基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)

1、長沙理工大學通信原理課程設計報告學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 課程成績 完成日期 2016年1月8日 課程設計成績評定學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 課程成績 完成日期 2016年1月8日 指導教師對學生在課程設計中的評價評分項目優(yōu)良中及格不及格課程設計中的創(chuàng)造性成果學生掌握課程內(nèi)容的程度課程設計完成情況課程設計動手能力文字表達學習態(tài)度規(guī)范要求課程設計論文的質(zhì)量指導教師對課程設計的評定意見綜合成績 指導教師簽字 2016年1月8日課程設計任務書城南學院 通信工程專業(yè) 課程名稱通信原理課程設計時間2015/2016學年第一學期1719周學生姓名指導老師題

2、 目基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)主要內(nèi)容：利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，要求采樣頻率為360HZ，并繪制出解調(diào)前后的時域和頻域波形及疊加噪聲時解調(diào)前后的時頻波形，根據(jù)運行結果和波形來分析該解調(diào)過程的正確性及信道對信號傳輸?shù)挠绊憽Ｒ螅?）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理的基礎上，編寫出ASK調(diào)制解調(diào)程序。2）繪制出ASK信號解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，并觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以加深對ASK信號解調(diào)原理的理解。3）對信號疊加噪聲，并進行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號的時頻波形，改變噪聲功率進行解調(diào)，分析噪聲對信號傳輸造成的

3、影響。 4）在老師的指導下，要求獨立完成課程設計的全部內(nèi)容，并按要求編寫課程設計學年論文，能正確闡述和分析設計和實驗結果。應當提交的文件：（1）課程設計學年論文。（2）課程設計附件?；贛ATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實現(xiàn) 學生姓名： 指導老師：摘 要 MATLAB是美國MathWorks公司生產(chǎn)的一個為科學和工程計算專門設計的交互式大型軟件，本課程設計主要內(nèi)容是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，要求采樣頻率為360HZ，并繪制出解調(diào)前后的時域和頻域波形及疊加噪聲時解調(diào)前后的時頻波形，根據(jù)運行結果和波形來分析該解調(diào)過程的正確性及信道對信號傳輸?shù)挠绊?。目的是熟悉MA

4、TLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理的基礎上，編寫出2ASK調(diào)制解調(diào)程序，繪制出ASK信號解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以及對信號疊加噪聲后的變化。最終得到隨著輸入信號噪聲的增加增大，誤碼越嚴重的結論，加深對ASK信號解調(diào)原理的理解。關鍵詞 ASK調(diào)制解調(diào)；時域譜；頻域譜；高斯白噪聲；信噪比1 引 言通信原理是通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，是通信工程專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的基礎，掌握通信原理課程的知識不僅可以打下一個堅實的專業(yè)基礎，還能提高處理通信系統(tǒng)問題能力和素質(zhì)。通過本課程設計的ASK振幅鍵控調(diào)制解調(diào)，可以進一步理解數(shù)字通信的基礎理論，有助于加深對通信原

5、理的理解。1.1課程設計目的通過設計基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)，讓我深入理解和掌握二進制ASK調(diào)制解調(diào)以及噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?。在通信原理理論知識的基礎上加深對ASK調(diào)制解調(diào)設計原理及實現(xiàn)方法的理解。使我對通信信號波形及頻譜有深刻的認識。不僅加強了對課本知識的了解，而且還涉及到了MATLAB編程語言和軟件的使用，以及基本的操作常識2。掌握調(diào)制解調(diào)函數(shù)的應用，增強了我動手實踐的能力。1.2課程設計要求根據(jù)所給的題目，查閱有關資料，掌握數(shù)字帶通調(diào)制技術以及通信原理。學會MATLAB中M文件的編寫方法，能應用MATLAB軟件中調(diào)制解調(diào)函數(shù)，掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理，根據(jù)原理編寫出ASK調(diào)制

6、解調(diào)程序。繪制出ASK信號解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，觀察解調(diào)前后頻譜的變化理解ASK信號解調(diào)原理。對二進制基帶信號疊加噪聲后解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號的時頻波形，然后改變噪聲功率進行解調(diào)，記錄并分析分析噪聲對信號傳輸造成的影響。 根據(jù)要求獨立完成課程設計學年論文，能正確闡述和分析設計結果并得出結論。1.3課程設計步驟產(chǎn)生數(shù)字基帶信號并繪制時域譜和頻域譜；設置載波頻率并繪制其時域譜和頻域譜；對信號進行數(shù)字調(diào)制并繪制時域譜和頻域譜；對已調(diào)信號進行解調(diào)并繪制時域譜和頻域譜； 對已調(diào)信號加入高斯小噪聲并繪制時域譜和頻域譜；對加小噪聲信號進行解調(diào)并繪制時域譜和頻域譜；對已調(diào)信號加入高斯大噪聲并繪制時域

