數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的課程設(shè)計(2ASK)電氣工程-通信工程

南洋丈孽

UNIVERSITYOFSOUTHCHINA

課程設(shè)計（論文）

題目數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(2ASK)

學(xué)院名稱電氣工程學(xué)院

指導(dǎo)教師

職稱

班級

學(xué)號..............

學(xué)生姓名

2016年9月16日

摘要

數(shù)字調(diào)制是現(xiàn)代通信的重要方法，數(shù)字調(diào)制具有更好的抗干擾性能，更強的抗信道損

耗，以及更好的平安性，數(shù)字調(diào)制技術(shù)是信息時代的重要成果。二進制數(shù)字振幅鍵控（2ASK〕

是一種古老的調(diào)制方式，也是各種數(shù)字調(diào)制的根底。本設(shè)計主要是利用MATLAB下的

Simulink仿真平臺，設(shè)計一個2ASK仿真系統(tǒng),最后用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形，從

而驗證2ASK的可行性。

關(guān)鍵詞：2ASK；Matlab；Simulink;數(shù)字調(diào)制；

Abstract

Digitalmodulationisanimportantmethodofmoderncommunication,digitalmodulation

hasbetteranti-jammingperformance,strongerantichannelloss,andbettersecurity,digital

modulationtechnologyisanimportantachievementintheinformationage.Binarydigital

amplitudekeying(2ASK)isanancientmodulationmethod,anditisalsothebasisofavarietyof

digitalmodulation.ThisdesignisbasedontheuseofSimulinkMATLABsimulationplatform,

thedesignofa2ASKsimulationsystem,andfinallyusetheoscilloscopetoobservethesignal

waveformbeforeandafterthemodulation,whichverifythefeasibilityof2ASK.

KeyWord:2ASK;Matlab;Simulink;Digitalmodulation;

目錄

1.背景知識3

1.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng).....................................................3

1.2二進制振幅鍵控(2ASK).................................................4

1.2.1根本原理..........................................................4

2.2ASK系統(tǒng)Simulink仿真設(shè)計.................................................5

2.12ASK相干解調(diào)設(shè)計框圖.................................................5

2.2應(yīng)用Simulink進行2ASK相干解調(diào)仿真框圖...............................6

2.3選用模塊以及參數(shù)設(shè)定................................................6

2.4仿真結(jié)果及分析......................................................12

3.2ASK系統(tǒng)Matlab代碼仿真設(shè)計.............................................13

3.1MATLAB編程實現(xiàn)仿真的構(gòu)思..............................................13

3.2仿真波形及分析.......................................................14

4.心得體會.................................................................17

參考文獻...................................................................17

附錄：2ASK的Matlab仿真程序................................................17

1.背景知識

1.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)

在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低

通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號

不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生

各種已調(diào)數(shù)字信號。

圖L1：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)

數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，但是數(shù)字信號有離散取值的特點。根本的三種數(shù)

字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。本研究與仿真采用的是

振幅鍵控。

1.2二進制振幅鍵控(2ASK)

1.2.1根本原理

振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞信息，而其頻率和初相位保持不變。在2ASK中,

載波幅度只有兩種變化，分別對應(yīng)二進制信息“0”或“1"。2ASK信號其表達式是：

e2ASK(t)=s(t)coswct(1.2.1-1)

其中輸入信號表示為：

s(f)=J＞，，g(一此)(L2.1-2)

2ASK信號產(chǎn)生通常有兩種：模擬調(diào)制法(相乘器法〕和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖1.2

所示。

二進制

不歸室信號

乘法器--------?

