2ASK系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)

./課程設(shè)計(jì)數(shù)字原理數(shù)字原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系摘要-2-Abstract-2-1背景知識(shí)-3-1.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)-3-1.2二進(jìn)制振幅鍵控<2ASK>-3-1.2.1基本原理-3-1.2.22ASK實(shí)際應(yīng)用價(jià)值-5-1.3設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介-5-1.3.1MATLAB簡(jiǎn)介-5-1.3.2Simulink簡(jiǎn)介-5-22ASK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)-6-2.12ASK相干解調(diào)設(shè)計(jì)框圖-6-2.2應(yīng)用Simulink進(jìn)行2ASK相干解調(diào)仿真框圖-6-2.3選用模塊以及參數(shù)設(shè)定[3]-7-2.4MATLAB編程[3]-12-3仿真結(jié)果-19-3.1Simulink仿真波形-19-3.2Simulink仿真波形的分析-20-3.3編程呈現(xiàn)的波形-20-心得體會(huì)-22-致-22-參考文獻(xiàn)-22-摘要調(diào)制解調(diào)技術(shù)作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一,一直是備受關(guān)注。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是一種古老的調(diào)制方式,也是各種數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)2ASK仿真系統(tǒng)。用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形,以及加上噪聲源后的波形變化。通過(guò)Simulink的仿真功能摸擬到了實(shí)際中的2ASK調(diào)制與解調(diào)情況。關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào);2ASK仿真系統(tǒng)；SimulinkAbstractAsoneofthekeytechnologiesinmoderncommunicationsystemofmodulationanddemodulationtechnology,hasbeenpaidmuchattention.Thebinaryamplitudeshiftkeyingisakindofancientmodulation,whichisthebasisofallkindsofdigitalmodulation.ThisdesignismainlySimulinksimulationplatformbasedonMATLABintegratedenvironment,thedesignofa2ASKsimulationsystem.Toobservethesignalwaveformmodulationandtheoscilloscope,plusnoisesourcewaveformchanges.2ASKmodulationanddemodulationofthesimulationfunctionsimulationbySimulink.KeyWord:Modulationanddemodulation;2ASKsimulationsystem;Simulink基于MATLAB的2ASK系統(tǒng)的研究與仿真1背景知識(shí)1.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中,為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸,要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而,在實(shí)際信道中,大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性,數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制,產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。圖1.1-1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)[1]Fig1.1-1Thebasicstructureofdigitalmodulationsystem數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的,但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控<ASK>、移頻鍵控<FSK>和相移鍵控<PSK>。1.2二進(jìn)制振幅鍵控<2ASK>基本原理振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞信息,而其頻率和初相位保持不變。在2ASK中,載波幅度只有兩種變化,分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息"0"或"1"。2ASK信號(hào)其表達(dá)式是：<-1>其中：〔-2式中：Ts為碼元持續(xù)時(shí)間；g〔t為持續(xù)時(shí)間為T(mén)s的基帶脈沖波形。通常假設(shè)g<t>是高度為1、寬度為T(mén)s的矩形脈沖；an是第n個(gè)符號(hào)的電平取值。〔-32ASK信號(hào)產(chǎn)生通常有兩種：模擬調(diào)制法〔相乘器法和鍵控法,相應(yīng)的調(diào)制器如圖-1所示。圖-1模擬相乘法〔上數(shù)字鍵控法〔下[1]Fig-1Analogmultiplication<on>digitalkeying<below>2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類似。所以,對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)<包絡(luò)檢波法>和相干解調(diào)<同步檢測(cè)法>,其相應(yīng)原理方框圖如圖-2所示。圖-2非相干解調(diào)方式〔a相干解調(diào)方式〔b[1]Fig-2non-coherentdemodulation<a>coherentdemodulationmethod<b>1.2.22ASK實(shí)際應(yīng)用價(jià)值2ASK是20世紀(jì)初最早運(yùn)用于無(wú)線電報(bào)中的數(shù)字調(diào)制方式之一。但是ASK傳輸技術(shù)受噪聲影響很大。噪聲電壓和信號(hào)一起改變了振幅。在這種情況下,"0"可能變?yōu)?1","1"可能變?yōu)?0"。由于ASK是受噪聲影響很大的調(diào)制技術(shù),現(xiàn)已很少應(yīng)用,不過(guò),2ASK常常作為研究其他數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ),因此了解它很必要。1.3設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MathWorks公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專門(mén)設(shè)計(jì)的交互式大型軟件,是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計(jì)算工具。它集圖示和精確計(jì)算于一身,在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機(jī)電工程、醫(yī)藥、金融和其他需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它不僅是一個(gè)在各類工程設(shè)計(jì)中便于使用的計(jì)算工具,而且也是一個(gè)在數(shù)學(xué)、數(shù)值分析和工程計(jì)算等課程教學(xué)中的優(yōu)秀的教學(xué)工具,在世界各地的高等院校中十分流行,在各類工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機(jī)和大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,適用于Windows、UNIX等各種系統(tǒng)平臺(tái)Simulink簡(jiǎn)介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(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序,而只需要通過(guò)簡(jiǎn)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(guò)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。