武科大通信原理课程设计.docx

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武科大通信原理课程设计

2ASK数字调制系统

课程设计目的：

通过课程设计，巩固对课堂上基本理论知识的理解，加强理论联系实际，增强动手能力和通信系统仿真的技能。

课程设计要求：

1）设计任务：

设计一种数字调制系统（2FSK,2PSk,2ASK,2DPSK）

2）设计基本要求：

（1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿；

（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）观察仿真结果并进行波形分析（眼图，）；

（4）分析影响系统性能的因素。

3）实施要求

具体要求如下：

使用Matlab/Simulink进行仿真

a）完成2ASK、2FSK、2PSk或QPSK中任何一种调制和解调系统。

传输信道模型选用下面三种之一：

AWGNChannel、Rayleighfadingpropagationchannel和BinarySymmetricChannelChannel；

b）分析已调信号的功率谱密度；

c）分析信道噪声对误码率的影响。

Simulink简介：

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功能简介：

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。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。

对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

.

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义

二进制振幅键控（2ASK）的理论分析

1．2ASK信号及其调制原理

类比模拟调制原理，2ASK信号课由单极性二元基带信号与载波相乘得到，如下图所示：

设二进制序列为

，

取0或1，单极性二元基带信号可以表示为：

（1）

（1）其中，

为幅度为1的单极性NRZ（不归零）方波，

为传输时的码元间隔。

假定载波为

则2ASK信号为

（2）

（2）由

（1）式的波形可见，2ASK信号也可以逐时隙地简单表述为

（3）（3）2ASK信号的调制框图有如下图所示两种，分别对应于式

（2）和式（3）。

2ASK调制框图

2.2ASK信号的解调原理

2ASK信号可以有两种解调方式，分别是包络检波和相干解调，下面我们分别介绍包络检波和相干解调：

包络检波：

为非相干解调，下图为包络检波法解调器的原理方框图，图中的整流器和低通滤波器构成一个包络检波器。

其不利用载波相位信息。

相干解调：

利用了载波相位信息，下图为相干解调的原理方框图：

图中的乘法器与低通滤波器级联构成相干解调器。

其中cos0t是产生的本地载波。

当接收端的本地载波与接收信号中的载波完全同频同相，称为双方同步。

低通滤波器滤除高频分量，输出A（t）/2，系统可无失真地恢复调制信号A（t）。

由于相干解调比包络检波效果要好，本设计我们使用相干解调.

2ASK信号频谱特点:

1）2ASK信号的功率谱包含连续谱和离散谱两部分;连续谱决定于基带调制信号的谱,离散谱部分则决定于载频.

2）2ASK信号的带宽等于基带信号带宽的2倍.

2ASK数字调制系统主要模块分析

数字调制系统框图：

信源和调制：

本次课程设计的2ASK信号可由单极性二元基带信号与载波相乘得到：

信道：

根据本次课程设计的要求我们选择了AWGNChannel

接收与解调：

采用相干解调的方法。

在此，我们首先给出系统的总体框图，再分析系统参数：

系统框图如下图：

各模块参数的设定：

正弦载波参数设置：

正弦载波是幅度为2频率为5Hz采样周期为0.01s的信号。

设置依据：

实际上载波的频率应该很高，但这里为了调制时便于波形的对比观察，故设为4HZ。

伯努利二进制随机数产生器参数设置：

BernoulliRandomBinaryGenerator（伯努利二进制随机数产生器）是基于采样的其周期为1s，占空比为1/2.

带通滤波器参数设置：

带通滤波器参数：

带通范围为4~6HZ，由于载波频率为5HZ，而基带号带宽为1HZ，故将带通滤波器的下阻带设置为2HZ。

Relay模块的设置

取样判决器参数设置：

门限值取为0.5，取样时间为1。

由前面的理论分析知判决门限为二元信号幅度的一半，故门限值取为0.5。

低通滤波器参数设置

低通滤波器参数设置：

截止频率为1HZ。

由于二进制序列的带宽为1HZ，故取1HZ。

仿真结果

正弦载波：

二元数字基带信号：

已调信号波形：

已调载波的功率谱密度：

可见经过调制后基带信号的频率被搬移到两边。

已调信号通过加性高斯白噪声AWGN信道的波形，此时信噪比为20dB：

当信噪比为60dB时：

可见当信噪比越大时，噪声对信号的干扰越小，由此也可推断信噪比越大时误码率越小。

当信道信噪比为20dB时，输出信号经过带通滤波器的波形：

接收到的信号与本地载波相乘的波形：

再接着信号通过低通滤波器的波形：

最后通过抽样判决后的波形：

眼图：

影响系统性能的因素

通过对仿真结果的分析影响系统性能的因素不仅仅是通过信道时噪声的干扰，当带通滤波器或者低通滤波器设置的截止频率不恰当时，对系统性能的影响非常大，另外解调时本地载波信号应与接收到的已调信号同频同相。

小结：

在本次课程设计中，我知道了通信系统如何进行仿真，也了解了simlink功能的强大。

它可以很好地让我们理解通信原理以及其中的过程，能够对系统进行仿真，我觉得这对于我们来说是一件比较有意义的事。

我们以后再进行任何通信系统的设计时，可以先进行仿真，从仿真结果检验出我们所设计的系统是否达到目标，从中及时发现并解决问题，不断地改进和优化方案，这样可以提高效率，节约投资，缩短开发设计时间。

虽然本次课程设计的时间比较短促，但我对通信系统的仿真却有了很大的了解，掌握的设计的方法和思路，提高了对系统的分析能力和解决能力。

在这次课程设计中，我也遇到了许多的困难，如参数的设置，如何将不同的功能框图整合一起以实现更强大的功能，怎么降低误码率等等。

该设计终于做完，其功能基本上可以满足设计要求。

由于个人能力有限，有许多地方没有做的那么完美，需要将来做进一步的改善。

通过这次课程设计，我对matlab/simulink有了较深的认识，真正把理论与实践联系起来，是我所学的专业知识得到了运用，更深刻的理解了理论知识，理论联系实际的实践操作能力也进一步提高。

并且强化自己分析问题、解决问题的能力，加深了对软件的掌握和应用。

感谢老师在课程设计中对我们的帮助和教导！

参考文献

樊昌信.通信原理教程.北京：

电子工业出版社2010.11

XX百科.simulink

张圣勤.MATLAB7.0实用教程.北京：

机械工程出版社，2006