周正华.docx
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周正华
安徽建筑工业学院
电子与信息工程学院
《综合课程设计》任务书
课程名称：
通信电子线路
题目：
2ASK数字频带传输系统设计
专业班级：
08通信工程
（1）班
学生姓名：
周正华
学号：
08205040108
指导教师：
冯俊高翠云夏义全邵慧
设计周数：
19-20周（2周）
目录
一、设计任务与要求和分工...................3
二、二进制振幅键控（2ASK）基本原理………….4
三、用protel99SE设计硬件电路和PCB………..9
四、Matlab程序实现及运行...................12
五、使用Simulink实现2ASK模型仿真...........15
六、使用SystemView实现2ASK模型仿真.........16
七、设计总结................................20
八、参考文献...............................21
（一）设计任务与要求
1.掌握2ASK解调原理及其实现方法，了解线性调制时信号的频谱变化；
2.认识和理解通信系统，掌握信号是如何经过发端处理被送入信道然后在接收端还原。
3.利用所学《通信原理》的基本知识以及相关学科的知识，来设计一2ASK数字调制器和解调器。
完成对2ASK的调制和解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。
（二）实验分工
本组由沈志鑫，计豪，何游，周正华四人组成。
本人主要完成protel的pcb版图设计，matlab程序的设计。
沈志鑫主要完成matlab程序的编程以及protel99se的电路图设计。
计豪主要完成matlab的仿真，systemview的设计。
何游主要完成protel的电路设计，matlabsimlink仿真。
（二）二进制振幅键控（2ASK）基本原理
（1）数字调制的概念
用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。
（2）数字调制的分类
在二进制时分为：
振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
其中，ASK属于线性调制，FSK、PSK属于非线性调制。
（3）数字调制系统的基本结构
（4）ASK调制波形与方框图：
2.二进制幅移键控（ASK）
（1）ASK信号的产生
图为ASK信号的产生原理
一个二进制的ASK信号可视为一个单极性脉冲序列与一个高频载波的乘积，即ASK的时域表达式为：
也可写成：
（2）ASK信号的功率谱特性
ASK信号的自相关函数为：
（3）ASK信号的功率谱密度为:
式中,ps（f）为基带信号S（t）的功率谱密度
当0、1等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为:
则2ASK信号的功率谱密度为:
ASK信号谱,形状为ps（f）,双边带加载频谱线pE（f）
ASK信号传输带宽
（取主瓣宽度）
带宽利用率
（4）ASK信号的解调方式
解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。
其中相干解调要求接收端提供相干载波。
非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根据已调信号本身的特点来解调
2ASK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），相应的接收系统如图4、图5所示。
非相干解调方式
相干解调方式
抽样判决器的作用是：
信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。
假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。
当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。
非相干解调过程的时间波形
ＡＳＫ硬件电路设计
1.滤波电路环节设计
本设计采用一阶滤波电路，由于采用了脉冲周期：
PER=10us（f=1/10us=100kHz）的高频方波载波信号，故此处所用滤波器的时间常数
=1/f=10us
，因此先选定电阻R1=5k,与之对应选择电容C1=0.002uF,即可满足此时间常数要求。
2.比较电路环节设计
其中LM324与R2、R3构成一个反向器，LM324工作的正端电压设置为5Vdc。
其电路如下图所示
5.电压判决电路环节设计
该处电压抽样判决器中负端工作电压由V6处的5Vdc经R4、R5构成的电压取样电路取得1Vdc与LM３３９的正端输入电压信号比较，当输入信号大于1Vdc时，LM３３９输出为高电平，否则为低电平。
从而将原低频调制信号解调还原出来。
电路如下图所示
ASK调制解调仿真电路PCB图
ASK调制解调仿真电路综合设计
Matlab程序实现
clc;
clearall;
closeall;
%信源
a=randint（1,15,2）;
t=0:
0.001:
0.999;
m=a（ceil（15*t+0.01））;
subplot（511）
plot（t,m）;
axis（[01.2-0.21.2]）;
title（'信源'）;
%载波
f=150;
carry=cos（2*pi*f*t）;
%2ASK调制
st=m.*carry;
subplot（512）;
plot（t,st）
axis（[01.2-1.21.2]）
title（'2ASK信号'）
%加高斯噪声
nst=awgn（st,70）;
%解调部分
nst=nst.*carry;
subplot（513）
plot（t,nst）
axis（[01.2-0.21.2]）;
title（'乘以相干载波后的信号'）
%低通滤波器设计
wp=2*pi*2*f*0.5;
ws=2*pi*2*f*0.9;
Rp=2;
As=45;
[N,wc]=buttord（wp,ws,Rp,As,'s'）;
[B,A]=butter（N,wc,'s'）;
%低通滤波
h=tf（B,A）;%转换为传输函数
dst=lsim（h,nst,t）;
subplot（514）
plot（t,dst）
axis（[01.2-0.21.2]）;
title（'经过低通滤波器后的信号'）;
%判决器
k=0.25;
pdst=1*（dst>0.25）;
subplot（515）
plot（t,pdst）
axis（[01.2-0.21.2]）;
title（'经过抽样判决后的信号'）
