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基于MATLAB的2ASK调制与解调设计—课程设计说明书.doc

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基于MATLAB的2ASK调制与解调设计—课程设计说明书.doc

目录目录..................................................................................................................................................1第一部分..........................................................................................................................................21.设计任务及要求............................................................................................................................21.1课程设计的主要内容及技术指标.....................................................................................21.2课程设计的基本要求.........................................................................................................22.课程设计进度安排........................................................................................................................23.课程设计提交的成果....................................................................................................................3第二部分........................................................................................................错误未定义书签。41.前言(绪论).............................................................................................错误未定义书签。42.设计题目.......................................................................................................................................42.1课程设计内容...................................................................................................................42.2课程设计要求...................................................................................................................43.2ASK调制与解调原理................................................................................错误未定义书签。53.12ASK的调制原理............................................................................错误未定义书签。53.22ASK的解调原理............................................................................错误未定义书签。64.设计内容与步骤...........................................................................................................................74.12ASK调制与解调及相应的仿真图..................................................................................74.2基于simulink的调制电路分析..................................................错误未定义书签。115.结论............................................................................................................................................196.结束语.........................................................................................................................................207.参考文献......................................................................................................................................20附录................................................................................................................................................21第一部分课程设计任务书1.设计任务及要求1.1课程设计的主要内容及技术指标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。1.2课程设计的基本要求1用MATLAB软件编程实现二进制振幅键控2ASK调制与解调;2给出对应的时域波形和频谱图;3使用simulink建立2ASK频带传输模型,用示波器显示结果;4列出本次课程设计的Matlab的代码。2.课程设计进度安排第一阶段2013年6月23日-2013年6月25日收集资料、查阅相关书籍第二阶段2013年6月26日-2013年6月27日确定方案、软件设计第三阶段2013年6月27日-2013年6月29日软件调试、写作初稿第四阶段2013年6月9日-2013年7月3日修改、定稿、打印、答辩3.课程设计提交的成果1)设计说明书2)图样资料a2ASK调制解调的图;b对应的时域波形和频谱图;csimulink仿真图;3)具体内容4)查阅文献第二部分正文1.前言(绪论)本课程设计主要是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。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。2.设计题目基于MATLAB的2ASK调制与解调设计2.1课程设计内容利用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。2.2课程设计要求1.熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台,熟悉2ASK/2ASK系统的调制解调原理,构建调制解调电路图。2.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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。3.在调制与解调电路间加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形,改变信噪比并比较解调后波形,分析噪声对系统造成的影响。4.在老师的指导下,要求独立完成课程设计的全部内容。3.2ASK调制与解调原理3.12ASK调制原理2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度,使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化,而其频率和初始相位保持不变。信息比特是通过载波的幅度来传递的。其信号表达式为0coscetStt,St为单极性数字基带信号。由于调制信号只有0或1两个电平,相乘的结果相当于将载频或者关断,或者接通,它的实际意义是当调制的数字信号“1”时,传输载波;当调制的数字信号为“0”时,不传输载波。2ASK信号的时间波形e2ASKt随二进制基带信号St通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图3-1所示。图3-1典型2ASK波形e2ASKt为已调信号,它的幅度受st控制,也就是说它的幅度上携带有st的信息。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gt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。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3-2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3-3所示。图3-2模拟相乘法图3-3数字键控法3.22ASK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3-4、图3-5所示。图3-4非相干解调方式图3-5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。图3-62ASK信号非相干解调过程的时间波形4.设计内容与步骤4.12ASK调制与解调与相应仿真图通过编写M文件程序(见附录),产生随机信号,对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序,实现2ASK的调制与解调过程。本次设计采用模拟调制法(相乘器法)和相干解调法。本次仿真使用相干解调方式2ASK带通滤波器与与载波相乘低通滤波器抽样判决输出4.1.1产生信源arandi1,10,2;生成的1,10矩阵的随机二进制数字,标量为正,取值为[0,2-1]11100000101abcd4.1.2产生载波f150;carrycos2*pi*f*t;进行2ASK调制stm.*carry;(maceil15*t0.01;保证在t0,0.999之间的时候,每次t的跳跃都会产生整数倍的“增益”可以清楚的看到,2ASK实现了频谱的搬移,将基带信号搬移到了fc150hz的频率上而且若只计频谱的主瓣则有B2ask2fs10,fs1/Ts5其中Ts为一个码元宽度即2ask信号的传输带宽是码元传输速率的2倍4.1.3加高斯噪声nstawgnst,70;4.1.4相干解调之乘以相干载波(带通滤波器省略)nstnst.*carry;利用相干载波作用,得到最初的数字基带信号,并且将高频信号搬移到100hz的频率上。4.1.5低通滤波器wp2*pi*2*f*0.5;通带截止频率ws2*pi*2*f*0.9;阻带截止频率Rp2;Rp是通带波纹,As是阻带衰减As45;[N,wc]buttordwp,ws,Rp,As,s;计算巴特沃斯滤波器阶次和截至频率[B,A]butterN,wc,s;频率变换法设计巴特沃斯低通滤波器htfB,A;转换为传输函数dstlsimh,nst,t;画出系统h对由nst和t描述的输人信号的时间响应通带截止频率50hz,阻带截止频率90hz。4.1.6抽样判决k0.25;pdst1*dst0.25;抽样判决过程中会产生延时是因为判决标准为0.25,只有当输入信号0.25时才判决为1。仿真结果4.2基于simulink的2ASK调制电路分析4.2.1Simulink模型的建立通过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2ASK调制电路设计首先启动Matlab,输入Simulink并回车启动Simulink模块,然后添加模块。本电路需要的模块如下正弦波源,这里使用的是SignalProcessingBlockset\DSPSources\SineWave,设定其幅度为2V,频率为2Hz。