開關(guān)電路

圖L2：模擬相乘法〔上）數(shù)字鍵控法［下）

2ASK信號與模擬調(diào)制中的AM信號類似。所以,對2ASK信號也能夠采用非相干解調(diào)（包

絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），其相應(yīng)原理方框圖如圖1.3所示。

（a）非相F解調(diào)方式

（b）相干解調(diào)方式

圖1.3：非相干解調(diào)方式3）相干解調(diào)方式（b）

2.2ASK系統(tǒng)Simulink仿真設(shè)計

2.12ASK相干解調(diào)設(shè)計框圖

圖2.1：相干解調(diào)設(shè)計框圖

2.2應(yīng)用SimuIink進行2ASK相干解調(diào)仿真框圖

圖2.2：Simulink仿真設(shè)計原理圖

2.3選用模塊以及參數(shù)設(shè)定

1.伯努利二進制發(fā)生器模塊ernoulliBinaryGenerator的參數(shù)設(shè)置為：Probabilityof

azero概率設(shè)為0.5,initialseed設(shè)為61,Sampletime抽樣時間為IS。

圖2.3：伯努利2進制發(fā)生器參數(shù)設(shè)置

2.正弦波SineWave的參數(shù)設(shè)置為：頻率設(shè)為60rad/sec。

圖2.4：正弦波發(fā)生器參數(shù)設(shè)置

3.乘法器Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為2。

圖2.5：2ASK產(chǎn)生局部乘法器參數(shù)設(shè)置

4.高斯白噪聲GaussianNoiseGenerator模塊的設(shè)置為：Sampletime抽樣時間為0.01s。

圖2.6：高斯白噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置

5.Sum模塊的參數(shù)設(shè)置為：sampletime設(shè)為

圖2.7：噪聲與信號求和模塊參數(shù)設(shè)置

6.帶通濾波器AnalogFilterDesign模塊的參數(shù)設(shè)置為：階數(shù)filterorder為8,Lower

passbandedgefrequency為52,Upperpassbandedgefrequency為68。

圖2.8：帶通濾波器器參數(shù)設(shè)置

7.相乘器Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為2

圖2.9：解調(diào)局部乘法器參數(shù)設(shè)置

8.低通濾波器AnalogFilterDesign模塊的參數(shù)設(shè)置為：階數(shù)filterorder為,passband

edgefrequency為8。

圖2.10：低通濾波器參數(shù)設(shè)置

9.示波器Scope的參數(shù)設(shè)定為：接口有6個，時間范圍是自動調(diào)整。

圖2.11：示波器參數(shù)設(shè)置

10.抽樣判決器，閾值設(shè)置為0.2,抽樣時間取信號周期1s的的一半0.5s。

圖2.12、圖2.13：抽樣判決器參數(shù)設(shè)置

2.4仿真結(jié)果及分析

圖2.14：示波器顯示結(jié)果

上圖通道1是原始輸入信號；通道2是調(diào)制信號；通道3是參加噪聲后的調(diào)制信號；

通道4是濾除噪聲后的調(diào)制信號；通道5是經(jīng)過與載波信號再次相乘后，經(jīng)過低通濾波后

的解調(diào)信號；通道6是抽樣判決后的輸出信號。

從通道1到通道2的比照可知，輸入信號與載波信號相乘后，成功得到2ASK信號。

通過通道3與通道4的比照可知，帶通濾波器能極大消除噪聲對信號的影響，但帶通

濾波器會對信號造成一定的延遲影響。

從通道5與通道4的比照可知，同步檢波后得到的解調(diào)信號，能大概看出信號的上下

電平變化。同步檢波的低通濾波過程對信號引入新的延時。

通道6的信號波形是對通道5的解調(diào)信號進行抽樣判決而得到的，信號采樣的頻率是

2Hz,是信號頻率的2倍。抽樣的起始時刻是第0.5秒。由于信號的解調(diào)過程會讓信號產(chǎn)生

延時〔比照通道5與通道2〕，因此輸出信號的第一個上升沿出現(xiàn)在第1.5秒。

經(jīng)過2ASK系統(tǒng)與相干解調(diào)系統(tǒng)后，比照輸出信號與輸入信號，除了相位發(fā)生一定的變

化外，信號波形根本沒發(fā)生變化，可見該2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)能成功實現(xiàn)信號傳輸。

3.2ASK系統(tǒng)Matlab代碼仿真設(shè)計

3.1MATLAB編程實現(xiàn)仿真的構(gòu)思

利用Matlab,仿真產(chǎn)生2ASK信號，然后分別利用相干解調(diào)、非想干解調(diào)復(fù)原得到原

信號。

Matlab仿真包括2ASK信號的產(chǎn)生、模擬信道傳輸、調(diào)制信號的降噪處理、相干解調(diào)/

非相干解調(diào)、抽樣判決這幾個過程。

3.2仿真波形及分析

二進制基帶信號

『.4匚」~

g00.51.522.533.544.55

時間/S

>載波信號

月引

m00.511.522.533.544.55

時間/S

三調(diào)制信號

,0E——WWWVWVWW正；5/WW；麗閃

>00.511.522.533.544.55

時間/S

>高斯噪聲

-00.511.522.533.544.55

時間/S

?c加噪調(diào)制信號

卷舊--{W\AAMA/\AMMA/{-------T------N/VW4?一，'4

m00.511.522.533.544.55

時間/S

2.帶通漉波后的信號

孝§|------HAAAAjvWXAj^AAAAj"----------1----------；WVV\^一“；--■jvWW

金00.511.522.533.544.55

時間/S

圖3.1：2ASK調(diào)制過程

C帶通濾波后的信號

W2?????????