%频谱观察
%调制信号频谱
T=t（end）;
df=1/T;
N=length（st）;
f=（-N/2:
N/2-1）*df;
sf=fftshift（abs（fft（st）））;
figure
（2）
subplot（411）
plot（f,sf）
title（'调制信号频谱'）
%信源频谱
mf=fftshift（abs（fft（m）））;
subplot（412）
plot（f,mf）
title（'信源频谱'）
%乘以相干载波后的频谱
mmf=fftshift（abs（fft（nst）））;
subplot（413）
plot（f,mmf）
title（'乘以相干载波后的频谱'）
%经过低通滤波后的频谱
dmf=fftshift（abs（fft（dst）））;
subplot（414）
plot（f,dmf）
title（'经过低通滤波后的频谱'）;
建立模型描述
使用Simulink实现2ASK模型仿真
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，丰富的可扩充的预定义模块库。
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。
在此次设计中，使用Simulink实现模拟调制法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声。
原理图如图所示。
Simulink仿真原理图
使用SystemView实现2ASK模型仿真
SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块（Token）去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。
利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。
用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。
在此次设计中，使用SystemView实现两种调制方法和两种解调方法（相干解调和非相干解调），同时在信道传输中加入高斯噪声。
在结果分析中，对使用模拟相乘法调制的信号所进行的两种不同解调方式的误码率，眼图，功率谱密度做了比较。
原理图如图所示。
调制模块
模拟调制法在SystemView上使用的元件如图10所示。
各元器件编号，图符，名称，功能及参数如表1所示。
通过参数可以发现，1000HZ的基带信号由2000HZ的载波进行调制。
模拟调制法中，直接将载波与基带信号相乘，这里载波输出为COS波形。
SystemView调制模块
表1SystemView调制模块元件参数表
编号
图符
名称
功能
参数
26
伪随机序列
（PNSeq）
产生一个按设定速率、由不同电平幅度脉冲组成的伪随机序列（PN）信号
Amp=0.5，Off=0.5，Rate=1000，NO=2
0
余弦波
（Sinusoid）
产生一个余弦波：
y（t）=Acos（2*pi*f*t）
Amp=1，Fre=2000Hz
续表1SystemView调制模块元件参数表
编号
图符
名称
功能
参数
30
乘法器
6,29
系统观察
SystemView
SystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形
信道模块
在信道中加入高斯噪声，如图11所示。
其中编号7为加法器，编号8为高斯噪声，参数为Con=Std，Std=0.3V，sink20为高斯白噪声波形。
信道模块
解调模块
解调使用了相干解调和非相干解调两种方式，如图12所示。
相干解调经过带通—相乘—低通—抽样判决后输出。
非相干解调经过带通—全波整流—低通—抽样判决后输出。
SystemView解调模块
各元件具体情况见表2。
表2SystemView解调元件参数表
编号
图符
名称
功能
参数
10
带通滤波器
BP=3,LOW=1000,HI=3000
1
正弦波
（Sinusoid）
提供同步载波
Amp=1，Fre=2000
23
乘法器
22
缓冲器
Buffer
判决
Gate=0，Threshold=0.3V，True=1，False=0
12，24
低通滤波器
BP=3,LOW=3000
18，25
采样器
Sample
按设定的采样率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合
Sam=6000
20，27
分析
Analysis
SystemView的基本信号接收器。
该接收器平时无显示，必须进入系统分析窗口才能观察和分析输出结果。
32，34
系统观察
SystemView
SystemView的标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形
设计总结
这次我们要在学校考试周内完成一个课程设计，边复习微波边做课程设计压力是很大的。
但是俗话说得好，有压力就有动力。
但在查阅大量资料和通过小组协作以及同学之间的讨论，最终完成了通信电路课程设计。
就2ASK设计而言，我们这组成功实现了使用Matlab编程和仿真，protel99se的设计，以及学习用SystemView仿真，也可以说有些小小的成就感。
这次课程设计，给我影响最深的就是再次感受到了Matlab的强大功能和广泛应用。
通信原理等课程的应用都可以借助于Matlab来实现，在大二的课程设计中我们曾经利用matlaB做了高频放大器和语音信号滤波器。
我感觉这次的难点是protel的仿真上。
在原有计算的数据的基础上进行仿真。
发现失真非常严重。
这说明现实和理论还是有很大差距的。
然后进行数据的调整。
调整许多次最终才得到相对满意的结果。
总的来说，经过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。
参考文献
[1]曹志刚，钱亚生编著，现代通信原理，清华大学出版社，1992。
[2]罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社，1999。
[3]樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯.通信原理（第五版）[M].北京:
国防工业出版社,2002。
[4]付家才.电子实验与实践[M].北京:
高等教育出版社,2004,7-11
[5]林理明.数字通信技术[M].北京:
高等教育出版社,2006,66-68.
[6]潘松，EDA技术实用教程（第二版），科学出版社
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