2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真的課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真專 業(yè)： 電子信息工程班 級(jí)： 級(jí)班指導(dǎo)教師： 石 琳 二00九年七月目 錄一課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1二課程設(shè)計(jì)的基本要求2三2ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境2四系統(tǒng)的建立及其仿真5 五總結(jié)與體會(huì)11六參考文獻(xiàn)131、課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1 掌握通信過程的基本原理；2 會(huì)畫出數(shù)字通信過程的基本框圖；3 學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB來進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真；4 掌握數(shù)字通信的2ASK調(diào)制方式。2、課程設(shè)計(jì)的基本要求1設(shè)計(jì)出2ASK數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括信源，調(diào)制，發(fā)送濾波器模塊，信道，接受濾波器模塊以及信宿，在系統(tǒng)出采用模塊化表示2根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模

2、塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）3 基于MATLAB平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真4 分析仿真波形5 針對(duì)仿真出該數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率性能，畫出SNR和誤碼率的曲線。3、2ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境3.1數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型從消息傳輸角度看,該系統(tǒng)包括了兩個(gè)重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號(hào)之間的交換,數(shù)字基帶信號(hào)與信道信號(hào)之間的交換.通常前一種交換由發(fā)收端設(shè)備完成.而后一種交換則由調(diào)制和解調(diào)完成.信息源 基帶信號(hào)形成器 信道 接收濾波器 受信者 噪聲源仿真框圖可以分為四部分：（1） 數(shù)字信號(hào)的生成與調(diào)制： 數(shù)字信號(hào)的生成：數(shù)字信號(hào)采用Bernoulli binary generator產(chǎn)生

3、。 調(diào)制：數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出其它形式，數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息，在接收端也只要對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測。數(shù)字調(diào)制信號(hào)，在二進(jìn)制時(shí)有振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）。調(diào)制采用正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，設(shè)定其頻率為8000rad/sec,（2）數(shù)字信號(hào)在信道中的傳輸：將隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘后，通過帶通濾波器，濾除干擾，然后通過加性的高斯白噪聲信道（3）對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)：解調(diào)采用相干解調(diào)。（4）觀察輸出結(jié)果。這里有兩個(gè)結(jié)果同時(shí)輸出。在圖形窗口中顯示的是基帶數(shù)字信號(hào)、信道上疊加的高斯白噪聲信號(hào)

4、和計(jì)算出的同步信號(hào)。3.2 ASK幅移鍵控(Amplitude shift keying) 2ASK信號(hào)在實(shí)際中雖然很少使用，但是它是研究數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)，了解2ASK就比較容易理解FSK,PSK的原理及性能。 幅移鍵控（ASK）相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅，只不過與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。由于調(diào)制信號(hào)只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷，或者接通，它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)"1時(shí)，傳輸載波；當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為"0"時(shí)，不傳輸載波。典型波形如下圖（一）所示： 圖3.1

5、 幅移鍵控的典型波形     幅移鍵控的調(diào)制器可以用一個(gè)相乘器來實(shí)現(xiàn)，如下圖（二）所示。對(duì)于通斷鍵控信號(hào)來說，相乘器則可以用一個(gè)開關(guān)電路來代替，調(diào)制信號(hào)為"1"時(shí)開關(guān)電路導(dǎo)通，為"0"時(shí)開關(guān)電路切斷。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)由于一個(gè)信號(hào)狀態(tài)始終為零，故又常稱為通斷鍵控信號(hào)（OOK信號(hào)）。 基帶信號(hào) 已調(diào)信號(hào) 載波Acoswct 圖3.2 ASK調(diào)制器模型3.3 MATLAB及SIMULINK建模環(huán)境簡介MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)

6、算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和SIMULINK兩大部分。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 SIMULINK是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建

7、模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。4、系統(tǒng)的建立及其仿真4.1 數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)采用的是MATLAB中的SIMULINK仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)的仿真，具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖4.1所示： 圖

