2ASK调制及相干解调电路设计

课程设计班级：通信13-4班姓名：郭娟学号：1306030405指导教师：林森成绩：通信原理课程设计报告电子与信息工程学院信息与通信工程系通信原理课程设计12ASK调制及相干解调电路设计摘要这次的课程设计我做的是2ASK的调制与相干解调设计，并通过仿真平台MATLAB/simulink搭建仿真电路进行仿真。通过查阅资料，我设计了两种电路，分别是理想情况下的和加入高斯白噪声情况下的2ASK调制与相干解调。在设计中，先通过原理图画出电路图形，再在Simulink里调用相应的模块进行仿真电路的搭建。通过观察仿真结果，对输入信号与输出信号的比较，可以确定该设计的电路可以较为成功的完成设计目的。关键词MATLAB/simulink；2ASK；调制；相干解调；高斯白噪声2ASK调制与相干解调电路设计2目录摘要.................................................1前言.................................................3设计要求.............................................31.概述...............................................41.1二进制振幅键控的基本原理.......................41.1.1基本原理.....................................41.1.22ASK/OOK产生方法..............................51.1.32ASK解调方法.................................62.基于simulink的2ASK的系统仿真......................62.12ASK调制与解调...................................62.1.1仿真模型建立.................................72.1.2参数设定.....................................72.1.3各阶段波形观察...............................102.2加入高斯白噪声的2ASK调制与解调.................132.2.1仿真模型建立.................................132.2.2参数设置.....................................132.2.3各阶段波形...................................153.总结分析...........................................18参考文献.............................................18通信原理课程设计3前言数字信号的传输方式分为基带传输（basebandtransmission）和带通传输（bandpasstransmission）。而在实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（以调信号）的过程称为数字调制（digitalmodulation）。调制的方法主要是通过对载波的幅度、频率、或相位来传送信息，相应的数字调制称为振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。如果数字调制信号的可能状态与二进制信息符号或它的相应基带信号状态一一对应则称以调信号为二进制数字调制信号。本次设计的是2ASK调制，即是通过调制信号对载波振幅的调制实现数字调制。在解调电路的设计中选择的是相干解调的方法。设计要求（1）要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度。要敢于创新，勇于实践，注意培养创新意识和工程意识。(2)广泛查阅相关资料，独立、认真设计，对有抄袭他人设计图纸(论文)或找他人代画设计图纸、代做论文等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定予以处理。(3)掌握课程的基本理论和基本知识，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书(论文)撰写规范，内容叙述准确，字迹工整，条理清晰，画图符合标准。答辩中回答问题正确。(4)针对设计重点进行论述与说明，如为何选择、如何选择、重点参数的计算、如何进一步改进等。特别要突出自己的新认识、新体会、新观点。文中符号、图、表要统一标准。硬件设计部分主要包括电路图设计、各子系统工作过程、具体元件的选择依据等。软件设计部分主要包括程序流程图和程序代码。2ASK调制与相干解调电路设计41.概述1.1二进制振幅键控的基本原理1.1.1基本原理振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种工作状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。一种常用的二进制振幅键控方式称为通-断键控（OOK）,其表达式为”时发送“以概率”时发送“以概率0P-11P0costAtecook可见，载波在二进制基带信号)(ts控制下通-断变化，所以这种键控又称为通-断键控。在OOK中，某一种符号（“0”或“1”）用没有电压来表示。2ASK信号的一般表达式为ttstecASKcos2其中nsnnTtgats式中：ST为码元持续时间；)(tg为持续时间为ST的基带脉冲波形。为简便起见，通常假设)(tg的高度为1、宽度等于ST的矩形脉冲；na是第n个符号的电平取值。若取P-10P1概率为概率为na则相应的2ASK信号就是OOK信号。