通信原理.docx

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通信原理

通信原理

--课程设计说明书

设计题目:

2ASK数字信号频带系统的设计

指导老师：

专业班级：

学生姓名：

●前言

数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。

为了使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，以使信号与信道特性相匹配。

在这个过程中就要用到数字调制。

在通信系统中，利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波的振幅，频率，和相位进行键控。

键控主要分为：

振幅键控，频移键控，相移键控三种基本的数字调制方式。

本次课程设计的目的是在学习振幅键控调制的基础上，通过Systemview仿真软件，实现对2ASK数字调制系统的仿真，同时这个系统有深入的了解。

●正文

一、设计要求

1）加深理解2ASK调制与解调原理。

2）学会运用SystemView仿真软件搭建2ASK调制与解调仿真电路。

3）通过仿真结果观察2ASK的波形及其功率谱密度。

二、SystemView的基本介绍：

Systemview是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。

SystemView基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。

SystemView的库资源十分丰富，主要包括：

含若干图符库的主库（MainLibrary）、通信库（CommunicationsLibrary）、信号处理库（DSPLibrary）、逻辑库（LogicLibrary）、射频/模拟库（RFAnalogLibrary）和用户代码库（UserCodeLibrary）。

Systemview对系统的分析主要分为两大块，调制系统的分析和解调系统的分析。

由于调制是解调的基础，没有调制就不可能有解调，为了表现解调系统往往需要很高的采样频率来减少滤波带来的解调失真，所以调制的已调信号通过波形模块观察起来不是很清楚，为了更好的弄清楚调制是怎么样的一个过程，在这里，我们把调制单独列出来，用较低的频率实现它，就能从单个周期上观察调制系统的运作模式，更深刻地表现调制系统的调制过程。

三、设计方案

1.基本原理

2ASK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。

其信号表达式为：

，S（t）为单极性数字基带信号。

其调制过程如图1所示：

图1

2.两种调制法

2ASK信号的产生方法通常有两种：

模拟调制法和键控法

模拟调制法使用乘法器实现，如图2所示。

键控法使用开关电路实现，如图3所示。

图2

图3

3．功率谱密度

若设S（t）的功率谱密度为Ps（f），2ASK信号的功率谱密度为

则

由图4可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，由连续谱和离散谱组成。

图4

4.2ASK解调

2ASK有两种基本解调方法：

相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波法）。

相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。

为确保无失真还原信号，必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。

解调过程如图5所示。

图5

包络检波器通常由整流器和低通滤波器组成，可以直接从已调波中提取原始基带信号，结构简单，如图6所示。

经过各个模块后波形变化如图7所示。

图6非相干解调

图7非相干解调的时间波形

四、SystemView实现2ASK仿真

1.二进制振幅键控

在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。

一种是最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK）。

二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。

这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。

但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。

二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：

相干解调和非相干解调，即包络检波和同步检测。

非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解调系统。

2.调制系统

系统的相关参数：

基带信号amplitu=0.5，offset=-0.5，rate=10。

输入的调制信号：

已调信号：

3.调制解调系统

系统相关参数：

基带信号频率=50HZ，电平=2，偏移=-0.5，载波频率=1000HZ模拟低通频率=225HZ,极点数为3.系统运行时间为0.3S，采样频率=20000HZ。

原始信号

解调后信号

已调信号

4．功率谱图

输入信号

输出信号

输出信号

系统仿真结果分析:

如图所示调制信号输入信号的图形与解调后的信号图形基本一致，在每段的起始因为信号不稳定，所以出现了微小的波动。

这与滤波器滤波误差也相关。

五、Matlab实现2ASK仿真

在此次设计中，由于对Matlab编程不是特别熟练，仅实现了模拟调制，信道加噪，相干解调（仅使用低通滤波）。

这里用到的主要函数有：

rand随机数产生函数，ellipord椭圆滤波器阶数选择函数，ellip椭圆滤波器产生函数，filter滤波函数。

使用编程主要是信号的产生和滤波器的编写，而重中之重是滤波器的设计，如果能设计出较好的滤波器，基本上编程不存在难度。

1.Matlab部分仿真程序如下：

%%%%%%%%%%%%%%%%%随机生成原始信号

t=0:

0.0001:

1-0.0001;%取10000个采样点

f=100;%载波参数设置

carrier=cos（2*pi*f*t）;

M=500;

p=length（t）/M;　　%每500个点分成一份，共20份

randNum=rand（1,p）;　　　%产生20个随机数

Signal=zeros（1,length（t））;　　%产生10000个全0序列

fori=1:

p　　　　　　　%将随机数判为1或0

2.仿真结果：

下图使用Matlab编程仿真图，波形依次为原始信号，调制信号，加噪信号，低通滤波输出，判决输出。

由于使用的系统和信号都比较简单，故整个过程不存在额外的干扰。

可以看出，除了低通滤波后波形存在衰减，系统仿真结果比较不错。

这也有编程实现本身的特点在里面。

六、实验总结

此次课程设计的主要是实现2ASK通信调制解调系统的仿真：

2ASK调制模拟调制法用乘法器来实现，解调为非相干解调信号经过带通滤波器，相乘器，低通滤波器，抽样判决器，然后输出。

对调制和调制方式的选择要作全面考虑，如果要求较高的频带利用率，则可以选择2ASK。

总的来说，这次课程设计学到了不少实用的东西，也真正体会到了各门课程之间的紧密联系。

一句话，将所学的所有知识联系起来，融会贯通，必将发现，原来一切并不难，难在我们没有这样的意识。