2ASK与MASK的性能分析与仿真.docx

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2ASK与MASK的性能分析与仿真

湖南科技大学

潇湘学院信息与电气工程系

课程设计报告

课程：

通信原理

题目：

2ASK与MASK调制性能比较的仿真

专业：

电子信息工程

班级：

001班

姓名：

学号：

任务书

题目

2ASK与MASK调制性能比较的仿真

时间安排

2104.6.30----2014.7.6

目的：

使用SystemView仿真软件进行2ASK与MASK调制，得出两种调制后的信号波形，分析比较这两种调制方式的性能。

要求：

建立系统的数学模型：

在SystemView仿真环境下，从各种功能库中选取、拖动可视化图符，组建系统，在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接收器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统；设置、调整参数，实现系统模拟；设置观察窗口，分析模拟数据和波形。

总体方案实现：

本次设计的系统主要由信号发生模块、双边带调制模块、噪声添加模块、信号调制模块、滤波器模块和信号显示模块组成。

首先将基带信号进行双边带调制，再使用模拟调制法进行振幅键控调制。

经低通滤波器后输出调制后的信号。

另外需要给调制信号加上高斯噪声，以观察其抗噪声能力。

指导教师评语：

评分等级：

（）

指导教师签名：

一、课程设计的目的

1．巩固所学的专业技术知识；

2．熟悉SystemVue仿真环境并能在其环境下了解并掌握通信系统的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；

3．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；

4．更好地将理论与实践相结合。

二、原理介绍及设计方案的论证

2.12ASK与MASK的调制与解调原理

图2-1数字调制系统的基本结构

数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。

但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。

这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。

基本的三种数字调制方式是：

振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK或DPSK）。

多进制数字振幅调制又称多电平振幅调制，它用高频载波的多种振幅去代表数字信息。

MASK调制方式就是使载波的幅值随着基带信号的变化而变化。

MASK的表达式如式2-1所示。

其中An为基带信号的电平，ω0为载波频率。

由上式可以看出，如果其中电平是0的多进制信号，只要让载波信号与多进制信号通过乘法器即可调制完成。

如果两个电平都不是0，只要让载波信号的振幅固定，通过乘法器与多进制信号相乘就行。

图2-2MASK信号的分解波形图

图2-2为四电平振幅调制，高频载波有u0（t）、u1（t）、u2（t）、u3（t）四种：

振幅为0、1A、2A和3A，分别代表数字信息0、1、2、3或者双比特二进制输入信息00、01、10、11进行振幅调制。

而解调的两种方法包络检波和相干解调的原理图如图2-3和图2-4所示。

图2-3包络检波法示意图

图2-4相干法解调示意图

多进制幅移键控的解调的实现和模拟信号双边带调制一样，可以是包络检波和相干解调两种。

其中包络检波法是通过全波整流器读取调制信号波形的外形，通过低通滤波器滤除高频部分，然后通过抽样判决器根据电平的大小判断基带信号的电平，再还原基带信号。

而相干解调法是让调制信号与载波同频同相的正弦波相乘，相乘后基带信号信息就包含在低频信号部分，因此再通过一个低通滤波器滤除二次谐波和高频部分就可以还原基带信号了。

但在解调的过程中找到与载波同频同相的正弦波并不容易，因此成为相干解调法的难点和关键。

相对而言，相干解调比包络检波复杂，并且在设备的成本上，相干解调法也比包络检波法要高。

在无噪声干扰的情况下，包络检波解调与相干解调都能完整地解调MASK调制信号。

但是在实际的通信信道中，不可避免地存在着噪声，从通信系统看来，起伏噪声是最基本的噪声来源，而起伏噪声又可看作是高斯白噪声。

因此在后面的仿真中我们使用的就是高斯噪声来分析MASK的调制过程的各种波形。

图2-5多进制调制与解调原理方框图

由上图可见，M进制ASK信号是M个二进制ASK信号的叠加。

那么，MASK信号的功率谱便是M个二进制ASK信号功率谱之和。

因此，叠加后的MASK信号的功率谱将与每一个二进制ASK信号的功率谱具有相同的带宽。

实现多电平调制的方框原理如上图2-5所示，它与二进制振幅调制的方框原理非常相似。

不同之处是在发信输入端增加了M－2电平变换，相应在接收端应有M－2电平变换。

另外该电路的取样判决器有多个判决电平，因此多电平调制的取样判决电路比较复杂。

实际系统中，取样判决电路可与M－2电平变换合成一个部件，它的原理类似于模数变换器。

多电平解调与二进制解调相似，可采用包络解调或同步解调。

2.2设计方案论证

1.基带信号预处理

方案一：

直接将基带信号与载波信号进行调制。

方案二：

对基带信号先进行双边带调制，再与载波进行调制。

在标准调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低。

为了提高调制效率，此处采用方案二。

2.振幅键控信号产生方式

方案一：

采用模拟调制法（相乘器法），用乘法器实现。

方案二：

采用数字键控法，载波在二进制调制信号1或0控制下通或断。

由于方案二的方法只适合二进制振幅调制，而本实验要用到多进制振幅调制，因此采用方案二。

三、仿真性能及测试

3.1模式框图及参数设计

在SystemView环境下建立2ASK和MASK仿真模型如图3-1所示。

在图3-1中，图符0和14为信号源库中的随机序列发生器，图符0输出幅度为1V，频率为100Hz，初始相位为0°，4电平输出；图符14输出幅度为1V，频率为100Hz，初始相位为0°，2电平输出。