22ASK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)2.12ASK相干解調(diào)設(shè)計(jì)框圖帶通濾波器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出2.2應(yīng)用Simulink進(jìn)行2ASK相干解調(diào)仿真框圖2.3選用模塊以及參數(shù)設(shè)定[3]1．伯努利二進(jìn)制發(fā)生器模塊ernoulliBinaryGenerator的參數(shù)設(shè)置為：Probabilityofazero概率設(shè)為0.5,initialseed設(shè)為61,Sampletime抽樣時(shí)間為1S。2．正弦波SineWave的參數(shù)設(shè)置為：頻率設(shè)為60rad/sec。3．乘法器Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為2。4．高斯白噪聲GaussianNoiseGenerator模塊的設(shè)置為：Sampletime抽樣時(shí)間為0.01s。5．Sum模塊的參數(shù)設(shè)置為：sampletime設(shè)為-1。6．帶通濾波器AnalogFilterDesign模塊的參數(shù)設(shè)置為：filterorder為8,Lowerpassbandedgefrequency為52,Upperpassbandedgefrequency為68。7．相乘器Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為28．低通濾波器AnalogFilterDesign模塊的參數(shù)設(shè)置為：filterorder為8,passbandedgefrequency為8。9．示波器Scope的參數(shù)設(shè)定為：接口有6個(gè),時(shí)間圍是自動(dòng)調(diào)整。10．抽樣判決器其中constant的constantvalue參數(shù)設(shè)定為：02.4MATLAB編程[3]clear;%清空Workspaceclc;%清空CommandWindowcloseall;%關(guān)閉所有窗口%%信號(hào)以及仿真相關(guān)參數(shù)的設(shè)置%dt=0.001;%時(shí)間采樣間隔,即仿真步長(zhǎng)fc=10;%載波中心頻率B_number=10;%設(shè)碼元數(shù)目為10個(gè)T=5;%信號(hào)時(shí)長(zhǎng)N=T/dt;%采樣點(diǎn)數(shù),即仿真點(diǎn)數(shù)B_Sample_Point=N/B_number;%一個(gè)碼元所對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)B_Sample_array=zeros<1,N>;%建立一個(gè)碼元采樣的空數(shù)組t=0:dt:<N-1>*dt;%所有采樣點(diǎn)數(shù)的時(shí)間組成的數(shù)組,即模型中函數(shù)的自變量random_buffer=rand<1,B_number>;%生成10個(gè)隨機(jī)數(shù)組fori=1:1:B_number%將10個(gè)碼元進(jìn)行歸一成二進(jìn)制0、1ifrandom_buffer<i><0.5random_buffer<i>=0;elserandom_buffer<i>=1;endendfori=1:1:B_number%產(chǎn)生基帶信號(hào)forj=1:1:B_Sample_PointB_Sample_array<<i-1>*B_Sample_Point+j>=random_buffer<i>;endendCarrySignal=cos<2*pi*fc*t>;%載波信號(hào)表達(dá)式%%2ASK調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生%Signal_2ASK=CarrySignal.*B_Sample_array;%%進(jìn)行繪制調(diào)制曲線%figure<'toolbar','none',...%設(shè)置是否顯示工具欄：否'menu','none',...%設(shè)置是否顯示菜單欄：否'name','2ASK調(diào)制過(guò)程',...%設(shè)置對(duì)話框名稱'NumberTitle','off',...%設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否'color','w',...%設(shè)置背景顏色'Resize','on'>;%設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot<6,1,1>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第一個(gè)plot<t,B_Sample_array,'r','linewidth',3>;%畫(huà)出二進(jìn)制基帶信號(hào)holdon;gridon;%保持圖像,使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'二進(jìn)制基帶信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置axis<[0,5,-0.2,1.2]>;%定義坐標(biāo)區(qū)間subplot<6,1,2>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第二個(gè)plot<t,CarrySignal,'r','linewidth',2>;%畫(huà)出載波信號(hào)holdon;%保持圖像,使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'載波信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置axis<[0,5,-1.2,1.2]>;%定義坐標(biāo)區(qū)間subplot<6,1,3>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第三個(gè)plot<t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1.5>;%畫(huà)出調(diào)制信號(hào)holdon;%保持圖像gridon;%顯示格點(diǎn)xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'調(diào)制信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置axis<[0,5,-1.2,1.2]>;%定義坐標(biāo)區(qū)間%%信道傳輸〔加入噪聲%Gaussian_Noise=randn<1,N>/5;%加上高斯白噪聲Signal_2ASK=Signal_2ASK+Gaussian_Noise;subplot<6,1,4>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第四個(gè)plot<t,Gaussian_Noise,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'高斯噪聲'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<6,1,5>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第五個(gè)plot<t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'加噪調(diào)制信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;%%帶通濾波器%Fp=5;Rp=3;%53Fs=15;Rs=60;%1560Wp=2*pi*Fp/800;%800Ws=2*pi*Fs/800;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;BPF_ASK=filter<b,a,Signal_2ASK>;%帶通濾波器輸出subplot<6,1,6>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第六個(gè)plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'帶通濾波后的信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;%%相干解調(diào)%Coherent_ASK=BPF_ASK.