?0-----------WWWWWVWW----------VWW----------ww\

0-2--------1---------1------1--1--------1-------L_-------1---------1------1-----

00.511.522.533.544.55

時間/S

全波整流

之2

.'-:一''…'''…'''.…J

過1

?￥S-「

()0.511.522.533.544.55

時間/S

低通濾波器濾波

N111111111I

過0/------------------------____________0—\___________/:

￥

1Ii1111i1

00.511.522.533.544.55

時間/S

非相干解調(diào)結(jié)果

之1

里0.5

3o

00.511.522.533.544.55

時間/S

圖3.2：2ASK非相干解調(diào)過程

帶通濾波后的信號

V/1II1IIII

呼nu一二—一_VVv八V八V八V八V八V八v八VAVAVAVA\-T—--_----八__cAA/VAVAvAv

*.7?I111iII

00.51.522.533.544.55

時間/s

與載波相乘

>4

最n一^1MMMAMiMAMAlHuMMMAL'一一口皿-5_____''UMMAIUU

￥.1?I1Ii111

00.51.522.533.544.55

時間/s

低通濾波器漉波

、>5n4nI——I」一IIIIII

三u-----------

￥_no______i______1IIii1I

00.51.522.533.544.55

時間/s

相干解調(diào)結(jié)果

>1______

辿0.5-

妾n」:[l-L廠

00.51.522.533.544.55

時間/s

圖3,3：2ASK相干解調(diào)過程

二進制基帶信號

1

理0.5

00.511.522.533.544.55

時間/S

非相干解調(diào)結(jié)果

-一

00.511.522.533.544.55

時間/S

相干解調(diào)結(jié)果

■-

00.511.522.533.544.55

時間/S

圖3.4：2ASK分析波形

圖3.1反映了2ASK調(diào)制信號的產(chǎn)生過程，以及模擬信道傳輸時參加噪聲的情況，最后

是模擬濾除噪聲得到2ASK調(diào)制信號的過程。從圖上的波形可以得知，該2ASK系統(tǒng)的調(diào)制

與模擬傳輸過程是成功的。

圖3.2描述了非相干解調(diào)得到輸出信號的過程，比照通道4與圖3.1的通道1信號波

形，可知輸出信號與輸入信號完全一致，該檢波過程是成功的。

圖3.3描述了相干解調(diào)得到輸出信號的過程，比照通道4與圖3.1通道1的信號波形,

可知輸出信號與輸入信號完全一致，該檢波過程是成功的。

圖3.4反映了輸入信號與非相干解調(diào)得到的輸出信號、相干解調(diào)得到的輸出信號的變

化情況。從圖上結(jié)果可知，無論是相干解調(diào)還是非相干解調(diào)都能準(zhǔn)確復(fù)原出輸入信號的狀

況，由于兩個解調(diào)過程所用的濾波器對信號的延遲作用不是非常大，因此在抽樣判決過程

復(fù)原出的輸出信號比照輸入信號沒有任何明顯的相位延遲。同時也說明了該2ASK系統(tǒng)的可

行性。

4.心得體會

通過本次課程設(shè)計，我主要了解了二進制鍵控的根本原理，尤其是通過MATLAB對2ASK

系統(tǒng)的仿真過程，讓我了解到更多的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)設(shè)計的原理。

在這次設(shè)計中，我圍繞2ASK系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵局部〔調(diào)制局部、模擬信道傳輸局部、信

號降噪處理局部、相干/非相干解調(diào)局部、抽樣判決局部〕展開深入的研究與測試。在眾多

的測試過后，我最終組建好該2ASK系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，乘法器用于產(chǎn)生2ASK信號；給2ASK

調(diào)制信號參加噪聲用于模擬信道傳輸過程；接收濾波器是用來接收信號，盡可能濾除信道

噪聲和其它干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器

那么是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判

決，以恢復(fù)或再生基帶信號。

在這次課程設(shè)計中我遇到許多困難，例如抽樣判決電平的取值問題、采樣頻率的問題、

濾波器對信號延遲所造成的影響問題等，在經(jīng)過深入的資料查找與探究后，我最終把問題

解決。在這個過程中我收獲了很多平時上課并沒有學(xué)到的知識，獲益匪淺，并對今后的學(xué)

習(xí)與工作產(chǎn)生很大的幫助。

參考文獻

【1】樊昌信，曹麗娜.通信原理（第7版）［M］.國防工業(yè)出版社

【2】劉衛(wèi)國，MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2011.