7、譜和頻域譜；對加大噪聲信號進行解調(diào)并繪制時域譜和頻域譜；比較當信噪比不同時，誤碼率大小。2 ASK調(diào)制解調(diào)原理2.1 ASK調(diào)制原理ASK指的是振幅鍵控方式。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。幅度鍵控可以通過乘法器和開關電路來實現(xiàn)。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。對于二進制幅度鍵控信號的頻帶寬度為二進制基帶信號寬度的兩倍。幅移鍵控法(ASK)的載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的，其最簡單的形式是，載波在二進制調(diào)制

8、信號控制下通斷， 此時又可稱作開關鍵控法(OOK)。二進制幅度鍵控記作2ASK。2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。2ASK信號可表示為式中，為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列其中，g(t)是持續(xù)時間、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)；為二進制數(shù)字 2ASK/OOK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制（相乘器法）和鍵控法。本模擬幅度調(diào)制的方法用乘法器實現(xiàn)。相應的調(diào)制如圖2-1和圖2-2：乘法器圖2-1模擬相乘法圖2-2鍵控/開關法2.2 ASK解調(diào)原理2ASK/OO

9、K信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）。本課程設計要求的是相干解調(diào)，如圖2-3：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出圖2-3相干解調(diào)3 仿真實現(xiàn)過程3.1 ASK信號的產(chǎn)生圖3-1二進制基帶信號時域譜和頻域譜先將源程序創(chuàng)建M文件，自定義路徑；編寫語句x=ceil(rand(1,)-0.5) 生成一段隨機的二進制基帶信號，其中rand產(chǎn)生隨機矩陣，ceil為取整函數(shù)；再編寫語句FFT1=fft(x,128); FFT1=abs(FFT1)對隨機序列進行傅里葉變換并取絕對值。其時域譜和頻域譜如圖3-1。3.2載波信號波形圖3-2載波信號時域譜和頻域

10、譜在調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中，載波信號的頻率一般要大于信號源的頻率。信號源頻率為12 Hz，所以將載波頻率設置為36 Hz，編寫正弦函數(shù)carry=cos(2*pi*Fc*t)并進行頻域轉換FFT2=fft(carry,256); FFT2=abs(FFT2)。其時域譜和頻域譜如圖3-2。3.3 ASK調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,ask,2)進行2ASK調(diào)制，其中x為輸入信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)d為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率，F(xiàn)s/Fd必須是一個正整數(shù)。再進行頻域轉換FFT3=fft(y,256); FFT3=abs(FFT3)，其時域譜和頻域譜如圖3-3：圖3-3已

11、調(diào)信號時域譜和頻域譜圖3-4解調(diào)信號解調(diào)時域譜和頻域譜編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,ask,2)進行2ASK解調(diào)，其中x為輸入信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)d為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率。再進行頻域轉換FFT4=fft(z,64); FFT4=abs(FFT4)，由于調(diào)制到解調(diào)的信道中沒有加入噪聲，所以調(diào)制前信號（即原始信號）與調(diào)制后信號相同，其時域譜和頻域譜如圖3-4。3.4疊加噪聲的ASK調(diào)制解調(diào)圖3-5疊加小噪聲調(diào)制信號時域譜和頻域譜圖3-6疊加大噪聲調(diào)制信號時域譜和頻域譜由于信道中的噪聲是疊加在信號上的，噪聲始終是存在的，通常稱它為加性噪聲或加性干擾。對已調(diào)信號y分

12、別疊加高斯小噪聲（信噪比為6）和大噪聲（信噪比為-2）則編寫Ynt1=awgn(y,6);Ynt2=awgn(y,-2)并進行頻域轉換，其時域譜和頻域譜分別如圖3-5和圖3-6。圖3-7疊加小噪聲解調(diào)信號時域譜和頻域譜圖3-8疊加大噪聲解調(diào)信號時域譜和頻域譜對小噪聲Ynt1和大噪聲信號Ynt2分別解調(diào)，編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)z1=ddemod(Ynt1,Fc,Fd,Fs,ask,2);z2=ddemod(Ynt2,Fc,Fd,Fs,ask,2);并進行頻域轉換，其時域譜和頻域譜如分別如圖3-7和圖3-8。3.5誤差分析圖3-9疊加疊加小噪聲大噪聲的誤差數(shù)和誤差率圖3-10誤差數(shù)和誤差率誤碼率是衡

