2ASK的数字调制与解调要点

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2013年春季学期通信系统仿真课程设计题目：2ASK的数字调制与解调专业班级：通信工程2班姓名：李晗学号：10250228指导教师：李英堂成绩：1摘要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。文中还介绍了基于MATLAB如何实现2ASK调制解调的系统仿真。仿真主要采用MATLAB脚本文件编写程序。结果表明了该设计的正确性。本文研究了基于MATLAB的2ASK(幅度键控)调制解调的系统仿真，并给出了M文件环境下的仿真结果。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。关键词：2ASK；Matlab；调制；解调2目录摘要..............................................错误!未定义书签。一、前言..........................................................3二、2ASK调制与解调原理.............................................42.12ASK调制原理................................................42.22ASK解调原理................................................6三、程序设计........................................................83.1数字信号的ASK调制...........................................83.2数字信号的ASK相干解调.......................................9四、系统仿真及结果分析.............................................11总结...............................................................12参考文献...........................................................13致谢...............................................................143一、前言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。使我对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。通过课程设计加深理解和巩固理论课上所学的有关2ASK调制与解调系统的基本概念、基本理论和基本方法，锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时培养我们进行独立工作习惯和科学素质的培养，为今后学习工作打下良好的基础。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。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。4二、2ASK调制与解调原理2.12ASK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其中典型波形如图所示图2-1典型2ASK波形2ASK信号的功率谱密度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g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；5(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tnTtgatecSnncos)()(0ttsccos)(，设)(0te的功率谱为)(fPe，s(t)的功率谱为)(fPs。则)()(41)(fcfPsfcfPsfPe2)()1()(fGPPffPss2)1(PfsmsmfG)()(smff，sfTjsssefTfTTfGsin)(。22)()(sin)()(sin16)(scscscscseTffTffTffTffTfP)()(161ccffff图2-22ASK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。6图2-3模拟相乘法图2-4数字键控法2.22ASK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2-5、图2-6所示。图2-5非相干解调方式图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“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。7图2-72ASK信号非相干过程的时间波形11100000101abcd8三、程序设计3.1数字信号的ASK调制%数字信号的ASK调制与解调%PartI数字信号的ASK调制clear;%清除空间变量m=[111000101101];%数字信号序列Lm=length(m);%序列的长度F=200;%数字信号的带宽f=800;%正弦载波信号的频率A=1;%载波的幅度Q=f/F;%频率比，即一个码元宽度中的正弦周期个数,为适配下面滤波器参数选%取，推荐将Q设为Q=1/3M=500;%一个正弦周期内的采样点数t=(0:M-1)/M/f;%一个正弦信号周期内的时间carry1=repmat(A*sin(2*pi*f*t),1,Q);%一个码元宽度内的正弦载波信号Lcarry1=length(carry1);%一个码元宽度内的信号长度carry2=kron(ones(size(m)),carry1);%载波信号ask=kron(m,carry1);%调制后的信号N=length(ask);%长度tau=(0:N-1)/(M-1)/f;%时间Tmin=min(tau);%最小时刻Tmax=max(tau);%最大时刻T=ones(size(carry1));%一个数字信号‘1’dsig=kron(m,T);%数字信号波形subplot(7,1,1)%子图分割plot(tau,dsig)%画出数字信号的波形图title('数字信号');gridon%添加网axis([TminTmax-0.21.2])%设置坐标范围9subplot(7,1,2)%子图分割plot(tau,carry2)%画出载波波形title('载波波形');gridon%添加网格axis([TminTmax-1.2*A1.2*A])%设置坐标范围subplot(7,1,3)%子图分割plot(tau,ask)%画出调制后的波形title('调制后的波形');gridon%添加网格axis([TminTmax-1.2*A1.2*A])%设置坐标范围3.2数字信号的ASK相干解调%PartII数字信号的ASK相干解调sig_mul=ask.*carry2;%已调信号与载波信号相乘subplot(7,1,4)%子图分割plot(tau,sig_mul)%画出信号相乘后的波形Title('信号相乘后的波形');gridon%添加网格axis([TminTmax-0.21.2])[Ord,omega_c]=buttord(4*pi*f*0.6,4*pi*f*0.8,2,30,'s');%获得Butterworth模拟低通原型滤波器的阶数及3dB截止频率[num,den]=butter(Ord,omega_c,'s');%由原型滤波器向实际滤波器转换，获得滤波器的分子，分母系数h=tf(num,den);%获得滤波器传递函数%滤波x=lsim(h,sig_mul,tau);%运用模拟滤波器对信号进行滤波subplot(7,1,5)%子图分割plot(tau,x)%画出滤波后的滤形title('滤波后的波形');gridon%添加网格axis([TminTmax-0.30.8])%设置坐标范围10th=0.25;%抽样判决的阈值设置t_judge=(0:Lm-1)*Lcarry1+Lcarry1/2;%抽样判决点的选取y=(x(t_judge))';%抽样判决时刻时的信号值y_judge=1*(y=th)+0*(y=th);%抽样判决信号值的0阶保持y_value=kron(y_judge,ones(size(carry1)));%抽样判决后的数字信号波形n_tau=tau+0.5/F;%抽样判决后的信号对应的时间subplot(7,1,6)%子图分割plot(n_tau,y_value)%画出抽样判决后的数字信号波形title('抽样判决后的数字信号波形');axis([min(n_tau)max(n_tau)-0.21.2])%设置坐标范围gridon%添加网格subplot(7,1,7)%子图分割plot(tau,dsig)%画出原始信号波形与解调后的信号作对比title('原始信号波形与解调后的信号作对比');axis([TminTmax-0.21.2])%设置坐标范围gridon%添加网格11四、系统仿真及结果分析图4-1系统仿真结果结果分析：第一行为数字信号；第二行为载波信号；第三行为调制后的波形；第四行为相干波与经带通滤波器滤波后的信号相乘的结果，即高频部分产生倍频信号z(t)；第五行为z(t)经过低通滤波器滤波后，取出的低频包络信号，可知幅度降为原来的0.5倍；第六行波形为抽样判决并恢复出的原数字序列；第七行为原始数字序列，与恢复后的数字序列作比较，两列波相比，恢复后的信号与原始信号在波形上没有差异，只是恢复后的信号有一定的延时，这是由信号在信道中传播耗时和在解调系统中的延时等相叠加而成。在本仿真设计中，为使仿真过程清晰，忽略了信道的传输延时等，仅考虑了抽样判决点选取时的延时0.5Tb，因码元波特率RB=1000Band，码元宽度Tb=1/Rb=0.001s故0.5Tb=0.0005s，从图中标注