ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真MATLAB課程設(shè)計(jì)

1、ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 MATLAB課程設(shè)計(jì)XX 學(xué)院電子信息系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)級(jí)電子通信工程專業(yè)班級(jí)題目2ASK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二o年月日內(nèi)容摘要數(shù)字信號(hào)有兩種傳輸方式，分別是基帶傳輸方式和調(diào)制傳輸方式，即帶通，在實(shí)際應(yīng) 用中，因基帶信號(hào)含有大量低頻分量不利于傳送，所以必須經(jīng)過(guò)載波和調(diào)制形成帶通信號(hào)， 通過(guò)數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波某些參量進(jìn)行控制，使之隨機(jī)帶信號(hào)的變化而變化，這這一過(guò)程 即為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制為信號(hào)長(zhǎng)距離高效傳輸提供保障，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)中。另外根據(jù)控制載波參量方式的不同，數(shù)字調(diào)制主要有調(diào)幅(ASK，調(diào)頻(FSK)，調(diào)相(PSK)三種基本形式。本

2、次課題針對(duì)于二進(jìn)制的 2ASK進(jìn)行討論，應(yīng)用 MATLAB巨陣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真，分析和修改，通過(guò)仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，以利于仿真系統(tǒng)的操作。通 過(guò)對(duì)系統(tǒng)的仿真，更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響其性能的各種因素，以便于 比較，評(píng)論和改進(jìn)。關(guān)鍵詞調(diào)制； 2ASK； Matlab ；仿真；分析MATLAB 軟件簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析 以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB SIMULINK兩大部分Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的

3、集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可 構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效 率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理 的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink 。Simulink是MATLAB的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB勺框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件 包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散

4、采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持 多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了 的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。理論分析2.1二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK調(diào)制與解調(diào)原理2ASK 是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。其信號(hào) 表達(dá)式為：，S(t) 為單極性數(shù)字基帶信號(hào)。2.1.12ASK 幅移鍵控幅移鍵控(ASK相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅，只不過(guò)與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)數(shù)碼而 已。

5、幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過(guò)載波的幅度來(lái) 傳遞的。由于調(diào)制信號(hào)只有 0或 1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷，或者接 通，它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào) 1 時(shí)，傳輸載波；當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為 0 時(shí)，不 傳輸載波。圖 2.1.1信號(hào)調(diào)制波形由圖可以看出2ASK信號(hào)的時(shí)間波形e2ASK(t)隨二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號(hào)2.1.22ASK 信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法。(1) 模擬調(diào)制法使用乘法器實(shí)現(xiàn)S(t)乘法器濾波器圖 2.1.2(1)模擬調(diào)制流程圖(2) 鍵控法使用開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)1K0圖 2.1.2(2)

6、鍵控法流程圖因此，也稱00K言號(hào)開(kāi)關(guān)K的動(dòng)作由S(t)決定，當(dāng)2.1.32ASK 的解調(diào)方法2ASK 有兩種基本解調(diào)方法：相干解調(diào)法(同步檢測(cè)法)和非相干解調(diào)法(包絡(luò)檢波 法)。相干解調(diào)需要將載頻位置的已調(diào)信號(hào)頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與 載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確保無(wú)失真還原信號(hào)，必須在接收端提供一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的 本地載波，這是整個(gè)解調(diào)過(guò)程能否順利完好進(jìn)行的關(guān)鍵。(1) 相干解調(diào)抽樣判決器帶通濾波器相乘器低通濾波器輸出圖 2.1.3(1)相干解調(diào)流程圖(2) 非相干解調(diào)抽樣判決器低通濾波器帶通濾波器全波整流器 abcd輸出圖 2.1.3(2)非相干解調(diào)流程圖圖 2.1.3(3)