13、量一個數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標。在信道高斯白噪聲的干擾下，二進制2ASK數(shù)字調(diào)制誤碼率取決于解調(diào)器輸入信噪比，編寫誤碼率函數(shù)br,Pe1=symerr(x,z1);br,Pe2=symerr(x,z2)，其中br為符號誤差數(shù)，Pe1為符號誤差率。繪制如圖3-9。調(diào)用函數(shù)semilogy(SNR,Pe);繪制信噪比與誤碼率的關系曲線如圖3-10，由此可得出：與無噪聲時（誤碼率為零）相比較，當信噪比較大時，噪聲小誤碼率低；反之，信噪比較小時噪聲大誤碼率高。4 遇到的問題及解決辦法在本次課程設計運用了MATLAB集成環(huán)境下的M文件實現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，在編寫過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探

14、索和老師同學的幫助才得以解決，總結如下：產(chǎn)生二進制隨機序列時沒有只有0和1的情況并且顯示的是三角波。解答辦法：采用ceil取整函數(shù)，可以0和1的序列，并用stairs方波畫圖函數(shù)使方波顯示出來。序列是0時的調(diào)制波形反向，而不是振幅為零。解決辦法：在調(diào)制后的函數(shù)基礎上編寫循環(huán)判斷語句，把一個序列周期作為一次循環(huán)，序列為0時調(diào)制函數(shù)賦值為零，使反向波形消失。繪制信噪比與誤碼率的關系曲線時錯誤。解決辦法：把調(diào)用數(shù)字調(diào)制函數(shù)dmod用于加入噪聲，即Ynt3=awgn(y,SNR(i)，而調(diào)制后的函數(shù)基礎上編寫循環(huán)判斷語句只用來顯示已調(diào)波形。5 結束語課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析

15、和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。本次課程設計中讓我對信號的ASK的調(diào)制解調(diào)過程有了很深刻的理解，掌握了ASK的設計的設計思路和設計流程，它可以我使我更容易理解通信原理，提高了對通信系統(tǒng)的分析能力和解決能力，能有機會對通信的原理進行模擬仿真，對于我們專業(yè)的人來說尤為重要。經(jīng)過三周時間的基于Matlab的ASK調(diào)制解調(diào)課程設計，我最大的收獲是基本的掌握了的Matlab中函數(shù)的使用，在此期間我利用了通信原理和MATLAB的相關書籍，及其網(wǎng)絡資源，在老師和同學的幫助下才得以完成任務，讓我意識到數(shù)字信號處理的重要性。同時，在這次課程設計中，我也遇到了許多

16、的困難，從及時發(fā)現(xiàn)到解決問題，不斷地改進自己的方法，以實際操作為基礎，以理論為準則，不斷完善，不斷創(chuàng)新，提高效率，可以為我以后從事通信類職業(yè)提供寶貴的經(jīng)驗；我才能設計其他不同的課題，才能達到舉一反三的地步，以增強我的實踐動手能力，讓我受益匪淺。該設計雖然如期完成，其功能基本上可以滿足處理的需要。由于我的能力有限，如果有不盡人意的地方，需要將來再做進一步的改善。參考文獻1 樊昌信，曹麗娜. 通信原理. 北京：國防工業(yè)出版社，2012.2黃文梅，熊桂林，楊勇. 信號分析與處理MATLAB語言及應用. 長沙：國防科技大學出版社，2000.3 唐向宏岳恒立，鄭雪峰. MATLAB及在電子信息類課程中的

17、應用. 北京：電子工業(yè)出版社，2006，8.4 鄧華. MATLAB通信仿真及應用實例詳解. 人民郵電出版社，2003.=附錄：ASK調(diào)制解調(diào)程序清單%程序名稱：ASK.m %程序功能：ASK解調(diào)解調(diào)%程序作者：莊維%最后修改時間：2016-1-8程序代碼clc; %清除命令工作窗里的內(nèi)容clear;%清除內(nèi)存空間變量%產(chǎn)生二進制隨機序列x=ceil(rand(1,)-0.5)%產(chǎn)生二進制隨機序列并取大于x 的最小整數(shù)figure(1)%窗口1，包含時域譜和頻域譜subplot(2,1,1)%分塊圖函數(shù)subplot，圖形窗口分成2塊子窗口的第1個圖像stairs(x);%第2個圖像xlabe

18、l(時間 t);%x軸標注ylabel(序列值);%y軸標注title(二進制隨機序列);%添加圖像標題axis(1 21 -1 2)%控制坐標軸的范圍grid on%圖像中添加柵格%對隨機序列進行頻譜分析FFT1=fft(x,128); %對隨機序列進行傅里葉變換FFT1=abs(FFT1);%對傅里葉變換取絕對值figure(1)subplot(2,1,2)%第2個圖像plot(FFT1);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT1);title(隨機序列頻譜);axis(0 128 0 50)grid on%載波信號t=1/360:1/360:20; %載波時間范圍Fc=36

