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1、 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第1页 共26页 1 2ASK/2ASK 调制与解调调制与解调系统的系统的 MATLAB 实现及性能分析实现及性能分析 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： 摘 要 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。
2、关键词 MATLAB；Simulink；2ASK；波形； 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。 1.2
3、 课程设计的课程设计的要求要求 熟悉 MATLAB 环境下的 Simulink 仿真平台，熟悉 2ASK 系统的调制解调原理，构 建 2ASK 调制解调电路图. 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。 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。 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第2页 共26页 2 在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学
4、年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。 2.1 2ASK 调制原理调制原理 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 tnTtgate cS n n cos)()( 0 = 其中 n a=0，发送概率为 P； n a=1，发送概率为 1-P。 令 = )()( S n n nTtgats，则ttste c cos)()( 0 =。 图 2-1 2ASK/OOK 信号时间波形 2ASK 信号
5、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 g(t)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。2ASK 信号功率谱密度推导： 已知tnTtgate cS n n cos)()( 0 = tts c cos)(=，设)( 0 te的功率谱为)( fPe，s(t) 的功率谱为)( fPs。 则 )()( 4 1 )(fcfPsfcfPsfPe+=， 2 )()1 ()(fGPPffP ss = 2 )1 (Pfs+ 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第3页 共26页 3 m s mfG)
6、()( s mff ， s fTj s s s e fT fT TfG = sin )(。 + + + = 22 )( )(sin )( )(sin 16 )( sc sc sc scs e Tff Tff Tff TffT fP )()( 16 1 cc ffff+ 图 2-2 2ASK 信号的功率谱密度示意图 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 2-3 所示。 在该电路中载波信号和二进
7、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 2-4 所示。 图 2-3 模拟相乘法 图 2-4 数字键控法 2.2 2ASK 解调原理解调原理 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 2-5、图 2-6 所示。 图 2-5 非相干解调方式 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第4页 共26页 4 图 2-6 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
8、“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。 3.1 2ASK 调制调制电路电路分析分析 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。 调制仿真电路如图 3-1 所示： 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第5页 共26页 5 图 3-1 2ASK 调制仿真电路图 2ASK 调制仿真
9、电路中基带信号系数、一级调制载波参数和二级调制载波参数分别 对应图 3-2、图 3-3、图 3-4。 图 3-2 基带信号参数 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第6页 共26页 6 图 3-3 一级调制载波参数 图 3-4 二级调制载波参数 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第7页 共26页 7 2ASK 基带信号频谱以及调制信号频谱如图 3-5、3-6。 图 3-5 2ASK 基带信号频谱 图 3-6 2ASK 调制信号频谱 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第8页 共26页 8 示波器如
10、图 3-7， 分别显示的是： 2ASK 基带信号波形、 一级调制波形和二级调波形。 图 3-7 2ASK 调制信号波形 3.2 无噪声的无噪声的 2ASK 调制调制解调电路及误码率分析解调电路及误码率分析 在调制电路的基础上加入两个解调载波、低通滤波器和抽样判决器构成解调电路。 用示波器观察调制解调信号各部分的波形，用频谱分析器观看调制前后的频谱，用误码 分析仪观看无噪声时的误码率。调制解调仿真电路如图 3-8 所示： 图 3-8 2ASK 调制解调仿真电路图 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第9页 共26页 9 运行仿真后误码率如图 3-9 所示，因为仿真
11、电路里无噪声存在，所以误码率为 0。 抽样判决器的参数如图 3-11，因为抽样判决器是用来判断高低电平信号的，所以第一设 置是判决门限，这里设置 0.2 为判决门限，即大于 0.2 的电平为 1，小于 0.2 的为 0 图 3-9 无噪声 2ASK 的解调误码率 图 3-10 误码率计数器参数 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第10页 共26页 10 图 3-11 抽样判决器参数 无噪声的 2ASK 基带信号频谱如图 3-12，无噪声的 2ASK 二级调制信号频谱如图 3-13，无噪声的 2ASK 解调信号频谱如图 3-14。 图 3-12 无噪声的 2AS
12、K 基带信号频谱 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第11页 共26页 11 图 3-13 无噪声的 2ASK 二级调制信号频谱 图 3-14 无噪声的 2ASK 解调信号频谱 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第12页 共26页 12 无噪声的 2ASK 调制解调波形如图 3-15 所示， 其显示波形分别对应数字基带信号、 一级调制信号、二级调制信号、二级解调信号、一级解调信号、抽样判决后的解调信号。 图 3-15 无噪声 2ASK 调制解调波形 根据上面的波形可知在无噪声情况下得出的波形与基带数字信号波形完全相同， 只 是
13、延迟一个码元。这是由于信号在系统传输中会出现时间的延迟，属于正常现象。 3.3 加加噪声的噪声的 2ASK 调制解调电路及误码率分析调制解调电路及误码率分析 在上面调制解调仿真电路的二级调制之后的信号通过加法器加入高斯噪声，观看高 斯噪声对频谱的干扰和波形的影响。之后分析误码率，来确定 2ASK 调制与解调系统的 抗高斯噪声性能。加高斯噪声的 2ASK 调制解调仿真电路如图 3-16 所示，高斯噪声发 生器的参数如图 3-17，抽样判决器的参数如图 3-18。 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第13页 共26页 13 图 3-16 加高斯噪声的 2ASK 调
14、制解调仿真电路图 图 3-17 高斯噪声发生器参数 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第14页 共26页 14 图 3-18 加入高斯噪声的 2ASK 解调误码率 2ASK 基带信号频谱如图 3-18，加入高斯噪声的 2ASK 调制信号频谱如图 3-20，加 入高斯噪声的 2ASK 解调信号频谱如图 3-21。 图 3-19 加入高斯噪声的 2ASK 基带信号频谱 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第15页 共26页 15 图 3-20 加入高斯噪声的 2ASK 调制信号频谱 加入高斯噪声的 2ASK 解调信号频谱 图 3-2
15、2 加入高斯噪声的 2ASK 解调误码率 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第16页 共26页 16 加入高斯噪声的 2ASK 调制解调电路波形如图3-23， 其显示分别为 2ASK 基带信号、 一级调制信号、加入高斯噪声二级调制信号、二级解调信号、一级解调信号、抽样判决 后的解调信号。 加入高斯噪声的 2ASK 调制解调电路波形 根据上面的波形可知道高斯噪声对信道产生了一定的影响，由误码率分析器来对噪 声进行分析，得到 2ASK 信号受到高斯噪声干扰后误码率为 0.0375，并不是很大，说明 2ASK 调制解调电路正常。 用瑞利噪声发生器更换加高斯噪声的 2ASK 调制解调仿真电路中的高斯噪声发生 器，为了达到较低的误码率，更改抽样判决参数。加瑞利噪声的 2ASK 调制解调仿真电 路如图 3-24 所示： 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 第17页 共26页 17 加瑞利噪声的 2ASK 调制解调仿真电路图 瑞利噪声发生器参数如图 3-25，抽样判决器参数如图 3-26。 图 3-25 瑞利噪声发生器参数 2ASK/2ASK 调制与解调系统的 MATLAB 实现