8、4.1 數(shù)字信號(hào)傳輸模型實(shí)現(xiàn)框圖 4.2 各模塊參數(shù)說明： Bernoulli Binary Generator: Bernoulli Binary Generator模塊的功能是用來產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制比特流，在設(shè)計(jì)中將此模塊的函數(shù)設(shè)置和經(jīng)過Bernoulli Binary Generator產(chǎn)生的波形分別如圖4.2和圖4.3所示： 圖4.2 Bernoulli Binary Generator參數(shù)設(shè)置 圖4.3 二進(jìn)制比特流波形sine wave: Sine wave 模塊用來生成高頻載波信號(hào)coswct,由于高頻載波信號(hào)要求得的載波頻率較高，在此設(shè)wc=8000rad/s.Product: 這

9、是一個(gè)乘法器，其作用是將隨機(jī)二進(jìn)制比特流和高頻載波coswct相乘后生成已調(diào)信號(hào)m(t)，從而起到通斷鍵控的作用。Bandpass：Analog Filter Design用來設(shè)計(jì)各種模擬濾波器，可以用來實(shí)現(xiàn)低通、帶通、高通等各種濾波器。此處將Analog Filter Design中的Filter Type 屬性設(shè)置為Bandpass，即為帶通濾波器，帶通濾波器是用來通過所有有用的信號(hào)，同時(shí)濾除一部分多余的信號(hào)，設(shè)置其參數(shù)及經(jīng)帶通濾波器后示波器三顯示的波形分別如圖4.4和圖4.5所示： 圖4.4 帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置 圖4.5 經(jīng)帶通濾波器后的已調(diào)波形AWGN Channel: AWGN C

10、hannel模塊用來產(chǎn)生含有加性高斯白噪聲信道，已調(diào)信號(hào)輸入加性高斯白噪聲信道模擬通信系統(tǒng)中的實(shí)際的通信信道。AWGN Channel的屬性設(shè)置及經(jīng)過加性的高斯白噪聲信道后的波形接示波器4后顯示分別如圖4.6 和圖4.7 所示： 圖4.6 AWGN Channel屬性設(shè)置 圖4.7 已調(diào)信號(hào)經(jīng)AWGN Channel后的波形Bandpass：在此處再次用到Analog Filter Design中的Bandpass，此處設(shè)置帶通濾波器是為了使已調(diào)信號(hào)全部通過，同時(shí)盡可能多地濾除高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后，接示波器5后顯示波形如圖4.8所示：圖4.8接收端信號(hào)通過帶通濾波器后波形Product

11、: 此次設(shè)計(jì)中采用的是相干解調(diào)，經(jīng)示波器5顯示后輸出的波形與本地載波coswct(其中WC=8000rad/s)相乘后輸出波形接示波器6后顯示波形如圖4.9所示：圖4.9示波器6顯示波Lowpass: Analog Filter Design中將Filter type 設(shè)置為Lowpass便可以實(shí)現(xiàn)低通濾波器，低通濾波器主要是將信號(hào)從高頻載波移至低頻，以便于接收到原信號(hào)，低通濾波器的屬性設(shè)置及信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后接至示波器7后的顯示波形圖4.10所示： 圖4.10示波器7顯示波形Sampled Quantizer Encode由于經(jīng)過低通濾波器后的波形仍然為模擬信號(hào)，所以要生成數(shù)字信號(hào)要經(jīng)過抽

12、樣判決，在MATLAB的SIMULINK中，對(duì)Sampled Quantizer Encode進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置可以用來實(shí)現(xiàn)抽樣判決。經(jīng)分析后，對(duì)該參數(shù)的設(shè)置如圖4.11所示，經(jīng)抽樣判決后的波形（即最后的輸出波形）如圖4.13所示： 圖4.11Sampled Quantizer Encode的參數(shù)設(shè)置 圖4.12最后輸出波形 4.3 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)根據(jù)2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤碼率公式可得顯示誤碼率的曲線，如4.13圖所示： 信噪比（s0/n0） 圖4.13誤碼率曲線圖可見，隨著信噪比的增大，系統(tǒng)傳輸誤碼率呈指數(shù)規(guī)律降低。5、 總結(jié)與體會(huì) 通信原理是電子信息工程通信方向最主要的專業(yè)課程之一，通過在課

