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1、* 实践教学 * 兰州理工大学 计算机与通信学院 2012年秋季学期 通信系统综合训练 题 目： 数字信号频带传输系统的仿真实现 专业班级： 通信四班 姓 名： 路人甲 学 号： 09250417 指导教师： 陈海燕 成 绩： 及格 摘 要在本次综合训练，题目是数字信号频带传输系统设计，我在此次训练运用MATLAB进行ASK频带传输系统仿真。生成一段随机的二进制非归零码的频带信号，并对其进行ASK调制后再送入加性高斯白噪声（AWGN）信道传输，在接收端对其进行ASK解调以恢复原信号，观察还原是否成功，改变AWGN信道的信噪比，计算传输前后的误码率。绘制信噪比-误码率曲线，并与理论曲线比较进行说
2、明。关键词 :信道传输，ASK调制解调，MATLAB 前 言 本次综合训练主要是深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节。通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Si
3、mulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析5。目 录前 言2第1
4、章 基本原理41.1 Simulink工作原理41.2 二进制振幅键控原理（2ASK）5第2章 系统设计72.1 ASK调制与解调72.2 加入高斯白噪声后的ASK调制与解调112.3 误码率的计算14第3章 出现的问题及解决方法18总 结19参考文献20致 谢21附录：误码率计算（理论曲线）22附录：误码率计算（实际曲线）23第1章 基本原理1.1 Simulink工作原理（1）模型库 在MATLAB命令窗口输入“Simulink”并回车，就可进入Simulink模型库单击或工具栏上的按钮也可进入。Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discret
5、e（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。 图1.1 Simulink工具箱（2）设计仿真模型在MATLAB子窗口或Si
6、mulink模型库的菜单栏依次选择“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口 图1.2 新建仿真模型窗口（3）运行仿真 两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择Simulation | Start 或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式5。1.2二进制振幅键控原理（2ASK） 数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2A
7、SK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。2ASK信号可表示为 （1-1）式中，为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列 （1-2）其中，g(t)是持续时间、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；为二进制数字 （1-3）2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制（相乘器法）和键控法。本课程设计运用模拟幅度调制的方法，用乘法器实现。相应的调制如图1-3：乘法器 图1.3模拟相乘法AM信号的解调一样，2ASK信号也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
8、测法）。本次训练要求的是相干解调3，如图1-4：带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲出输 图1.4 相干解调方式 第2章 系统设计2.1 ASK调制与解调整个ASK的仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。在MATLAB下Simulink仿真平台构建了ASK调制与解调仿真电路图如图2.1所示： 图2.1 ASK调制与解调仿真电路图 将信号源的码数率设为1B/S,即频率为1 Hz。参数设置如图2.2所示： 图2.2 信号源参数设置
9、在调制解调系统中，载波信号的频率一般要大于信号源的频率。信号源频率为1 Hz，所以将载波频率设置为6 Hz，由于在载波参数设置里，频率的单位是rad/sec，所以即为12*pi。载波信号参数如图2.3所示： 图2.3 载波信号参数设置低通滤波器的频带边缘频率与信号源的频率相同，前面设置信号源频率为1 Hz，所以对话框中“Passband edge frequency (rads/sec)：”应填“2*pi”。参数设置如图2.4所示： 图2.4低通滤波器参数设置 对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为a/2(当P(1)=P(0)时)，它与接受机输入信号的幅度有关。当接收机输入的信号幅度发生变化
10、，最佳判决门限也将随之改变。抽样判决器参数设置如图2.5所示： 图2.5抽样判决器的参数设置量化器抽样频率等于信号源频率。前面已经设置信号源频率为1Hz，即抽样频率为1Hz，所以对话框中“Sample time (-1 for inherited):”应填“1”。量化器参数设置如图2.6所示：图2.6量化器参数设置设置好参数之后，进行仿真，由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在 1比特的时延（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为1比特。其参数设置如图2.7所示：图2.7 误码器的参数设置经过误码器的1比特时延后，其误码率为0，结果正确。如图2.8所示
11、：图2.8误码率的查看输入信号经过ASK调制解调系统后，输出的各个波形(从上到下分别是输入信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、经过低通滤波器的解调信号，输出信号) 第一路为信号源模块波形图，第二路为ASK调制后波形图，第三路为调制信号与载波相乘后波形图，第四路为经过低通滤波器后波形图，第五路为ASK解调波形图。由各波形可看出该ASK调制解调系统符合训练要求1。如图2.9所示：图2.9 各点信号的波形2.2加入高斯白噪声后的ASK调制与解调 整个加入高斯白噪声后的ASK仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，送入加性高斯白噪声（AWGN）信道中传输
12、。在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。如图2.10所示：图2.10 ASK调制与解调中加入高斯白噪声仿真图高斯白噪声的抽样时间设置为0.01，如图2.11所示：图2.11 高斯白噪声的参数设置带通滤波器的下频应该等于载波频率与调制信号频率之差，上频应该等于载波频率与调制信号频率之和。前面已设置信号源频率为1Hz，载波频率为6Hz,计算得上、下截止频率分别为7Hz、5Hz，转换成以rads/sec为单位即为14*pi 、10*pi。所以“Lower passband edge frequency (rads/sec) Upper passband edge frequency (rads/sec)”应填“10*pi 、14*pi”。参数设置如图2.12所示：图2.12 带通滤波器的参数设置设置好参数之后，进行仿真，由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在0.01秒的时延，即信号时延了2比特（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为2比特。其参数设置如图2.13所示：图2.13 误码器的参数设置经过误码器的2比特时延后，其误码率为0。如图2.14所示：图2.14 误码率的查看输入信号经过ASK调制解调系统后，输出的各个波形(从上到下分别