*CarrySignal;%%低通濾波器%Fp=25;Rp=3;%53Fs=45;Rs=50;%1560Wp=2*pi*Fp/10000;%800Ws=2*pi*Fs/10000;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;Coherent_ASK=0-Coherent_ASK;LPF_ASK=filter<b,a,Coherent_ASK>;%低通濾波器輸出%%抽樣判決%Judge_value=max<LPF_ASK>/2;Coherent_ASK_Out=zeros<1,N>;fori=1:1:B_number%抽樣判決ifLPF_ASK<i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2>>Judge_valueCoherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=1;%判為1elseCoherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=0;%判為1endend%%繪制相干解調(diào)的波形%figure<2>;%打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure<'toolbar','none',...%設(shè)置是否顯示工具欄：否'menu','none',...%設(shè)置是否顯示菜單欄：否'name','2ASK相干解調(diào)過(guò)程',...%設(shè)置對(duì)話框名稱'NumberTitle','off',...%設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否'color','w',...%設(shè)置背景顏色'Resize','on'>;%設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot<4,1,1>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第六個(gè)plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'帶通濾波后的信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,2>;plot<t,Coherent_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'與載波相乘'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,3>;plot<t,LPF_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'低通濾波器濾波'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,4>;plot<t,Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3>;%畫(huà)出相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'相干解調(diào)結(jié)果'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;%%非相干解調(diào)%Non_Coherent_ASK=abs<BPF_ASK>;%%低通濾波器%Fp=25;Rp=3;%53Fs=45;Rs=50;%1560Wp=2*pi*Fp/10000;%800Ws=2*pi*Fs/10000;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;LPF_ASK=filter<b,a,Non_Coherent_ASK>;%低通濾波器輸出%%抽樣判決%Judge_value=max<LPF_ASK>/2;Non_Coherent_ASK_Out=zeros<1,N>;fori=1:1:B_number%抽樣判決ifLPF_ASK<i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2>>Judge_valueNon_Coherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=1;%判為1elseNon_Coherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=0;%判為1endend%%繪制非相干解調(diào)的波形%figure<4>;%打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure<'toolbar','none',...%設(shè)置是否顯示工具欄：否'menu','none',...%設(shè)置是否顯示菜單欄：否'name','2ASK非相干解調(diào)過(guò)程',...%設(shè)置對(duì)話框名稱'NumberTitle','off',...%設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否'color','w',...%設(shè)置背景顏色'Resize','on'>;%設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot<4,1,1>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第六個(gè)plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'帶通濾波后的信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,2>;plot<t,Non_Coherent_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'全波整流'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,3>;plot<t,LPF_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'低通濾波器濾波'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;subplot<4,1,4>;plot<t,Non_Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3>;%畫(huà)出相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'非相干解調(diào)結(jié)果'>;%簡(jiǎn)單的配置holdon;%%繪制分析的波形%figure<6>;%打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure<'toolbar','none',...%設(shè)置是否顯示工具欄：否'menu','none',...%設(shè)置是否顯示菜單欄：否'name','2ASK分析波形',...%設(shè)置對(duì)話框名稱'NumberTitle','off',...%設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否'color','w',...%設(shè)置背景顏色'Resize','on'>;%設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot<3,1,1>;%圖形分為6行1列,目前畫(huà)第一個(gè)plot<t,B_Sample_array,'r','linewidth',3>;%畫(huà)出二進(jìn)制基帶信號(hào)holdon;gridon;%保持圖像,使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel<'時(shí)間/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'二進(jìn)制基帶信號(hào)'>;%簡(jiǎn)單的配置subplot<3,1,2>;plot