13、堂上對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們了解到現(xiàn)代通信的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實(shí)踐中得到驗(yàn)證和應(yīng)用，是我們學(xué)習(xí)當(dāng)中的一個(gè)問題。而通過本次課程設(shè)計(jì)，我們在強(qiáng)大的MATLAB平臺(tái)上對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了一次仿真，有效的完善了學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐不足的問題，同時(shí)進(jìn)一步鞏固了原先的基礎(chǔ)知識(shí)。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)信息和通信系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，尤其是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，盡管是非?；A(chǔ)的2ASK調(diào)制與解調(diào)的傳輸，也是經(jīng)過若干設(shè)備協(xié)同工作，才能保證信號(hào)有效傳輸，而小到僅僅是一個(gè)參數(shù)，都有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。另一方面，我們通過本次的課程設(shè)計(jì)，著實(shí)領(lǐng)教了MATLAB矩陣實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的功能和實(shí)力。通過

14、在SIMULINK環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)與仿真，使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗(yàn)，第一是MATLAB中SIMULINK功能模塊的使用方法，第二是圖形化和結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。這些經(jīng)驗(yàn)雖然并不高深，但是對(duì)于剛?cè)腴T的初學(xué)者來說，對(duì)以后步入專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計(jì)或研發(fā)無疑具有重大的意義。當(dāng)然，在整個(gè)仿真過程中也遇到很多現(xiàn)實(shí)的問題，比如各版本MATLAB軟件并不完全兼容，許多復(fù)雜模塊參數(shù)深?yuàn)W難以正確設(shè)置，這些都是今后學(xué)習(xí)中需要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善的地方。自從因特網(wǎng)把我們領(lǐng)進(jìn)信息時(shí)代開始，人類的歷史翻開了璀璨的一頁。隨著信息的飛速發(fā)展，通信原理也隨之崛起。從而，使得培養(yǎng)新世紀(jì)的技術(shù)人才顯得分外重要。在學(xué)習(xí)通信原理理論

15、基礎(chǔ)后，我們又在此基礎(chǔ)上通過利用MATLAB仿真真正的看到了通信中傳輸信息的一系列的問題。比如說要使信號(hào)不失真的能夠傳輸?shù)浇邮斩司鸵紤]很多的因數(shù)。在發(fā)送端要注意噪聲的加入，盡量的減少噪聲進(jìn)入信道中，以免在接收端使信號(hào)失真度過大而不能夠恢復(fù)成原來的信號(hào)。而在接收端，采用哪種解調(diào)方式能夠更好的恢復(fù)出原來的信號(hào)。對(duì)于不同的解調(diào)方式有相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)一般是在接收端使接收的信號(hào)通過一個(gè)相乘器，同時(shí)乘上一個(gè)與原調(diào)制信號(hào)同頻同相的載波，再通過低通濾波器濾出不需要的信號(hào)，然后再經(jīng)過抽樣、量化和編碼最終得到原調(diào)制信號(hào)。對(duì)于非相干解調(diào)可以將接收的信號(hào)通過包絡(luò)檢波器，然后再經(jīng)過抽樣、量化和編碼最終也可以得到原調(diào)制信號(hào)。通過這次的課程設(shè)計(jì)即上網(wǎng)實(shí)際操作，進(jìn)一步了解了二進(jìn)制頻移鍵控即2FSK的基本原理及其解調(diào)方法（非相干解調(diào)，相干解調(diào)）。當(dāng)然在學(xué)習(xí)過程中，遇到過