二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)——ASK

1、 目 錄1技術(shù)要求12基本原理12.1 2ASK定義12.2 2ASK的調(diào)制22.3 2ASK的解調(diào)32.4 2ASK功率譜密度32.5 眼圖43 建立模型描述53.1 SystemView方案53.2 Simulink方案64 功能模塊分析或源程序代碼74.1 SystemView功能模塊分析74.2 Simulink功能模塊分析105 調(diào)試過程及結(jié)論115.1 SystemView調(diào)試過程及結(jié)論115.2 Simulink調(diào)試過程及結(jié)論156 心得體會(huì)177 參考文獻(xiàn)18二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)2ASK系統(tǒng)1技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：（1）設(shè)計(jì)出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2、；（2）根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）； （3）用Matlab或SystemView 實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；（4）觀察仿真并進(jìn)行波形分析； （5）系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。2基本原理2.1 2ASK定義振幅鍵控是正弦載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制，當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控.。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，且相互獨(dú)立。該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示S(t)=其中：Ts是二進(jìn)制基帶信號(hào)時(shí)間間隔，g(t)是持續(xù)時(shí)間為Ts的矩形脈沖： 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為：二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖

3、2-1所示，可以看出2ASK信號(hào)的時(shí)間波形S2ASK(t)隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK信號(hào))。圖2-1 2ASK信號(hào)時(shí)域波形2.2 2ASK的調(diào)制二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種。第一種，2ASK信號(hào)可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)其調(diào)制，成為“乘積法”。第二種，2ASK信號(hào)的特征是對(duì)載波的“通斷鍵控”，用一個(gè)模擬開關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進(jìn)制序列S(t)控制門的通斷：S(t)=1時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，S(t)=0時(shí)開關(guān)截止，這種調(diào)制方法成為“通斷鍵控法”。2ASK“乘積法”調(diào)制的原理框圖如圖2-2所示， “通斷鍵控法”調(diào)制的原理框圖如圖

4、2-3所示。 圖2-2 2ASK調(diào)制乘積法圖2-3 2ASK調(diào)制通斷鍵控法2.3 2ASK的解調(diào)由圖2-1可以看出2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類似，所以對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)。2ASK非相干解調(diào)原理框圖與相干解調(diào)原理框圖分別如下圖2-4、圖2-5所示：圖2-4 2ASK信號(hào)非相干解調(diào)原理框圖圖2-5 2ASK信號(hào)相干解調(diào)原理框圖2.4 2ASK功率譜密度由于二進(jìn)制序列一般為隨機(jī)序列，其頻域分析的對(duì)象應(yīng)為信號(hào)功率譜密度。設(shè)為歸一化矩形脈沖，若的傅氏變換為，則為二進(jìn)制隨機(jī)單極性矩形脈沖序列，且任意碼元為0的概率為P，則的功率譜密度表達(dá)式為：式

5、中，；Hz，并與二進(jìn)制序列的碼元速率Rs在數(shù)值上相等?？梢钥闯觯瑔螛O性矩形脈沖隨機(jī)序列含有直流分量。2ASK信號(hào)的雙邊功率譜密度表達(dá)式為：表明，2ASK信號(hào)的功率譜密度由兩個(gè)部分組成：（1）由經(jīng)線性幅度調(diào)制所形成的雙邊帶連續(xù)譜；（2）由被調(diào)載波分量確定的載頻離散譜。圖2-6為2ASK信號(hào)的單邊功率譜示意圖。圖2-6 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析的主要目的之一就是確定信號(hào)的帶寬。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)帶寬有多種度量定義，但最常用和最簡(jiǎn)單的帶寬定義是以功率譜主瓣寬度為度量的“譜零點(diǎn)帶寬”，這種帶寬定義特別適用于功率譜主瓣包含信號(hào)大部分功率的信號(hào)。顯然，2ASK信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬為：

6、（Hz）式中，Rs為二進(jìn)制序列的碼元速率，它與二進(jìn)制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在數(shù)值上相等。2.5 眼圖眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時(shí)示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。從“眼圖”上可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外，也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。一般而言，眼皮越厚，則噪聲與ISI越嚴(yán)重，系統(tǒng)的誤碼率越高。3 建立模

7、型描述3.1 SystemView方案1) 非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）調(diào)制部分：采用模擬（乘積法）調(diào)制，包含的元件序號(hào)有0、1、2；解調(diào)部分：采用非相干解調(diào)法，包含的元件序號(hào)有3、4、5、6、7；圖3-1 非相干解調(diào)法的總體模型模塊說明：0為二進(jìn)制隨機(jī)NRZ信號(hào)，1為乘法器，2為正弦載波，3和5為低通濾波器，4為半波整流器，6為電壓比較器，7為位同步信號(hào)，14為比特誤碼儀。2) 相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）調(diào)制部分：采用模擬（乘積法）調(diào)制，包含的元件序號(hào)有0、1、2；解調(diào)部分：采用相干解調(diào)法，包含的元件序號(hào)有3、4、5、6、7、8；圖3-2 相干解調(diào)法的總體模型模塊說明：0為二進(jìn)制隨機(jī)NRZ信號(hào)，1和