图4-1正弦波设置基带信号源,使用的是CommunicationsBlockset\CommSources\RandomDataSources\BernoulliBinaryGenerator,可以产生随机数字波形。设置其Probabilityofazero为0.5,每个方波为1秒。图4-2BernoulliBinaryGenerator参数设置乘法器,用的是Simulink\MathOperations\Product。图4-3乘法器设置再加上示波器显示结果,示波器是Simulink\Sinks\Scope。通过鼠标拖拽即可完成连线。仿真电路如图4-4.图4-42ASK调制电路2ASK解调电路设计2ASK解调电路使用相干解调法,电路的制作方法和调制电路一样,需要用到的模块有正弦波源,基带信号源,乘法器,示波器,这些和调制电路用的模块一样。正弦波源频率为2Hz。图4-5正弦波设置抽样判决器用的是SignalProcessingBlockset\Quantizers\ScalarQuantizerEncoder,设置其小于0.5V的电压编码为0,大于0.5V就编码为1。其设置如图4-5。图4-5抽样判决器设置此外还需用到低通滤波器,使用的是SignalProcessingBlockset\Filtering\Filtering\FilterDesigns\DigitalFilterDesign,其设置如图4-6所示图4-6低通滤波器设置最后得到2ASK解调电路如图4-7所示图4-72ASK解调电路4.2.22ASK调制与解调电路仿真调制电路的仿真在设计完电路后对电路的原理进行仿真测试,点击Startsimulation按钮即可开始仿真,然后双击示波器就可以看见波形。2ASK调制结果如图4-8所示图4-8调制电路仿真图从上到下依次为正弦波,2ASK波形,基带波形。解调电路仿真2ASK解调电路仿真方法同调制电路,结果如图4-9图4-9解调电路仿真图从上到下依次为低通滤波后波形、抽样判决后波形、2ASK波形、基带波形。5.结论本设计分为利用Matlab编写M文件仿真和利用simulink仿真调制电路和解调电路两部分,调制电路选用的是乘法器实现,它是由数字基带信号和载波相乘得到的。解调部分选用的是相干检波法来实现解调,2ASK已调信号经过低通滤波器滤波,再经抽样判决输出二进制基带信号。6.结束语经历了两周的课程设计,我学习到了很多。它让我认识到课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。还有在此次设计过程中彼此的分工,相互协作的团队精神也起到了很大的作用,在一定程度上决定了设计的成败。通过这次课程设计,我对通信系统的仿真有了很大的了解,掌握的设计的方法和思路,提高了对系统的分析能力和解决能力。学会将知识运用于实际的方法,提高分析和解决问题的能力,也让我掌握simulink仿真平台的使用方法以及一些基本通信电路的结构原理,应该说是收益良多。然而,在这次课程设计中,我也发现了很多自身的不足,比如基础知识不扎实,容易烦躁,不细心等等。今后,我将多多注意,改变课程设计中自身的不足。7.参考文献[1]薛定宇,陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京清华大学出版社,2002[2]MokhtariMohand,MarieMichel.MATLAB与SIMULINK工程应用[M].赵彦玲,吴淑红,译.北京电子工业出版社,2002[3]樊昌信,曹丽娜,通信原理.国防工业出版社,2009[4]薛山,MATLAB基础教程.清华大学出版社,2011[5]邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模与仿真实例分析.清华大学出版社,2008附录信源arandi1,10,2;产生随机信号t00.0010.999;maceil15*t0.01;信号向正方向舍入取整subplot511plott,m;画出信源波形axis[01.2-0.21.2];设置坐标范围title信源;载波f150;正弦载波的频率carrycos2*pi*f*t;产生载波2ASK调制stm.*carry;保证在t0-0.999之间的时候,每次t的跳跃都会产生整数倍的“增益”subplot512;plott,st画出2ASK信号axis[01.2-1.21.2]设置坐标范围title2ASK信号加高斯噪声nstawgnst,70;添加高斯噪声解调部分nstnst.*carry;相干解调之乘以相干载波subplot513plott,nst画出乘以相干载波后的信号axis[01.2-0.21.2];设置坐标范围title乘以相干载波后的信号低通滤波器设计wp2*pi*2*f*0.5;通带截止频率ws2*pi*2*f*0.9;阻带截止频率Rp2;Rp是通带波纹,As是阻带衰减As45;[N,wc]buttordwp,ws,Rp,As,s;计算巴特沃斯滤波器阶次和截至频率[B,A]butterN,wc,s;频率变换法设计巴特沃斯低通滤波器低通滤波htfB,A;转换为传输函数dstlsimh,nst,t;画出系统h对由nst和t描述的输人信号的时间响应subplot514plott,dst画出经过低通滤波器后的信号axis[01.2-0.21.2];设置坐标范围title经过低通滤波器后的信号;判决器k0.25;设置抽样限值pdst1*dst0.25;满足条件时抽样subplot515plott,pdst画出经过抽样判决后的信号axis[01.2-0.21.2];设置坐标范围title经过抽样判决后的信号频谱观察调制信号频谱Ttend;时间df1/T;频率Nlengthst;采样长度f-N/2N/2-1*df;采样频率sffftshiftabsfftst;对2ASK信号采用快速傅里叶变换并移到矩阵中心figure2subplot411plotf,sf画出调制信号频谱title调制信号频谱信源频谱mffftshiftabsfftm;对信源信号采用快速傅里叶变换并移到矩阵中心subplot412plotf,mf画出信源频谱波形title信源频谱乘以相干载波后的频谱mmffftshiftabsfftnst;对相干载波信号采用快速傅里叶变换并移到矩阵中心subplot413plotf,mmf画出乘以相干载波后的频谱title乘以相干载波后的频谱经过低通滤波后的频谱dmffftshiftabsfftdst;对低通滤波信号采用快速傅里叶变换并移到矩阵中心subplot414plotf,dmf画出经过低通滤波后的频谱title经过低通滤波后的频谱;

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