【3】陳后金，數(shù)字信號處理［第2版）［M］.高等教育出版社

［4］張暉，徐淑正，楊華中等.OFDM在短波通信中的應(yīng)用［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2005.9.

【5】程佩青，數(shù)字信號處理教程［加.清華大學(xué)出版社.2001.8.

【6】徐明遠(yuǎn)、邵玉斌，MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用［M］.西安：西安電子科

技大學(xué)出版社，2006.

附錄：2ASK的MatIab仿真程序

clear;%清空Workspace

clc;%清空CommandWindow

closeall;%關(guān)閉所有窗口

%-------------------------

%信號以及仿真相關(guān)參數(shù)的設(shè)置

%-------------------------

dt=O.OOl;%時間采樣間隔，即仿真步長

fc=10;%載波中心頻率

B_number=10;%設(shè)碼元數(shù)目為10個

T=5;%信號時長

N=T/dt;%采樣點數(shù)，即仿真點數(shù)

B_Sample_Point=N/B_number;%一個碼元所對應(yīng)的采樣點數(shù)

B_Sample_array=zeros(l,N);%建立一個碼元采樣的空數(shù)組

t=O:dt:(N-l)*dt;%所有采樣點數(shù)的時間組成的數(shù)組，即模型中函數(shù)的自變量

random_buffer=rand(l,B_number);%生成10個隨機數(shù)組

fori=1:1:B_number%將10個碼元進行歸一成二進制0、1

ifrandom_buffer(i)<0.5

random_buffer(i)=0;

else

random_buffer(i)=1;

end

end

fori=1:1:B_number%產(chǎn)生基帶信號

forj=1:1:B_Sample_Point

B_Sample_array((i-l)*B_Sample_Point+j)=random_buffer(i);

end

end

CarrySignal=cos(2*pi*fc*t);%載波信號表達式

%-------------------------

%2ASK調(diào)制信號的產(chǎn)生

%-------------------------

Signal_2ASK=CarrySignal.*B_Sample_array;

%-------------------------

%進行繪制調(diào)制曲線

%-------------------------

figureCtoolbar?none]..%設(shè)置是否顯示工具欄：否

'menu?none',...%設(shè)置是否顯示菜單欄：否

Xame72ASK調(diào)制過程；..％設(shè)置對話框名稱

^umberTitleVoff,...%設(shè)置是否顯示圖形窗口編號：否

^olorVw1,...%設(shè)置背景顏色

Resize?on);%設(shè)置是否可以改變窗口大小

subplot(6,l,l);%圖形分為6行1歹U,目前畫第一個

plot(t,B_Sample_array/r\,linewidth\3);%畫出二進制基帶信號

holdon;gridon;%保持圖像，使其能和下一個圖像一起顯示

xlabelC時間/s');ylabel(，幅值/v'titleC二進制基帶信號上％簡單的配置

axis([0,5,-0.2,1.2]);%定義坐標(biāo)區(qū)間

subplot(6,l,2);%圖形分為6行1列，目前畫第二個

plot(t,CarrySignal,T」inewidth：2);%畫出載波信號

holdon;%保持圖像，使其能和下一個圖像一起顯示

xlabelC時間/s);ylabelC幅值/v'titleC載波信號上％簡單的配置

axis([0,5,-1.2,1.2]);%定義坐標(biāo)區(qū)間

subplot(6,l,3)；%圖形分為6行1歹U，目前畫第三個

plot(t,Signal_2ASK,,r,,,linewidth',1.5);%畫出調(diào)制信號

holdon;%保持圖像

gridon;%顯示格點

xlabelC時間/s);ylabelC幅值/v);titleC調(diào)制信號);％簡單的配置

axis([0,5,-1.2,1.2]);%定義坐標(biāo)區(qū)間

%-------------------------

%信道傳輸(參加噪聲)