8、4為乘法器，2和5為正弦載波，3和6為低通濾波器，7為電壓比較器，8為位同步信號(hào)，16為比特誤碼儀。3.2 Simulink方案調(diào)制部分采用的是乘積法，解調(diào)部分采用的是相干解調(diào)法。圖3-3 基于Simulink的2ASK系統(tǒng)仿真總體框圖1）二進(jìn)制基帶信號(hào)：圖3-4二進(jìn)制基帶信號(hào) 2）正弦載波發(fā)生器：圖3-5正弦載波發(fā)生器 3）帶通濾波器：圖3-6 帶通濾波器 4）低通濾波器：圖3-7 低通濾波器4 功能模塊分析或源程序代碼4.1 SystemView功能模塊分析1) 非相干解調(diào)模塊Token 0 是產(chǎn)生二進(jìn)制的隨機(jī)基帶信號(hào)，選用的是Source Library里的PN Seg，其參數(shù)為：Amp

9、=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0 deg。如圖4-1： 圖4-1 Token 0參數(shù)設(shè)置Token 1 是乘法器，將載波和基帶信號(hào)相乘，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。選用的是Multiplier，默認(rèn)沒有參數(shù)可以設(shè)置。Token 2 是正弦載波產(chǎn)生器，選用的是Source Library里的Sinusoid，其參數(shù)為：Amp=1V，F(xiàn)req=50Hz，Phase=0 deg，output 0=Sine t1。如圖4-2所示： 圖4-2 Token 2參數(shù)設(shè)置Token 3 是低通濾波器，濾除有效信號(hào)以外的噪聲，選用的是Operator Library里的Line

10、r Sys Filters。它的詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置如圖4-3所示：圖4-3 Token 3參數(shù)設(shè)置Token 4 是半波整流器，作用是將2ASK信號(hào)的下半部分載波翻轉(zhuǎn)到正半軸，選用的是Function Library里的Half Rctfy，參數(shù)為Zero Point =0V，Max Rate=500Hz。Token 5 是低通濾波器，濾除有效信號(hào)以外的噪聲，選用的是Operator Library里的Liner Sys Filters。它的詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置如圖4-4所示：圖4-4 Token 5參數(shù)設(shè)置Token 6 是電壓比較器，起到的作用是抽樣判決器。選用的是Operator Library的

11、子目錄Logic里的Compare，其詳細(xì)參數(shù)為：a>=b，True Output=1V。如圖4-5所示： 圖4-5 Token 6參數(shù)設(shè)置Token 7 是位同步信號(hào)，選用的是Source Library 子目錄Aperiodic里的Step Fct，其參數(shù)為Amplitude=200e-3 V，Start Time=0 sec，Offset=0V。如圖4-6所示： 圖4-6 Token 7參數(shù)設(shè)置Token 14 是比特誤碼儀，顯示二進(jìn)制移相鍵控?cái)?shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的比特誤碼率，參數(shù)設(shè)置為No. trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。2) 相干

12、解調(diào)模塊Token 0是產(chǎn)生二進(jìn)制的隨機(jī)基帶信號(hào)，選用的是Source Library里的PN Seg，其參數(shù)為：Amp=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0 deg。Token 1和Token4是乘法器，將載波和基帶信號(hào)相乘，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。選用的是Multiplier，默認(rèn)沒有參數(shù)可以設(shè)置。Token 2和Token5是正弦載波產(chǎn)生器，選用的是Source Library里的Sinusoid，其參數(shù)為：Amp=1V，F(xiàn)req=50Hz，Phase=0 deg，output 0=Sine t1。Token 3和Token6是低通濾波器，濾除有效信號(hào)以外

13、的噪聲，選用的是Operator Library里的Liner Sys Filters。它們的參數(shù)設(shè)置同圖4-3和圖4-4。Token 7是電壓比較器，起到的作用是抽樣判決器。選用的是Operator Library的子目錄Logic里的Compare，其詳細(xì)參數(shù)為：a>=b，True Output=1V。Token 8是位同步信號(hào)，選用的是Source Library 子目錄Aperiodic里的Step Fct，其參數(shù)為Amplitude=200e-3 V，Start Time=0 sec，Offset=0V。Token 16是比特誤碼儀，顯示二進(jìn)制移相鍵控?cái)?shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的比特誤

14、碼率，參數(shù)設(shè)置為No. trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。4.2 Simulink功能模塊分析原始二進(jìn)制基帶信號(hào)采用的是Bernoulli Binary Generator，參數(shù)如圖4-7所示。圖4-7 Bernoulli Binary Generator參數(shù)帶通濾波器采用的是Analog Filter Design，參數(shù)如圖4-8所示。圖4-8 帶通濾波器參數(shù)低通濾波器的參數(shù)如圖4-9所示。圖4-9 低通濾波器參數(shù)5 調(diào)試過程及結(jié)論5.1 SystemView調(diào)試過程及結(jié)論Systemview非相干解原理框圖（如圖5-1所示）圖5-1 非相干解調(diào)

