通信原理大作业

通信原理大作业2ASK信号传输仿真1、 选题意义 2ASK（二进制振幅键控）是一种最简单的数字信号的载波传输，通过对2ASK的仿真可以更好的理解数字调制系统的组成以及各模块的功能。二、仿真实验任务1. 掌握 2ASK 调制解调原理及其实现方法。2. 按照2ASK产生模型和解调模型分别产生2ASK信号和高斯白噪声，经过信道传输后进行解调。3. 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；3、 仿真原理 本实验主要是利用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。3.1 2ASK调制与解调原理授课：XXX3.1.1 2ASK调制原理振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制 符号序列可表示为 (1)其中： 二进制振幅键控信号时间波形如图1 所示。 由图1 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 图1 二进制振幅键控信号时间波形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。授课：XXX（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所示。图2 模拟相乘法 图3 数字键控法3.1.2 2ASK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4、图5所示。 图4 非相干解调方式图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。授课：XXX 图62ASK信号非相干解调过程的时间波形3.2 设计步骤3.2.1 2ASK调制解调系统通过Simulink的工作模块建立2ASK调制解调系统，用示波器观察调制及解调过程中信号的波形。二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图如图7所示。授课：XXX图7 2ASK调制与解调系统的仿真电路图将基带信号（Bernoulli信号）与载波信号（正弦信号）相乘，经过带通滤波器，就完成了调制过程；经过信道传输后，经过带通滤波器，与本地载波（正弦信号）相乘，再经过低通滤波器，最后经过抽样判决起转换成数字信号，就完成了解调过程。此系统所用仿真电路模块有: 伯努利二进制发生器模块，正弦波发生器模块，功率谱密度模块，高斯噪声发生器Gaussian Noise Generator模块，模拟滤波器模块，误码率计算模块，采样量化编码模块，示波器模块。伯努利二进制发生器模块用于发出源信号，示波器用于观察波形。第一路波形为基带信号（Bernoulli信号），第二路波形为载波（正弦信号），第三波形路为调制后的信号，第四路波形为已调信号经过带通滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。3.2.2 系统所用模块的参数设置在2ASK调制与解调中，将基带信号（Brenoulli信号）零出现的概率设为0.5，抽样时间设为1，其参数设定如图8所示。载波频率应比基带信号的频率大，故将载波的频率参数设置为10*pi，抽样时间为0，其参数图如图9所示。授课：XXX图8 2ASK基带信号参数设定图9 2ASK载波信号参数设定带通滤波器和低通滤波器的参数设定如图10，11所示。图10 2ASK带通滤波器参数设定授课：XXX图11 2ASK低滤通波器参数设定抽样判决器参数设定如图12所示。图12 2ASK抽样判决器参数设定计算误码率模块参数设定如图13所示。授课：XXX图13 2ASK误码率计算模块参数设定四、仿真实验结果及分析1）不加噪声时，示波器显示的5路信号波形如图14所示。图14 不加噪声示波器显示的波形图中由上到下波形所表示为：1.信号源产生的信号波形 根据3.2中参数的设置，信号源产生的信号是二进制基带信号，信号的幅度为0和1时分别代表二进制信息“0”和“1”，且0、1出现的概率相等。时间轴上单位长度表示码元的持续时间，即为1秒，图中显示了前10秒内信号源产生的信号波形。2.加入的正弦载波的信号波形正弦信号的幅度设置为1，频率为10*pi，即周期为0.2秒，从图中可以看到，1个码元持续时间内，正弦信号重复5个周期。3.已调信号经过带通滤波器后的信号波形这就是2ASK信号的时域波形，2ASK信号是基带信号和正弦载波相乘得到的，授课：XXX其实质是幅度受到基带信号控制的载波，载波幅度的变化即代表了二进制信息。4.相干解调后的信号波形 相干解调是将已调信号和载波相乘，然后通过低通滤波器，得到如图所示的信号波形。5.采样量化编码后的输出源信号波形 量化编码器对相干解调后的信号进行抽样判决，恢复出原基带信号，从图中可以看出，在无噪声的情况下，可以无差错的恢复出原基带信号，只是产生了一定的延时。 2）加高斯噪声时示波器显示为如图15。 图15 加高斯噪声时示波器显示 示波器显示波形的顺序与图14相同。比较图14和图15可以看到，加入噪声以后，已调信号的幅度变化范围扩大，不再是在0、1之间变化。经过相干解调及抽样判决以后，恢复出的基带信号已经和原基带信号产生了差别，即出现了误码。4.1 、调制前后信号频谱的变化构建好调制电路，加入频谱分析模块，用频谱分析模块观察调制前后的信号频谱变换。基带信号和调制信号的频谱分别如图16，图17所示。授课：XXX图16 基带信号频谱 图17 2ASK调制后信号频谱授课：XXX 由图16和图17可以看出，基带信号的功率谱密度集中在低频，已调信号（2ASK信号）的功率谱密度集中在30Hz附近，并且可以看到2ASK信号的带宽是二进制基带信号带宽的两倍。4.2、 2ASK想干解调系统误码率性能分析解调器的框图如图5所示，低通滤波滤波器输出当发送“0”时，概率密度函数为 （2）当发送“1”时，概率密度函数为 （3）发送1码元，接收为0码元的错误概率为 （4）发送0码元，接收为1码元的错误概率为 （5）其中 总的误码率为 （6）当P(0)=P(1)时，总的误码率为 （7）当r1时，近似地 授课：XXX5、 结论 2ASK是一种最早的数字调制方式，最早用于电报传输，由于其误码率较高，现在已经比较少使用，但是由于其调制方式简单，其抗噪声性能分析方法具有普遍意义，对于理解数字调制以及抗噪分析很用帮助，可以作为学习其他调制方式的基础。经历了这次大作业，我们学习到了很多。它让我们把平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固了学到的基本理论和知识，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，也让我们掌握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，应收益良多。然而，在这次作业中，我们也发现了很多自身的不足，比如基础知识不扎实，没有耐心等等，这些必须在将来的学习生活中慢慢改进，加以克服。在完成的过程中，我们不断的遇到困难，不断的想办法克服困难，让我们越战越勇，不断向前，最终完成了挑战。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 授课：XXX