二进制数字频带传输系统设计2ASK.doc

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《专业课程设计（通信原理）》课程设计说明书

目录

1技术要求 1

2基本原理 1

2.12ASK定义 1

2.22ASK的调制 2

2.32ASK的解调 3

2.42ASK功率谱密度 3

2.5眼图 4

3建立模型描述 5

3.1SystemView方案 5

3.2Simulink方案 6

4功能模块分析或源程序代码 7

4.1SystemView功能模块分析 7

4.2Simulink功能模块分析 10

5调试过程及结论 11

5.1SystemView调试过程及结论 11

5.2Simulink调试过程及结论 15

6心得体会 17

7参考文献 18

二进制数字频带传输系统设计

——2ASK系统

1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或SystemView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

2.12ASK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）=

其中：



Ts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：



则二进制振幅键控信号可表示为：



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2-12ASK信号时域波形

2.22ASK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2-22ASK调制乘积法

图2-32ASK调制通断键控法

2.32ASK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：

图2-42ASK信号非相干解调原理框图

图2-52ASK信号相干解调原理框图

2.42ASK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。

设为归一化矩形脉冲，若的傅氏变换为，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，则的功率谱密度表达式为：

式中，；Hz，并与二进制序列的码元速率Rs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信号的双边功率谱密度表达式为：

表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成：

（1）由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：

（Hz）

式中，Rs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）Rb（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。

3建立模型描述

3.1SystemView方案

1）非相干解调（包络检波法）

调制部分：

采用模拟（乘积法）调制，包含的元件序号有0、1、2；

解调部分：

采用非相干解调法，包含的元件序号有3、4、5、6、7；

图3-1非相干解调法的总体模型

模块说明：

0为二进制随机NRZ信号，1为乘法器，2为正弦载波，3和5为低通滤波器，4为半波整流器，6为电压比较器，7为位同步信号，14为比特误码仪。

2）相干解调（同步检测法）

调制部分：

采用模拟（乘积法）调制，包含的元件序号有0、1、2；

解调部分：

采用相干解调法，包含的元件序号有3、4、5、6、7、8；

图3-2相干解调法的总体模型

模块说明：

0为二进制随机NRZ信号，1和4为乘法器，2和5为正弦载波，3和6为低通滤波器，7为电压比较器，8为位同步信号，16为比特误码仪。

3.2Simulink方案

调制部分采用的是乘积法，解调部分采用的是相干解调法。

图3-3基于Simulink的2ASK系统仿真总体框图

1）二进制基带信号：

图3-4二进制基带信号

2）正弦载波发生器：

图3-5正弦载波发生器

3）带通滤波器：

图3-6带通滤波器

4）低通滤波器：

图3-7低通滤波器

4功能模块分析或源程序代码

4.1SystemView功能模块分析

1）非相干解调模块

Token0是产生二进制的随机基带信号，选用的是SourceLibrary里的PNSeg，其参数为：

Amp=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0deg。

如图4-1：

图4-1Token0参数设置

Token1是乘法器，将载波和基带信号相乘，产生调制信号。

选用的是Multiplier，默认没有参数可以设置。

Token2是正弦载波产生器，选用的是SourceLibrary里的Sinusoid，其参数为：

Amp=1V，Freq=50Hz，Phase=0deg，output0=Sinet1。

如图4-2所示：

图4-2Token2参数设置

Token3是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。

它的详细的参数设置如图4-3所示：

图4-3Token3参数设置

Token4是半波整流器，作用是将2ASK信号的下半部分载波翻转到正半轴，选用的是FunctionLibrary里的HalfRctfy，参数为ZeroPoint=0V，MaxRate=500Hz。

Token5是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。

它的详细的参数设置如图4-4所示：

图4-4Token5参数设置

Token6是电压比较器，起到的作用是抽样判决器。

选用的是OperatorLibrary的子目录Logic里的Compare，其详细参数为：

a>=b，TrueOutput=1V。

如图4-5所示：

图4-5Token6参数设置

Token7是位同步信号，选用的是SourceLibrary子目录Aperiodic里的StepFct，其参数为Amplitude=200e-3V，StartTime=0sec，Offset=0V。

如图4-6所示：

图4-6Token7参数设置

Token14是比特误码仪，显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率，参数设置为No.trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。

2）相干解调模块

Token0是产生二进制的随机基带信号，选用的是SourceLibrary里的PNSeg，其参数为：

Amp=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0deg。

Token1和Token4是乘法器，将载波和基带信号相乘，产生调制信号。

选用的是Multiplier，默认没有参数可以设置。

Token2和Token5是正弦载波产生器，选用的是SourceLibrary里的Sinusoid，其参数为：

Amp=1V，Freq=50Hz，Phase=0deg，output0=Sinet1。

Token3和Token6是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是OperatorLibrary里的LinerSysFilters。

它们的参数设置同图4-3和图4-4。

Token7是电压比较器，起到的作用是抽样判决器。

选用的是OperatorLibrary的子目录Logic里的Compare，其详细参数为：

a>=b，TrueOutput=1V。

Token8是位同步信号，选用的是SourceLibrary子目录Aperiodic里的StepFct，其参数为Amplitude=200e-3V，StartTime=0sec，Offset=0V。

Token16是比特误码仪，显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率，参数设置为No.trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。

4.2Simulink功能模块分析

原始二进制基带信号采用的是BernoulliBinaryGenerator，参数如图4-7所示。

图4-7BernoulliBinaryGenerator参数

带通滤波器采用的是AnalogFilterDesign，参数如图4-8所示。

图4-8带通滤波器参数

低通滤波器的参数如图4-9所示。

图4-9低通滤波器参数

5调试过程及结论

5.1SystemView调试过程及结论

Systemview非相干解原理框图（如图5-1所示）

图5-1非相干解调

调试过程中各点的波形如下列各图所示：

图5-2NRZ信号波形

图5-32ASK信号波形

图5-4经带通滤波器后信号波形

图5-5经半波整流器后信号波形

图5-6经包络检波器后输出波形

图5-7经抽样判决器后输出波形

图5-82ASK调制信号与解调信号波形比较

波形分析和结论：

二进制的基带信号和正弦载波经过乘法模拟器得到调制信号，即为2ASK信号。

已调信号经过信道时，受到不同噪声的干扰，导致在解调接收端出现的已调信号中混入了噪声，该已调信号经过半波整流器和抽样判决器后会输出二进制基带信号。

此外，采用相干