19、;%載波頻率carry=cos(2*pi*Fc*t); %正弦載波信號figure(2)%窗口2，包含時域譜和頻域譜subplot(2,1,1)plot(carry);xlabel(時間 t);ylabel(幅度 carry);title(載波信號); axis(1 600 -2 2)grid on%對載波信號進行頻譜分析FFT2=fft(carry,256); %對載波信號進行傅里葉變換FFT2=abs(FFT2);%對傅里葉變換取絕對值figure(2)subplot(2,1,2)plot(FFT2);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT2);title(載波信號頻譜);

20、axis(0 256 0 100)grid on%ASK的調(diào)制Fd=12;%Fd為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率Fs=360;y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,ask,2);%調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod進行2ASK調(diào)制for i=1:20 if x(i)=0 yy(30*(i-1)+1:30*i)=0; else yy(30*(i-1)+1:30*i)=y(30*(i-1)+1:30*i); end end%對20個隨機碼元進行判別，若碼元為0則該碼元周期內(nèi)調(diào)制信號為零figure(3)subplot(2,1,1)plot(yy);xlabel(時間 t);ylabel(幅度 y);title(已

21、調(diào)信號);axis(1 600 -2 2)grid on%對已調(diào)信號進行頻譜分析FFT3=fft(y,256); %對已調(diào)信號進行傅里葉變換FFT3=abs(FFT3);%對傅里葉變換取絕對值figure(3)subplot(2,1,2)plot(FFT3);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT3);title(已調(diào)信號頻譜); axis(0 256 0 50)grid on%ASK的解調(diào)z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,ask,2); %調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod進行2ASK解調(diào)figure(4)%對傅里葉變換取絕對值subplot(2,1,1)stairs(z);x

22、label(時間 t);ylabel(幅度 z);title(解調(diào)信號);axis(1 21 -1 2)grid on%對解調(diào)信號進行頻譜分析FFT4=fft(z,64); %對解調(diào)信號進行傅里葉變換FFT4=abs(FFT4);%對傅里葉變換取絕對值figure(4)subplot(2,1,2)plot(FFT4);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT4);title(解調(diào)信號頻譜); axis(0 64 0 50)grid on%加入高斯小噪聲,SNR為6Ynt1=awgn(y,6);%加入高斯小噪聲，信噪比為6figure(5)subplot(2,1,1) plot(Yn

23、t1);xlabel(時間 t);ylabel(幅度 Ynt1);title(加小噪聲信號);axis(1 600 -2 2)grid on%對加小噪聲信號進行頻譜分析FFT5=fft(Ynt1,256); %對加入小噪聲的調(diào)制信號進行傅里葉變換FFT5=abs(FFT5);%對傅里葉變換取絕對值figure(5)subplot(2,1,2) plot(FFT5);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT5);title(加小噪聲信號頻譜) axis(0 256 0 50)grid on%ASK加小噪聲信號的解調(diào)及誤碼率z1=ddemod(Ynt1,Fc,Fd,Fs,ask,2);

24、 %調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod對加小噪聲信號進行解調(diào)br,Pe1=symerr(x,z1)%對解調(diào)后加小噪聲信號誤碼分析，br為符號誤差數(shù)，Pe1為符號誤差率figure(6)subplot(2,1,1)stairs(z1);xlabel(時間 t);ylabel(幅度 z1);title(加小噪聲解調(diào)信號);axis(1 21 -1 2)grid on%對加小噪聲解調(diào)信號進行頻譜分析FFT6=fft(z1,64); %對加入小噪聲的解調(diào)信號進行傅里葉變換FFT6=abs(FFT6);%對傅里葉變換取絕對值figure(6)subplot(2,1,2)plot(FFT6);xlabel(頻率 f);ylabel(幅度 FFT6);title(加小噪聲解調(diào)信號頻譜); axis(0 64 0 50)grid on%加入高斯大噪聲,SNR為-2Ynt2=awgn(y,3);%加入高斯大噪聲，信噪比為-2figure(7)subplot(2,1,1) plot(Ynt2);xlabel(時間 t);ylabel(幅度 Ynt2);title(加大噪聲信號);axis(1 600 -2 2)grid on%對加大噪聲信號進行頻譜分析FFT7=fft(Ynt2,256); %對加入大噪聲的調(diào)制信號進行傅里葉變換FFT7=abs(FFT7);%對傅里葉變換取絕對值figure(7