实验三2ASK与2FSK调制解调系统仿真实验指导书.docx
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实验三2ASK与2FSK调制解调系统仿真实验指导书
实验三：
2ASK与2FSK调制解调系统仿真实验指导书
2012年11月
一、实验目的
1）对2ASK与2FSK数字调制系统进行建模仿真，了解其工作原理；
2）熟悉运用simulink搭建完整信号调制解调系统；
3）对比信号基带波形与解调后的波形差异，比较两种方法的优劣。
二、实验内容
运用simulink搭建完整的2ask与2fsk调制解调系统。
2ASK输入由伯努利二进制随机数产生器产生，由DSBAM调制与解调器模拟2ASK调制解调，用加性高斯白噪声信道，最后配上速率转换器与显示器。
如果需要，也可加入频谱仪对前后的频谱进行分析。
2FSK输入由伯努利二进制随机数产生器产生，由基带M-FSK调制与解调器模拟2fsk调制解调，用加性高斯白噪声信道，最后配上速率转换器及显示器构成。
如果需要，也可以加入频谱仪对前后频谱进行分析。
三、实验原理
12ASK调制解调原理
数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。
2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。
有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。
根据幅度调制的原理，2ASK信号可表示为：
式1
式中，ωc为载波角频率，s（t）为单极性NRZ矩形脉冲序列
式2
其中，g（t）是持续时间为Tb、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；αn为二进制数字序列。
式3
2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种，如下图所示。
图（a）是一般的模拟幅度调制方法，这里的由式2规定；图（b）是一种键控方法，这里的开关电路受控制。
图（c）给出了及的波形示例。
二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又常称为通断键控信号（OOK信号）。
图12ASK信号产生方法与波形示例
2ASK信号解调的常用方法主要有两种：
包络检波法和相干检测法。
包络检波法的原理方框图如下图2所示。
带通滤波器（BPF）恰好使2ASK信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。
低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。
抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。
定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。
不计噪声影响时，带通滤波器输出为2ASK信号，即，包络检波器输出为s（t）。
经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列{αn}。
图2ASK信号的包络解调
22FSK调制解调原理
数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。
数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。
2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。
从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。
模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。
2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。
键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。
2FSK信号的产生方法及波形示例如图3所示。
图中s（t）为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e0（t）即是2FSK信号。
图32FSK信号的产生方法及波形示例
根据以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为
式4
其中，s（t）为单极性非归零矩形脉冲序列
式5
式6
g（t）是持续时间为Tb、高度为1的门函数；为对s（t）逐码元取反而形成的脉冲序列，即
式7
是的反码，于是
式8
分别是第n个信号码元的初相位和相位。
一般说来，键控法得到的与序号n无关，反映在e0（t）上，仅表现出当改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于与改变时的相位是连续的，故不仅与第n个信号码元有关，而且之间也应保持一定的关系。
由式4可以看出，一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以为基带信号、为载频，另一路以为基带信号、为载频。
图4数字监控法实现2fsk信号的电路框图
数字调频信号的解调方法很多，下面仅就包络检波法进行介绍：
2FSK信号的包络检波法解调方框图如图5所示，其可视为由两路2ASK解调电路组成。
这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同，分别为f1、f2）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络s（t）及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。
若上、下支路s（t）及的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为
图52FSK信号的包络解调
四、实验步骤
MATLAB提供的图形界面仿真工具Simulink由一系列模型库组成,包括Sources（信源模块），Sinks（显示模块），Discrete（离散系统模块），Linear（线性环节），Nonlinear（非线性环节），Connections（连接）,Blocksets&Toolboxes（其他环节）。
根据Simulink提供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图6所示的模型：
图6数字调制系统仿真框图
4.12ASK
设计2-ASK仿真模型如下图7所示：
图72-FSK仿真模型
主要参数设置如下：
1．BernoulliRandomBinaryGenerator（伯努利二进制随机数产生器）
位置：
CommunicationsBlockset\CommSources
2.SpectrumScope（频谱仪）用来显示对数字调制后信号的测量。
位置：
DSPBlockset\DSPSinks
3.AWGNChannel（加性高斯白噪声信道）模拟加性高斯白噪声环境，使传输环境相同，FSK的信噪比为-3dB，其余两个为-6dB。
位置：
CommunicationsBlockset\Channels
4.DSBAMModulatorPaseband（通带DSBAM调制器）
位置：
CommunicationsBlockset\Modulation\AnalogPasebandModulation
5.DSBAMDemodulatorPaseband（通带DSBAM解调器）
位置：
CommunicationsBlockset\Modulation\AnalogPasebandModulation
6.ratetransition（速率转换器）
位置：
signalattributes\ratetransition
7.scope（示波器）
位置：
simulink\sinks\scope
8．Comparetoconstant（常数比较器）
4.22FSK
设计2-FSK仿真模型如下图所示：
图8FSK基带调制仿真系统框图
主要参数设置如下：
1．BernoulliRandomBinaryGenerator（伯努利二进制随机数产生器）
位置：
CommunicationsBlockset\CommSources
伯努利二进制随机数产生器的主要参数
2.SpectrumScope（频谱仪）用来显示对数字调制后信号的测量。
位置：
DSPBlockset\DSPSinks
（a）
（b）
（Ｃ）
频谱仪的主要参数一
3.AWGNChannel（加性高斯白噪声信道）模拟加性高斯白噪声环境，使传输环境相同，FSK的信噪比为-3dB，其余两个为-6dB。
位置：
CommunicationsBlockset\Channels
加性高斯白噪声信道的主要参数
4、Real-ImagtoComplex
位置：
mathoperations\real-imagtocomplex
5.M-FSKModulatorBaseband（基带M-FSK调制器）
位置：
CommunicationsBlockset\Modulation\DigitalBasebandModulation
基带M-FSK调制器的主要参数
6.MSKDemodulatorBaseband（基带MSK解调器）
位置：
CommunicationsBlockset\Modulation\DigitalBasebandModulation
基带M-FSK解调器的主要参数
7.ratetransition（速率转换器）
位置：
signalattributes\ratetransition
8.scope（示波器）
位置：
simulink\sinks\scope
9.sinewave（正弦波）
位置：
singnal\singnalprocessingsources\sinewave
框图中的其余模块的参数用的是系统默认参数。
五、实验报告要求
1、实验报告格式遵循常规的实验报告要求；
2、记录各实验步骤中产生的实验结果，尤其注意基带、带通、解调波形；
3、分析原始信号与解调后信号的差异，对不同调制方式其传输信号的能力做出对比，并试分析优缺点；
4、将源程序作为附件放到实验报告中,并提交所有Matlab源程序*.m文件电子版。
5、总结实验遇到的问题及解决方；
6、（可选）观察各种调制方式的频谱图，试着简单分析频谱图中两种解调方式。
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