通原课设 正文.docx
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通原课设正文
目录
1选题背景1
1.1摘要1
1.2引言1
2课程设计的目的1
3课程设计的内容及要求2
4相关知识2
4.1通信的概念2
4.2基本通信系统2
4.3数字频带传输系统2
5课程设计的原理3
5.1ASK调制原理3
5.2ASK解调原理5
6课程设计过程6
6.1simulink的工作环境熟悉6
6.2ASK调制解调电路分析与仿真7
7心得体会17
参考文献18
1选题背景
1.1摘要
现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。
作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。
从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。
二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。
本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。
通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。
关键词：
MATLAB；Simulink；2ASK；误码率；
1.2引言
通信的目的是远距离传递信息，虽然基带数字信号可以再传输距离不远的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，的调制方式，幅度键控、频移键控和相位键控，它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。
理论上数字调制和模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属于正弦波调制，但是数字调制时调制信号为数字型的正弦波调制，二模拟调制可是调制信号为连续性的正弦波调制，因而，数字调制具有有数字信号带来的一些特点。
本课程设计数字调制和解调系统的分析和仿真来深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。
在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。
使我对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识必须对数字信号经行载波调制，如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本。
2课程设计的目的
通过课程设计加深理解和巩固理论课上所学的有关2ASK调制与解调系统的基本概念、基本理论和基本方法，锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时培养我们进行独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加工作打下良好的基础。
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。
理解2ASK的调制和解调原理并用Simulink软件仿真其实现过程，用Simulink分析二进制振幅键控信号频谱的变化。
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。
会画出数字通信过程的基本框图，掌握数字通信的2ASK调制方式，学会运用MATLAB来进行通信系统的仿真；
学会2ASK传输系统的二级调制解调结构，测试2ASK传输信号加入噪声后的误码率，分析2ASK传输系统的抗噪声性能。
3课程设计的内容及要求
数字信号的载波调制传输系统设计与仿真分析
1.选择二进制数字调制系统（2ASK、2FSK、2PSK或2DPSK）之一进行仿真分析。
2．参考相应课程章节设计所选系统的调制和解调模块，构建系统框图。
3.熟悉原理并设计仿真模型中各个模块的参数。
4.抗噪声性能分析。
4相关知识
4.1通信的概念
中文名称：
通信系统
英文名称：
communicationsystem
定义：
至少包含发送和接收两大部分，用于可靠地传输和/或交换信息的系统。
所属学科：
通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）
通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。
现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。
4.2基本通信系统
一般由信源、信宿（收信者）、发端设备、收端设备和传输媒介等组成。
基本通信系统来自信源的消息（语言、文字、图像或数据）在发信端先由末端设备（如电话机、电传打字机、传真机或数据末端设备等）变换成电信号，然后经发端设备编码、调制、放大或发射后，把基带信号变换成适合在传输媒介中传输的形式；经传输媒介传输，在收信端经收端设备进行反变换恢复成消息提供给收信者。
这种点对点的通信大都是双向传输的。
因此，在通信对象所在的两端均备有发端和收端设备。
4.3数字频带传输系统
在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。
然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。
必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。
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DSPK）。
5课程设计的原理
5.1ASK调制原理
振幅键控是正弦载波的幅度随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为
其中:
二进制振幅键控信号时间波型如图4-1所示。
由图4-1可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK（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）。
二进制振幅键控信号的产生方法如图4-3、4-4所示，图4-3是采用模拟相乘的方法实现，图4-4是采用数字键控的方法实现。
由图4-1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），其相应原理方框图如图3-5、4-6所示。
2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图4-5所示。
图4-1二进制振幅键控信号时间波型
2ASK信号的功率谱密度
由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。
2ASK信号功率谱密度的特点如下：
（1）由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g（t）经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；
（2）已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。
2ASK信号功率谱密度推导：
已知
，设
的功率谱为
，s（t）的功率谱为
。
则
，
，
。
4-22ASK信号的功率谱密度示意图