通信原理课程设计5图1.12ASK/OOK信号时间波形1.1.22ASK/OOK信号的产生方法2ASK信号的产生方式通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和建控法，相应的调制器如下图所示。二进制不归零信号tccosteASK2乘法器S(t)图1.2模拟相乘法teASK2开关电路tccoss(t)图1.3数字键控法本设计采用的是模拟调制法，即用乘法器（multiplier）实现。2ASK调制与相干解调电路设计61.1.32ASK信号的解调方法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）。本课程设计要求采用的是相干解调的方法，其接收系统的组成框图如下图。图1.4相干解调方式框图2.基于simulink的2ASK的系统仿真2.12ASK调制与解调2.1.1仿真模型建立用MATLAB的simulink中的模块创建仿真系统。用正弦波和一个基带信号通过相乘器得到2ASK信号，然后再与载波相乘，之后通过低通滤波器滤除载波，最后通过由零阶保持器和量化编码器组成的抽样判决器，最后通过示波器观察各阶段波形。在simulink上创建的仿真系统如下图。图1.5仿真系统通信原理课程设计72.1.2参数设定（1）基带信号参数基带信号是由伯努利二进制随机数产生器产生，参数设置如下设置采样周期为0.5s，即信号频率为2Hz。图1.6基带信号参数（2）载波参数载波采用的是正弦波，幅度设置为1V，频率设置为10HZ。图1.7载波参数2ASK调制与相干解调电路设计8（3）示波器参数设置图1.8示波器参数设置（4）低通滤波器参数设置低通滤波器的作用是滤除载波，所以截止频率应大于等于基带信号频率并小于载波频率，此处设置为2Hz，即正好等于基带信号频率。图1.9低通滤波器参数设置（5）零阶保持器的参数设置零件保持器的抽样频率应与基带信号保持一致，它的作用是将模拟信号通过抽样通信原理课程设计9量化变为离散信号。图1.10零阶保持参数设置（6）量化编码器的参数设置量化的判决门限电压为零阶保持器输出信号幅度的1/2，即为0.25，量化的输出设置为[01],即在大于0.25时判决为1，小于0.25时判决为0。图1.11量化编码器的参数设置2ASK调制与相干解调电路设计102.1.3各阶段波形观察2.1.3.1基带信号图1.12基带信号波形2.1.3.2载波信号图1.13载波信号波形通信原理课程设计112.1.3.32ASK信号图1.142ASK信号波形2.1.3.4经过相乘器后的信号图1.15相乘以后信号波形2.1.3.5经过低通滤波器的信号图1.16经LPF滤波器信号波形2ASK调制与相干解调电路设计122.1.3.5经过零阶保持器的信号图1.17经过零阶段保持器信号波形2.1.3.6基带信号与输出信号的比较（上为基带信号）图1.18基带信号与输出信号的比较由上面的波形可以看出，基带信号被无失真的解调出来，信号解调成功，并且存在1bit的延时（零阶保持器的采样频率乘以时延时间）。2.2加入高斯白噪声的2ASK调制与解调2.2.1仿真模型建立用MATLAB的simulink中的模块创建仿真系统。首先用正弦波和一个基带信号通过相乘器得到2ASK信号，然后加入加性高斯白噪声，通过带通滤波器之通信原理课程设计13后再与载波相乘，之后通过低通滤波器滤除载波，最后通过由零阶保持器和量化编码器组成的抽样判决器，最后通过示波器观察各阶段波形。在simulink上创建的仿真系统如下图。图1.19仿真系统2.2.2参数设置2.2.2.1高斯白噪声参数设置高斯白噪声的频率设置为1Hz。图1.20高斯白噪声的频率设置2ASK调制与相干解调电路设计142.2.2.2带通滤波器参数设置带通滤波器的作用就是滤除信号中除了基带信号和载波之外的无用干扰信号，在前一个设计中因为是模拟理想条件下的未加入噪声的，所以省去了带通滤波器，带通滤波器上限截止频率为载波信号频率和基带信号频率之和，下限截止频率为载波信号频率与基带信号频率之差，分别为12Hz和8Hz。图1.21带通滤波器参数设置2.2.3各阶段波形2.2.3.1高斯白噪声波形通信原理课程设计15图1.22高斯白噪声波形2.2.3.2加入高斯白噪声后的2ASK信号图1.23加入高斯白噪声后的2ASK信号波形2.2.3.3通过带通滤波器后的波形2ASK调制与相干解调电路设计16图1.24通过带通滤波器后的波形2.2.3.4通过相乘器的波形图1.25通过相乘器后的波形2.2.3.5通过低通滤波器的波形通信原理课程设计17图1.26通过LPF的波形2.2.3.6基带信号与输出信号的比较（上为基带信号）图1.27基带信号与输出信号的比较通过上面的波形，可以看出在加入噪声后，各阶段的波形出现了一定程度的失真，但在最终解调出来的信号与基带信号相比，还是较为成功的。2ASK调制与相干解调电路设计183.总结分析本次通信原理的课程设计，是我上大学以来第一次进行的有关自己专业的设计实践，让我对课本上学习到的那些知识有了更深刻的理解。在做课程设计的过程中，我首次接触到了MATLAB里的simulink软件，一开始根本不会运用，并且由于界面全是英文，更加加深了难度，但后来通过上网和去图书馆查阅资料，我基本掌握了对simulink的使用，知道了怎么搜索各种模块，以及各个模块的作用和参数设置。在正式开始完成本次设计的目标时，首先要明白2ASK调制与相干解调的原理，这在上课就已经听老师详细的说过了，但由于只是单纯的听讲从未实践，所以很多地方不是太懂，导致在设计抽样判决器的时候出现了困难，但最后在查阅一些资料之后成功的完成了设计。2ASK信号就是载波信号的幅度按照数字基带信号变化，在解调之后出来的信号就是基带信号。本次课程设计，通过对simulink的运用，让我对书本上的知识记忆的更加深刻了，如果只是单纯的听讲是没办法真正理解这些知识的，并且记忆的也并不牢固，只有亲手去搭建仿真电路，去观察每一步的波形，才能真正明