(t),因此，只要信号足够强，包络检波器的输出y(t)基本上就是m(t),只是还包含有噪声成分。

抽样器的定时信号由位同步单元从y(t)中提取。

判决器的门限通常设为A/2，假定抽样值为y，则判决准则为：若y>A/2，则判为1；若y<A/2，则判为
0。

2ASK 系统简便，其抗噪性能不强，实际工程中通常要求BPF 的输出信噪比足够高，这时，包络接收系统的误码率为 4/2
1r e e P -≈ )2/()2/(0222BPF n B N A A r ==σ 其中，r 是BPF 的输出信噪比。

另外，包络检波器具有门限效应，即当r 低到一定的门限值以下后，误码率会随r 的降低而迅速恶化，系统无法正常工作。

2ASK 非相干解调过程的时间波形如图1-7所示，2ASK 相干解调过程的时间波形相似。

11100000101
a
b
c
d
图1-7 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形
三、实验内容
1、根据2ASK 调制与解调原理在Matlab 的仿真工具simulink 下设计2ASK 调制、相干解调的理想模型（无噪声信道）
2、通过示波器观察调制与解调过程中各个部分的波形图，并分析调制与解调原理
3、通过功率谱密度模块观察调制与解调过程中各信号的频谱分布情况，并结合理论分析说明缘由
4、在在信道中加上高斯白噪声，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。

四、实验报告要求
1、本实验采取课程设计的形式，要求每人上交一份电子版的课程设计报告，此外班里一半人数的课程报告需要额外打印上交，课程设计报告中应该体现出以下几点：
a) 2ASK 调制的原理
b)2ASK解调的原理（包络检波和相干解调）
c)2ASK调制解调的simulink原理图（包络检波的整个通信原理图、相
干检波的整个通信原理图）以及各个模块的参数设置情况以及设置缘由
d)各个波形图，功率谱密度图等显示模块的显示截图并进行分析
e)加入高斯白噪声后的simulink原理图（包络检波的和相干检波的图）
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。

2、课程设计报告采用统一模版，不可随意更改模版。

每人上报电子版课程设计报告的同时上交.mdl源文件。

3、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论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

4、拒绝雷同。