图符2和6是正弦信号发生器，输出幅度为1V，载波频率为1kHz，相位为0°。

图符1、5、11和12为相乘器。

图符3和13为相加器。

图符7和15为低通滤波器，截止频率为150Hz。

图3-12ASK和MASK的仿真模型

3.2仿真结果图及性能分析

对建立的系统模型进行仿真，得到基带信号的时域波形如图3-2和图3-3所示。

图3-2多进制基带信号波形

多进制基带信号波形如图3-2所示，其幅度为1V，频率为100Hz的4电平随机序列信号。

图3-3二进制基带信号

图3-3为二进制基带信号，其幅度为1V，频率为100Hz的2电平随机序列信号。

分析调制信号的功率的谱图，我们可以对比图3-4和图3-5，分别为四进制的调制信号的功率谱和二进制的功率谱图。

图3-4四进制调制信号的功率谱

图3-4为调制后的信号功率谱图。

由图可知，信号的功率主要分布在1000Hz频率附近。

图3-5二进制调制信号的功率谱

图3-5为二进制调制信号的功率谱。

对比图3-4发现，两个图完全一样，也是主要功率分布在1000Hz频率附近。

两幅图完全一样的主要原因是基带信号的幅值都为1V，即功率相同，且载频都为1000Hz，他们的主要功率都分布在该频率段上，因而两幅图完全一样。

结果和理论符合的很好，因为他们的调制原理是一样的。

仿真分析得到的调制信号波形图如图3-6和图3-7。

图3-6四进制调制信号波形图

图3-6中除了有高低电平区分很明显之外，还可以看出相位的跳变，这是因为随机序列中电平由正跳变到负或者由负跳变到正的关系。

图3-7二进制信号的调制波形图

图3-7为二进制调制信号的波形图。

从图中可以看出正弦波相位的变化，这是由电平的正负跳变引起的。

与四进制调制波形相比，仅仅是少了高低电平的变化，因而此图中正弦波的幅值没有变化。

图3-8多进制信号加入高斯噪声后的波形图

这是多进制振幅调制信号加入高斯噪声后的波形，从图中可以看出波形杂乱无章，已经看不到基带信号和载波信号了。

图3-9二进制调制信号加入高斯噪声后的波形图

此图为二进制振幅调制信号加入高斯噪声后的波形。

同样，由于高斯噪声的加入，信号变得看似杂乱无章。

图3-10载波信号功率谱

上图为载波信号的功率谱，从图上可以看出，载波信号的能量非常集中，尽管这在实际中难以做到。

能量集中于1000Hz处，远远大于基带信号的频率，是符合要求的。

仿真中得到的还原后的波形与基带信号相对比得到图3-11和图3-12。

图3-11四进制基带信号与解调信号波形图

从图3-11中的对比可以看出，信号的幅度还原虽然还有误差，但已经可以识别出高低正负电平了。

由于高斯噪声的介入，使得信号在幅值上有波动，但这不影响信号的识别。

总体来说，还原信号还是可以满足要求的。

图3-12二进制基带信号与还原信号波形图

从上图的对比中可以看出，还原信号基本上还原出了高低电平，虽然由于高斯噪声的介入，引起幅值的波动，但这不影响最后信号的识别，从上图的效果来看，还原信号还是满足要求的。

在仿真中，基带信号和载波信号都是理想的，在实际中不可能做到仿真中的情形。

但是只要载波信号和基带信号没有大规模的能量削弱和偏差，就能实现基带信号的还原，尽管可能出现部分信号错乱。

要实现基带信号的正确提取，就要求载波信号的频率要远远大于基带信号。

此外滤波器的设计和使用要符合基带信号的频率要求，从某种意义上来讲，滤波器性能的好坏直接决定了基带信号的提取质量。

在通信过程中不可能百分之百的正确，因此我们要正确看待错码的问题。

由于环境的不同，噪声的强弱或多或少的会对信号有所影响，因此个别的错码是可以接收的。

事实上没有任何系统可以保证在传输的过程中完全不出错。

四、课程设计总结

次课程设计成功完成了对数字信号的2ASK及MASK调制，得到了两种调制方式产生的信号的波形图。

通过这个课程设计，让我对2ASK和MASK调制有了更深的了解，不但掌握了其调制原理，还对这两种调制方法的优缺点及各方面性能的差别也有了一定的认识。

刚拿到通信原理课程设计题目的时候，我觉得本次课程设计的难度很大，因为我看到题目涉及到的知识点较多，而且本次设计所使用的SystemView软件以前从未使用过，所以不知从何下手。

首先我将书本上的相关知识进行了了解，然后又查阅了一些相关的资料，从而确定了设计方案。

有了设计方案后，还要使用仿真软件进行仿真。

通过阅读老师给的软件帮助文件，逐渐了解软件的操作方法。

然后再按照书上给的例子，自己使用软件进行模仿，熟悉软件的操作方法及各模块的作用。

之后便使用仿真软件设计自己的通信系统。

本次课程设计期间进行仿真时遇到过一些困难，比如开始设计时找不到相应模块，参数设置不合理，还有定时设置太低等等。

整个系统只要有一处没设置好，正确的波形就出不来，通过不断的修改，最终还是很好的完成了本次课程设计的任务。

五、课程设计心得体会

课程设计的这一个星期，我感觉到要独立完成一个课程设计的题目是一件既有意义又具有挑战性的任务。

课程设计是一个学东西的良好时机，因为要独立完成一个通信模块的设计，仅仅使用书本上所学的知识是不够的，我们就必须主动地去学习相关知识并掌握相关软件的使用方法。

这提高了我们的自主学习能力以及动手实践的能力，让我受益匪浅。

在课程设计的过程中遇到种种困难，在老师和同学的热情帮助下，本设计取得了较好的成果。