15、調(diào)試過程中各點(diǎn)的波形如下列各圖所示：圖5-2 NRZ信號(hào)波形圖5-3 2ASK信號(hào)波形圖5-4 經(jīng)帶通濾波器后信號(hào)波形圖5-5 經(jīng)半波整流器后信號(hào)波形圖5-6 經(jīng)包絡(luò)檢波器后輸出波形圖5-7 經(jīng)抽樣判決器后輸出波形圖5-8 2ASK調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)波形比較波形分析和結(jié)論：二進(jìn)制的基帶信號(hào)和正弦載波經(jīng)過乘法模擬器得到調(diào)制信號(hào)，即為2ASK信號(hào)。已調(diào)信號(hào)經(jīng)過信道時(shí)，受到不同噪聲的干擾，導(dǎo)致在解調(diào)接收端出現(xiàn)的已調(diào)信號(hào)中混入了噪聲，該已調(diào)信號(hào)經(jīng)過半波整流器和抽樣判決器后會(huì)輸出二進(jìn)制基帶信號(hào)。此外，采用相干解調(diào)法所用模塊要多一些，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)電路也復(fù)雜一點(diǎn)，但二者實(shí)現(xiàn)的效果基本一致。由圖中的結(jié)果比較可知

16、，發(fā)送端的二進(jìn)制基帶信號(hào)和接收端解調(diào)出的信號(hào)除了在時(shí)間上有少量的延遲，其它參量基本一致，故該包絡(luò)檢波解調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正確地解調(diào)。因此，設(shè)計(jì)的2ASK數(shù)字信號(hào)載波傳輸系統(tǒng)能夠正常地工作。以上2ASK調(diào)制信號(hào)功率譜與頻譜波形圖如5-8所示：圖5-9 功率譜與頻譜 以上2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)眼圖如5-10所示：圖5-10 眼圖 以上2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)誤碼率如圖5-11所示：圖5-11 誤碼率5.2 Simulink調(diào)試過程及結(jié)論 Simulink調(diào)制過程中各點(diǎn)的波形如下列各圖所示：圖5-12 原始二進(jìn)制基帶信號(hào)圖5-13 經(jīng)過調(diào)制的2ASK信號(hào)圖5-14 經(jīng)過帶通濾波器后的信號(hào)波形圖5-15 經(jīng)過相

17、干解調(diào)后的信號(hào)波形圖5-16 經(jīng)過低通濾波器后的信號(hào)波形圖5-17 解調(diào)后接收端的波形結(jié)果分析：Simulink仿真采用的是相干解調(diào)法，各個(gè)模塊的輸出波形和SystemView仿真的結(jié)果基本一致。二進(jìn)制的基帶信號(hào)和正弦載波經(jīng)過乘法模擬器得到調(diào)制信號(hào)，即為2ASK信號(hào)。已調(diào)信號(hào)經(jīng)過信道時(shí)，受到不同噪聲的干擾，導(dǎo)致在解調(diào)接收端出現(xiàn)的已調(diào)信號(hào)中混入了噪聲，該已調(diào)信號(hào)經(jīng)過乘法器、低通濾波器和抽樣判決器后輸出二進(jìn)制基帶信號(hào)。最后的接收端的解調(diào)輸出波形和原始NRZ信號(hào)相比，有約1/3碼元時(shí)間的延遲，其它參量是一致的。表明該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制，傳輸和解調(diào)功能，符合設(shè)計(jì)要求。6 心得體會(huì)經(jīng)

18、過兩周的通信原理的課程設(shè)計(jì)，我完成了2ASK數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過中仍然遇到了很多問題，但最后通過自己的思考，我成功的完成了整體設(shè)計(jì)要求。通過前期自己查資料，思考課題，我學(xué)到了很多課外的知識(shí)。經(jīng)過幾天的修改，我完成了要求的設(shè)計(jì)方案，畫出了設(shè)計(jì)原理框圖。接下來我根據(jù)所畫的原理框圖運(yùn)用SystemView和Simulink軟件完成了原理圖的設(shè)計(jì)，畫完原理框圖后用了一段時(shí)間對(duì)波形進(jìn)行仿真調(diào)試。在調(diào)試的過程中，我遇到了一些問題，剛開始并不能正確輸出所有的波形，經(jīng)過錯(cuò)誤分析與不斷修改，最后解決了問題，能夠正確運(yùn)行并輸出正確的仿真波形。通過本次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)Systemview軟件和Simulink軟件的應(yīng)用有了很多的學(xué)習(xí)，但是還是有很多地方不能熟練運(yùn)用，在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該多鍛煉，爭(zhēng)取掌握的更好。這次課程設(shè)計(jì)，大大地提高了我的分析解決問題的能力，在這一過程中，我根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目所給定的總題要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)、分析，在面對(duì)問題時(shí)，能夠耐心思考，解決了很多問題，從中也學(xué)到了很多書面上所沒有講明的問題?？傊@次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多有用的知識(shí)，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助與提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了