%-------------------------

Gaussian_Noise=randn(l,N)/5;%加上高斯白噪聲

Signal_2ASK=Signal_2ASK+Gaussian_Noise;

subplot(6,l,4)；%圖形分為6行1歹U,目前畫第四個

plot(t,Gaussian_Noise,'r'」inewidth',l);

xlabelC時間/s);ylabelC幅值/v'title。高斯噪聲上％簡單的配置

holdon;

subplot(6,l,5);%圖形分為6行1歹U,目前畫第五個

plot(t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1);

xlabelC時間/s);yIabelC幅值/v);title(，加噪調(diào)制信號);％簡單的配置

holdon;

%-------------------------

%帶通濾波器

%-------------------------

Fp=5;Rp=3;%53

Fs=15;Rs=60;%1560

Wp=2*pi*Fp/800;%800

Ws=2*pi*Fs/800;

[n,Wp]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);

[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wp);

BPF_ASK=filter(b,a,Signal_2ASK);%帶通濾波器輸出

subplot(6,l,6);%圖形分為6行1列，目前畫第六個

plot(t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5);

xlabelC時間/s'ylabelC幅值/v);titleC帶通濾波后的信號上％簡單的配置

holdon;

%-------------------------

%相干解調(diào)

%-------------------------

Coherent_ASK=BPF_ASK.*CarrySignal;

%--------------------------------------

%低通濾波器

%--------------------------------------

Fp=25;Rp=3;%53

Fs=45;Rs=50;%1560

Wp=2*pi*Fp/10000;%800

Ws=2*pi*Fs/10000;

[n,Wp]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);

[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wp);

Coherent_ASK=0-Coherent_ASK;

LPF_ASK二filter(b,a,Coherent_ASK);%低通濾波器輸出

%-------------------------

%抽樣判決

%-------------------------

Judge_value=max(LPF_ASK)/2;

Coherent_ASK_Out=zeros(l,N);

fori=1:1:B_number%抽樣判決

ifLPF_ASK(i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2)>Judge_value

Coherent_ASK_Out((i-l)*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point)=l;%判為1

else

Coherent_ASK_Out((i-l)*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point)=0;%判為1

end

end

%--------------------

%繪制相干解調(diào)的波形

%-------------------------------

figure(2);%翻開第二個顯示窗

figureC^oolbarVnone1,...%設(shè)置是否顯示工具欄：否

'menu?none',?..%設(shè)置是否顯示菜單欄：否

'name','2ASK相干解調(diào)過程;…%設(shè)置對話框名稱

^umberTitleVoff,...%設(shè)置是否顯示圖形固口編號：否

'colorVw\...%設(shè)置背景顏色

Resize?on');%設(shè)置是否可以改變窗口大小

subplot(4,l,l);%圖形分為6行1歹！J,目前畫第六個

plot(t,BPF_ASK,T'」inewidth',1.5);

xlabelC時間/s);ylabel(，幅值/v);titleC帶通濾波后的信號);％簡單的配置

holdon;

subplot(4,l,2);

plot(t,Coherent_ASK,Y,linewidth1,1);

xlabelC時間/s);ylabe(幅值/v);title(與載波相乘);％簡單的配置

holdon;

subplot(4,l,3)；

plot(t,LPF_ASK,Y,linewidth1,1);

xlabelC時間/s);ylabel(，幅值/v);title(低通濾波器濾波);％簡單的配置

holdon;

subplot(4,l,4);

plot(t,Coherent_ASK_Out,T」inewidth',3);%畫出相干解調(diào)實驗

xlabelC時間/s);ylabel(幅值/v);title(，相干解調(diào)結(jié)果);％簡單的配置

holdon;

%-------------------------

%非相干解調(diào)

%-------------------------

Non_Coherent_ASK=abs(BPF_ASK);

%-------------------------

%低通濾波器

%-------------------------

Fp=25;Rp=3;%53

Fs=45;Rs=50;%1560

Wp=2*pi*Fp/10000;%800

Ws=2*pi*Fs/10000;

[n,Wp]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);

[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wp);

LPF_ASK二filter(b,a,Non_Coherent_ASK);%彳氐通濾波器輸出

%-------------------------

%抽樣判決

%-------------------------

Judge_value=max(LPF_ASK)/2;

Non_Coherent_ASK_Out=zeros(l,N);

fori=1:1:B_number%抽樣判決

ifLPF_ASK(i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2)>Judge_value

Non_Coherent_ASK_Out((i-l)*B_Sampl6_Point+1:i*B_Sample_Point)