2ASK调制及相干解调电路设计详解.docx

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2ASK调制及相干解调电路设计详解

课程设计

班级：

通信13-4班

姓名：

郭娟

学号：

1306030405

指导教师：

林森

成绩：

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

2ASK调制及相干解调电路设计

摘要

这次的课程设计我做的是2ASK的调制与相干解调设计，并通过仿真平台MATLAB/simulink搭建仿真电路进行仿真。

通过查阅资料，我设计了两种电路，分别是理想情况下的和加入高斯白噪声情况下的2ASK调制与相干解调。

在设计中，先通过原理图画出电路图形，再在Simulink里调用相应的模块进行仿真电路的搭建。

通过观察仿真结果，对输入信号与输出信号的比较，可以确定该设计的电路可以较为成功的完成设计目的。

关键词MATLAB/simulink；2ASK；调制；相干解调；高斯白噪声

摘要.................................................1

前言.................................................3

设计要求.............................................3

1.概述...............................................4

1.1二进制振幅键控的基本原理.......................4

1.1.1基本原理.....................................4

1.1.22ASK/OOK产生方法..............................5

1.1.32ASK解调方法.................................6

2.基于simulink的2ASK的系统仿真......................6

2.12ASK调制与解调...................................6

2.1.1仿真模型建立.................................7

2.1.2参数设定.....................................7

2.1.3各阶段波形观察...............................10

2.2加入高斯白噪声的2ASK调制与解调.................13

2.2.1仿真模型建立.................................13

2.2.2参数设置.....................................13

2.2.3各阶段波形...................................15

3.总结分析...........................................18

参考文献.............................................18

前言

数字信号的传输方式分为基带传输（basebandtransmission）和带通传输（bandpasstransmission）。

而在实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（以调信号）的过程称为数字调制（digitalmodulation）。

调制的方法主要是通过对载波的幅度、频率、或相位来传送信息，相应的数字调制称为振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。

如果数字调制信号的可能状态与二进制信息符号或它的相应基带信号状态一一对应则称以调信号为二进制数字调制信号。

本次设计的是2ASK调制，即是通过调制信号对载波振幅的调制实现数字调制。

在解调电路的设计中选择的是相干解调的方法。

设计要求

（1）要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度。

要敢于创新，勇于实践，注意培养创新意识和工程意识。

（2）广泛查阅相关资料，独立、认真设计，对有抄袭他人设计图纸（论文）或找他人代画设计图纸、代做论文等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定予以处理。

（3）掌握课程的基本理论和基本知识，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书（论文）撰写规范，内容叙述准确，字迹工整，条理清晰，画图符合标准。

答辩中回答问题正确。

（4）针对设计重点进行论述与说明，如为何选择、如何选择、重点参数的计算、如何进一步改进等。

特别要突出自己的新认识、新体会、新观点。

文中符号、图、表要统一标准。

硬件设计部分主要包括电路图设计、各子系统工作过程、具体元件的选择依据等。

软件设计部分主要包括程序流程图和程序代码。

1.概述

1.1二进制振幅键控的基本原理

1.1.1基本原理

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度只有两种工作状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。

一种常用的二进制振幅键控方式称为通-断键控（OOK）,其表达式为

可见，载波在二进制基带信号

控制下通-断变化，所以这种键控又称为通-断键控。

在OOK中，某一种符号（“0”或“1”）用没有电压来表示。

2ASK信号的一般表达式为

其中

式中：

为码元持续时间；

为持续时间为

的基带脉冲波形。

为简便起见，通常假设

的高度为1、宽度等于

的矩形脉冲；

是第

个符号的电平取值。

若取

则相应的2ASK信号就是OOK信号。

图1.12ASK/OOK信号时间波形

1.1.22ASK/OOK信号的产生方法

2ASK信号的产生方式通常有两种：

模拟调制法（相乘器法）和建控法，相应的调制器如下图所示。

图1.2模拟相乘法

图1.3数字键控法

本设计采用的是模拟调制法，即用乘法器（multiplier）实现。

1.1.32ASK信号的解调方法

2ASK/OOK信号有两种基本的解调方法：

非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。

本课程设计要求采用的是相干解调的方法，其接收系统的组成框图如下图。

图1.4相干解调方式框图

2.基于simulink的2ASK的系统仿真

2.12ASK调制与解调

2.1.1仿真模型建立

用MATLAB的simulink中的模块创建仿真系统。

用正弦波和一个基带信号通过相乘器得到2ASK信号，然后再与载波相乘，之后通过低通滤波器滤除载波，最后通过由零阶保持器和量化编码器组成的抽样判决器，最后通过示波器观察各阶段波形。

