2ASK数字传输系统仿真的课程设计报告

课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信1006指导教师：周颖杨媛媛工作单位：信息工程学院题目：2ASK数字传输系统初始条件：具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、完成一个2ASK数字传输系统的设计，实现基带信号的2ASK传输功能，收发波形一致。

2、完成系统中相关调制、传输以及解调模块电路的设计。

3、载波信号频率：256KHz、峰值：5V；基带信号为M序列，峰值为1V的方波。

4、安装和调试整个电路，并测试出结果；5、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。

时间安排：二十一周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月系主任（或责任教师）签名：年月日目录1 技术要求 (2)2 基本原理 (2)2.1 2ASK定义 (2)2.2 2ASK的调制 (3)2.3 2ASK的解调 (4)2.4 2ASK的功率谱密度 (5)2.5 眼图 (6)3 MATLAB及SIMULINK建模仿真 (8)3.1 仿真框图的构成 (8)3.2系统的建立 (9)3.3系统性能评价 (15)4 总结与体会 (17)5 参考书目 (18)本科生课程设计成绩评定表 (19)121 技术要求设计一个2ASK 数字调制系统，要求： （1）设计出规定的数字通信系统的结构；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价。

2 基本原理2.1 2ASK 定义振幅键控是正弦载波的幅度随着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S(t)=3n()na g t nT -∑其中：⎩⎨⎧=PP a n －出现概率为出现概率为11Ts 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲：1,0g(t)=0,t TT≤≤⎧⎨⎩其他3则二进制振幅键控信号可表示为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑t t S c ωcos )(=二进制振幅键控信号时间波型如图2-1所示，可以看出2ASK 信号的时间波形S2ASK(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2-1 2ASK 信号时域波形2.2 2ASK 的调制二进制振幅键控信号的产生方法有两种。

第一种，2ASK 信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现其调制，成为“乘积法”。

第二种，2ASK 信号的特征是对载波的“通—断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列S(t)控制门的通断：S(t)=1时开关导通，S(t)=0时开关截止，这种调制方法成为“通—断键控法”。

2ASK“乘积法”调制的原理框图如图2-2所示，“通—断键控法”调制的原理框图如图2-3所示。

图2-2 2ASK调制乘积法图2-3 2ASK调制通断键控法2.3 2ASK的解调由图2-1可以看出2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似，所以对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。

2ASK非相干解调原理框图与相干解调原理框图分别如下图2-4、图2-5所示：45图2-4 2ASK 信号非相干解调原理框图图2-5 2ASK 信号相干解调原理框图2.4 2ASK 的功率谱密度由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。

设()g t 为归一化矩形脉冲，若()g t 的傅氏变换为()G f ，()S t 则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P ，则()S t 的功率谱密度表达式为：)()0()1()()1()(2222f G P f f G P P f f P s s s ζ-+-=式中，sin ()s s s T G f T fT πρπ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦；1s s f T =Hz ，并与二进制序列的码元速率R s 在数值上相等。

可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。

2ASK 信号的双边功率谱6密度表达式为：[]+-++-=222)()()1(41)(c c s ASK f f G f f G P P f f P [])()()0()1(41222c c s f f f f G p f -++-ζζ 表明，2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由()g t 经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。

图2-6为2ASK 信号的单边功率谱示意图。

图2-6 二进制振幅键控信号的功率谱密度对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。

在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。

显然，2ASK 信号的谱零点带宽为：20[()()]22/ASK c s c s s s B f R f R f R T =+--==（Hz ）式中，R s 为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）R b （bit/s ）在数值上相等。

2.5 眼图眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。

观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。

从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

另外，也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

一般而言，眼皮越厚，则噪声与ISI越严重，系统的误码率越高。

73 MATLAB及SIMULINK建模仿真MATLAB 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。

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。

3.1 仿真框图的构成从消息传输角度看,该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89一种交换则由调制和解调完成.图3-1消息的传输仿真框图可以分为四部分： （1） 数字信号的生成与调制：① 数字信号的生成：数字信号采用Bernoulli binary generator 产生。

② 调制：数字调制有调幅、调相、调频三种基本形式，并可以派生出其它形式，数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。

数字调制信号，在二进制时有振幅键控（ASK ）、移频键控（FSK ）和移相键控（PSK ）。

调制采用正弦载波数字调制系统，设定其频率为8000rad/sec,（2）数字信号在信道中的传输：将随机二进制信号与高频载波信号相乘后，通过带通滤波器，滤除干扰，然后通过加性的高斯白噪声信道（3）对接收到的信号进行解调：解调采用相干解调。

（4）观察输出结果。

这里有两个结果同时输出。

在图形窗口中显示的是基带数字信号、信道上叠加的高斯白噪声信号和计算出的同步信号。

3.2系统的建立设计采用的是MATLAB 中的SIMULINK 仿真系统实现对通信系统的仿真，具体实现框图如图4.1所示：图3-2 数字信号传输模型实现框图各模块参数说明：Bernoulli Binary Generator:Bernoulli Binary Generator模块的功能是用来产生随机二进制比特流，在设计中将此模块的函数设置和经过Bernoulli Binary Generator产生的波形分别如图3-3和图3-4所示：10图3-3 Bernoulli Binary Generator参数设置图3-4 二进制比特流波形sine wave:Sine wave 模块用来生成高频载波信号coswct,由于高频载波信号要求得的载波频率较高，在此设wc=2*pi*256000 rad/s.Product:这是一个乘法器，其作用是将随机二进制比特流和高频载波coswct相乘后生成已调信号m(t)，从而起到通断键控的作用。

Bandpass：Analog Filter Design用来设计各种模拟滤波器，可以用来实现低通、带通、高通等各种滤波器。

此处将Analog Filter Design中的Filter Type 属性设置为Bandpass，即为带通滤波器，带通滤波器是用来通过所有有用的信号，同时滤除一部分多余的信号，设置其参数及经带通滤波器后示波器三显示的波形分别如图3-5和图3-6所示：11图3-5 带通滤波器的参数设置图3-6 经带通滤波器后的已调波形AWGN Channel:AWGN Channel模块用来产生含有加性高斯白噪声信道，已调信号输入加性高斯白噪声信道模拟通信系统中的实际的通信信道。

AWGN Channel的属性设置及经过加性的高斯白噪声信道后的波形接示波器4后显示分别如图3-7 和图3-8 所示：图3-7AWGN Channel属性设置图3-8 已调信号经AWGN Channel后的波形12Bandpass：在此处再次用到Analog Filter Design中的Bandpass，此处设置带通滤波器是为了使已调信号全部通过，同时尽可能多地滤除高斯白噪声，经过带通滤波器后，接示波器5后显示波形如图3-9所示：图3-9信号通过带通滤波器后波形Product:此次设计中采用的是相干解调，经示波器5显示后输出的波形与本地载波coswct(其中WC=8000rad/s)相乘后输出波形接示波器6后显示波形如图3-10所示：图3-10示波器6显示波13Lowpass:Analog Filter Design中将Filter type 设置为Lowpass便可以实现低通滤波器，低通滤波器主要是将信号从高频载波移至低频，以便于接收到原信号，低通滤波器的属性设置及信号经过低通滤波器后接至示波器7后的显示波形分别如图3-11和图3-12所示：图3-11低通滤波器属性设置图3-12示波器7显示波形Sampled Quantizer Encode由于经过低通滤波器后的波形仍然为模拟信号，所以要生成数字信号要经过抽样判决，在MATLAB的SIMULINK中，对Sampled Quantizer Encode进行适当的参数设置可以用来实现抽样判决。