在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：
（1）模拟相乘法：
通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图4-3所示。
在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。
（2）数字键控法：
用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图4-4所示。
图4-3模拟相乘法图4-4数字键控法
5.2ASK解调原理
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），相应的接收系统如图4-5、图4-6所示。
图4-5非相干解调方式
图4-6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。
如图4-7为2ASK信号非相干解调过程的时间波形。
图4-72ASK信号非相干解调过程的时间波形
6课程设计过程
6.1simulink的工作环境熟悉
建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图5-1
系统中所需的模块：
正弦波模块，示波器模块，乘法器；
图5-1正弦仿真电路图
正弦波参数设置如图5-2所示：
图5-2正弦参数设置
系统内的示波器显示的波形如图5-3所示。
图5-3单正弦波与平方波的对比
结论：
两正弦波叠加之后的周期是原周期的1/2,频度是原频度的2倍。
6.2ASK调制解调电路分析与仿真
（1）通过Simulink的工作模块建立2ASK二级调制系统，用频谱分析仪观察调制前后的频谱，用示波器观察调制信号前后的波形
二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图如图5-4
图5-4二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图
此系统所用仿真电路模块有:
伯努利二进制发生器模块，正弦波发生器模块，功率谱密度模块，高斯噪声发生器GaussianNoiseGenerator模块，模拟滤波器模块，误码率计算模块，采样量化编码模块，示波器模块。
伯努利二进制发生器模块用于发出源信号，示波器用于观察波形。
（2）系统所用模块的参数设置
伯努利二进制发生器模块ernoulliBinaryGenerator的参数设置为：
Probabilityofazero0概率设为0.5，initialseed设为61，Sampletime抽样时间为1S，Sampleperframe是输入信息码为1。
图5-5伯努利二进制发生器模块参数设置
PowerSpectralDensity的参数设置为：
Sampletime抽样时间为0.01s
图5-6PowerSpectralDensity的参数设置
正弦波SineWave的参数设置为：
频率设为60rad/sec。
图5-7正弦载波的参数设置
Product1模块的参数设置为：
输入端数量设为2
图5-8Product1模块的参数设置
GaussianNoiseGenerator模块的设置为：
Sampletime抽样时间为0.01s
图5-9GaussianNoiseGenerator模块的设置
Sum模块的参数设置为：
sampletime设为-1
图5-10Sum模块的参数设置
AnalogFilterDesign2模块的参数设置为：
图5-11AnalogFilterDesign2模块的参数设置
PowerSpectralDensity1模块的参数设置为：
Sampletime抽样时间为0.01s。
图5-12PowerSpectralDensity1模块的参数设置
Product模块的参数设置为：
输入端数量设为2
图5-13Product模块的参数设置
AnalogFilterDesign1模块的参数设置为：
图5-14AnalogFilterDesign1模块的参数设置
ErrorRateCalculation模块的参数设置为：
延时Receivedelay设为2。
图5-15ErrorRateCalculation模块的参数设置
SampledQuantizerEncode模块的参数设置为：
量化分割quantizationpartition设为[0.2]，量化码quantizationcodebook设为[01]。
图5-16SampledQuantizerEncode模块的参数设置
Display的参数设定为：
图5-17Display的参数设定
Scope1的参数设定为：
示波器的接口有6个，时间范围是自动调整
图5-18Scope1的参数设定
（3）系统运行示波器的显示为：
不加噪声示波器显示为如图5-19，由上到下波形所表示为：
1.发出源信号波形。
2.加入正弦波信号后的信号波形。
3.经过带通滤波器后的信号波形。
4.经过低通滤波器后的信号波形。
5.采样量化编码后的输出源信号波形。
图5-19不加噪声示波器的显示
不加噪声Display的显示为：
图5-20不加噪声Display的显示
加入高斯发生器GaussianNoiseGenerator模块，设置为：
Sampletime抽样时间为0.01s
图5-21GaussianNoiseGenerator模块设置
加入高斯噪声后，由上到下波形所表示为：
1.发出源信号。
2.加入正弦波信号后的信号波形。
3.加入高斯噪声后的波形。
4.经过带通滤波器后的信号波形。
5.经过低通滤波器后的信号波形。
6.采样量化编码后的输出源信号波形。
加入高斯噪声后Display的显示为：
图5-23加入高斯噪声后Display的显示
结论：
在编码器和解码器模块间加上高斯噪声模块模拟信号在信道中的传输有干涉，所以就有了误码率，并且随着错误率的增大误码率增大。
7心得体会
通信原理是电子信息工程通信方向最重要的课程之一，通过在课堂上对理论知识的学习，我们了解到现代通信的基本方式以及其原理。
然而，如何将理论在实践中得到验证和应用，是我的传输系统进行了一次仿真，有效的完善了学习过程中实践不足的问题，同时进一步巩固了原先的基础知识。
通过这次的课程设计，我们对信息和通信系统有了更进一步的认识，尤其是在系统设计方面，尽管是非常基础的2ASK调制与解调的传输，也是经过若干设备协同工作，才能保证信号有效传输，而小到仅仅是一个参数，都有可能导致整个系统无法正常运行。
另一方面，我们通过本次的课程设计，着实领教了MATLAB矩阵实验室强大的功能和实力，通过在SIMULI们学习当中的一个问题。
而通过本次课程设计，我们在强大的MATLAB平台上对数字信号NK环境下对系统进行模块化设计和仿真，使我们获得两方面具体经验，第一是MATLAB中的SIMULINK功能模块的使用方法，第二是图形化和结构化的系统设计方法。
这些经验虽并不高深，但是对于刚入门的初学者来说，对以后步入专业领域进行设计或研发无疑具有重大意义。
当然在整个仿真过程中也遇到很多现实的问题，比如各版本MATLAB软件并不完全兼容，许多复杂模块参数深奥难以正确设置，这些都是今后学习中需要进一步加强和完善的地方。
参考文献
【1】樊昌信，曹丽娜，通信原理.国防工业出版社，2009
【2】刘学勇.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真.北京：
电子工业出版社.2011.
【3】冯育涛、王兆祥等.通信系统仿真。
北京：
国防工业出版社.2009
【4】樊昌信等.通信原理.北京:
国防工业出版社.2010
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