在simulink上创建的仿真系统如下图。

图1.5仿真系统

2.1.2参数设定

（1）基带信号参数

基带信号是由伯努利二进制随机数产生器产生，参数设置如下设置采样周期为0.5s，即信号频率为2Hz。

图1.6基带信号参数

（2）载波参数

载波采用的是正弦波，幅度设置为1V，频率设置为10HZ。

图1.7载波参数

（3）示波器参数设置

图1.8示波器参数设置

（4）低通滤波器参数设置

低通滤波器的作用是滤除载波，所以截止频率应大于等于基带信号频率并小于载波频率，此处设置为2Hz，即正好等于基带信号频率。

图1.9低通滤波器参数设置

（5）零阶保持器的参数设置

零件保持器的抽样频率应与基带信号保持一致，它的作用是将模拟信号通过抽样量化变为离散信号。

图1.10零阶保持参数设置

（6）量化编码器的参数设置

量化的判决门限电压为零阶保持器输出信号幅度的1/2，即为0.25，量化的输出设置为[01],即在大于0.25时判决为1，小于0.25时判决为0。

图1.11量化编码器的参数设置

2.1.3各阶段波形观察

2.1.3.1基带信号

图1.12基带信号波形

2.1.3.2载波信号

图1.13载波信号波形

2.1.3.32ASK信号

图1.142ASK信号波形

2.1.3.4经过相乘器后的信号

图1.15相乘以后信号波形

2.1.3.5经过低通滤波器的信号

图1.16经LPF滤波器信号波形

2.1.3.5经过零阶保持器的信号

图1.17经过零阶段保持器信号波形

2.1.3.6基带信号与输出信号的比较（上为基带信号）

图1.18基带信号与输出信号的比较

由上面的波形可以看出，基带信号被无失真的解调出来，信号解调成功，并且存在1bit的延时（零阶保持器的采样频率乘以时延时间）。

2.2加入高斯白噪声的2ASK调制与解调

2.2.1仿真模型建立

用MATLAB的simulink中的模块创建仿真系统。

首先用正弦波和一个基带信号通过相乘器得到2ASK信号，然后加入加性高斯白噪声，通过带通滤波器之后再与载波相乘，之后通过低通滤波器滤除载波，最后通过由零阶保持器和量化编码器组成的抽样判决器，最后通过示波器观察各阶段波形。

在simulink上创建的仿真系统如下图。

图1.19仿真系统

2.2.2参数设置

2.2.2.1高斯白噪声参数设置

高斯白噪声的频率设置为1Hz。

图1.20高斯白噪声的频率设置

2.2.2.2带通滤波器参数设置

带通滤波器的作用就是滤除信号中除了基带信号和载波之外的无用干扰信号，在前一个设计中因为是模拟理想条件下的未加入噪声的，所以省去了带通滤波器，带通滤波器上限截止频率为载波信号频率和基带信号频率之和，下限截止频率为载波信号频率与基带信号频率之差，分别为12Hz和8Hz。

图1.21带通滤波器参数设置

2.2.3各阶段波形

2.2.3.1高斯白噪声波形

图1.22高斯白噪声波形

2.2.3.2加入高斯白噪声后的2ASK信号

图1.23加入高斯白噪声后的2ASK信号波形

2.2.3.3通过带通滤波器后的波形

图1.24通过带通滤波器后的波形

2.2.3.4通过相乘器的波形

图1.25通过相乘器后的波形

2.2.3.5通过低通滤波器的波形

图1.26通过LPF的波形

2.2.3.6基带信号与输出信号的比较（上为基带信号）

图1.27基带信号与输出信号的比较

通过上面的波形，可以看出在加入噪声后，各阶段的波形出现了一定程度的失真，但在最终解调出来的信号与基带信号相比，还是较为成功的。

3.总结分析

本次通信原理的课程设计，是我上大学以来第一次进行的有关自己专业的设计实践，让我对课本上学习到的那些知识有了更深刻的理解。

在做课程设计的过程中，我首次接触到了MATLAB里的simulink软件，一开始根本不会运用，并且由于界面全是英文，更加加深了难度，但后来通过上网和去图书馆查阅资料，我基本掌握了对simulink的使用，知道了怎么搜索各种模块，以及各个模块的作用和参数设置。

在正式开始完成本次设计的目标时，首先要明白2ASK调制与相干解调的原理，这在上课就已经听老师详细的说过了，但由于只是单纯的听讲从未实践，所以很多地方不是太懂，导致在设计抽样判决器的时候出现了困难，但最后在查阅一些资料之后成功的完成了设计。

2ASK信号就是载波信号的幅度按照数字基带信号变化，在解调之后出来的信号就是基带信号。

本次课程设计，通过对simulink的运用，让我对书本上的知识记忆的更加深刻了，如果只是单纯的听讲是没办法真正理解这些知识的，并且记忆的也并不牢固，只有亲手去搭建仿真电路，去观察每一步的波形，才能真正明白其中的各项原理。

在这次课程设计中，我不仅巩固了过去学过的知识，同时还学到了许多书本上没有学到的知识培养了我对系统的分析能力。

通过这次课程设计，我深刻的了解到，理论与实际的结合是十分重要的，单纯的理论知识学习无法培养我们实际动手能力。

只有把理论和实践结合起来，把理论作为实践的基础，把实践作为理论的延伸，使两者有机的结合在一起，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

虽然只有短短的一周的时间，但是我的收获很多，这将是我接下来的学习的一笔丰富的经验财富，我相信我未来的专业课程的学习也会更加的轻松和透彻。

参考文献

[1]樊昌信曹丽娜通信原理（第6版）[M].北京:

国防工业出版社2014

[2]丁亦农Simulink与信号处理[M].北京航空航天大学出版社2010