7、2ASK 信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形2.1.4 理論總結(jié)振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而頻率和初始相位保持不變。 在2ASK中:S2ASk=m(t)*cos(2*pi*f*t)其中 m(t) 為數(shù)字信號(hào)，后者為載波。 載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)控制下通斷變化，所以又叫通- 斷鍵控( OOK)。(2)2ASK 的產(chǎn)生方法有兩種：模擬調(diào)制和鍵控法而解調(diào)也有兩中基本方式：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t)=0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t)乘以相干載波后，只要濾去高頻部分就可以了2.1.5 本次仿真使用相

8、干解調(diào)方式2ask 信號(hào)帶通濾波器載波相乘低通濾波器抽樣判決輸出三、數(shù)字調(diào)制技術(shù)的MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)Matlab 程序?qū)崿F(xiàn)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 );% 載波f=150;carry=cos(2*pi*f*t); %2ASK 調(diào)制 st=m.*carry; subplot(512);plot(t,st)axis(01.2-1.21.2 )title(2A

9、SK信號(hào) )% 加高斯噪聲 nst=awgn(st,70);% 解調(diào)部分nst=nst.*carry;subplot(513)plot(t,nst)axis(01.2-0.21.2 );title( 乘以相干載波后的信號(hào) )% 低通濾波器設(shè)計(jì)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);% 低通濾波h=tf(B,A);% 轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù)dst=lsim(h,nst,t);subplot(514)plot(t,dst)axis(01.2-0.21.2 );tit

10、le(經(jīng)過(guò)低通濾波器后的信號(hào) );% 判決器k=0.25; pdst=1*(dst0.25);subplot(515) plot(t,pdst) axis(01.2-0.21.2 );title( 經(jīng)過(guò)抽樣判決后的信號(hào) ) % 頻譜觀察% 調(diào)制信號(hào)頻譜 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( 調(diào)制信號(hào)頻譜 )% 信源頻譜 mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(412)plot(f,mf

11、)title( 信源頻譜 )%乘以相干載波后的頻譜mmf=fftshift(abs(fft(nst);subplot(413)plot(f,mmf)title( 乘以相干載波后的頻譜 )% 經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(414)plot(f,dmf)title( 經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜 );四、2ASK 的仿真結(jié)果與分析(1) 仿真結(jié)果圖 4.1相干解調(diào)的時(shí)域仿真波形圖 4.2相干解調(diào)的仿真波形(2)仿真結(jié)果分析由仿真結(jié)果可以看出 : 根據(jù)時(shí)域：2ASK信號(hào)的包絡(luò)就是信源，乘以相干波以后信號(hào)頻率變大，通過(guò)低通濾 波器后基本恢復(fù)信源的波形，

12、但是幅度上有毛刺是因?yàn)橛性肼暤拇嬖?，最后?jīng)過(guò)抽樣與判 決有完全恢復(fù)出除了信源的波形。 根據(jù)頻域 : 信源乘以載波后頻譜發(fā)生了搬移并且移到了載頻處，又乘以相干波以后 頻譜搬移到了更高頻率處，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾去高頻后又恢復(fù)出了信源的頻譜。由以上分析可知理論分析與仿真結(jié)果結(jié)果完全符合五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)受益匪淺，感觸良多。首先是進(jìn)一步加深了對(duì)于通信原理，信號(hào) 與系統(tǒng)， matlab 程序設(shè)計(jì)等課程的理解和認(rèn)知，也形象地把書(shū)本上的知識(shí)聯(lián)系到了實(shí)際的 應(yīng)用和生產(chǎn)，隨著比較及理解了 2ASK的各種性能及優(yōu)缺點(diǎn)，提高了自己分析和解決問(wèn)題 的能力，拓寬了自己的思路，掌握了各種全面以及辯證的看待問(wèn)題的眼光，也逐步認(rèn)識(shí)到 自己的不足并加以克服和改正，從而得出正確結(jié)論。更以后的課題研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)【1】通信原理 （第 6 版）. 樊昌信.國(guó)防工業(yè)出版社 【2】數(shù)字通信原理 .黎洪松. 西安電子系科技大學(xué)出版社【3】MATLAB程序設(shè)計(jì)教程.劉衛(wèi)國(guó).中國(guó)水利水電出版社【 4