西电通信原理大作业

通信原理大作业——2ASK信号传输仿真2ASK信号传输仿真一、2ASK信号2ASK（二进制振幅键控）是通过对载波的振幅的控制，从而实现数字调制。它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、仿真任务对于2ASK信号传输仿真：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。对调制解调过程中的波形进行时域和频域观察，并且对解调结果进行误码率测量。2ASK信号的解调可以选用包络解调或者相干解调法。本实验主要是利用MATLAB软件,设计一个2ASK调制与解调系统。可以使用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，也可以使用matlab本身的语言环境，均可以完成仿真内容。其中，simulink操作环境如图：三、2ASK调制与解调原理3.1、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：twnTtgatwtstecnsncASKcos)()(cos)()(2(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。（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3.2、2ASK解调原理与AM信号的解调方法一样，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。与模拟限号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对于提高数字信号的接收性能是必要的。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。图62ASK信号非相干解调过程的时间波形四、2ASK调制解调系统4.1、使用simulink的仿真（1）、仿真电路图通过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。11100000101abcd图72ASK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。（2）、simulink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，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。4.2基于matlab语言的仿真（1）、matlab语言clc;clearall;closeall;%信源a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01));subplot(511)plot(t,m);axis([01.2-0.21.2]);title('信源');%载波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK调制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis([01.2-1.21.2])title('2ASK信号')%加高斯噪声nst=awgn(st,70);%在信号st中加入高斯白噪声%解调部分nst=nst.*carry;subplot(513)plot(t,nst)axis([01.2-0.21.2]);title('乘以相干载波后的信号')%低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');%低通滤波h=tf(B,A);%转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t);subplot(514)plot(t,dst)axis([01.2-0.21.2]);title('经过低通滤波器后的信号');%判决器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(515)plot(t,pdst)axis([01.2-0.21.2]);title('经过抽样判决后的信号')（2）、matlab仿真实验结果及分析数字信号的2ASK调制及解调波形图五、仿真结果分析5.1、调制前后信号频谱的变化2ASK信号的功率谱密度示意图：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。图16基带信号频谱图172ASK调制后信号频谱由图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。5.2、2ASK相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”发“，”发“0)(1),()(tntnatxcc当发送“0”时，概率密度函数为22202exp21)(nnxxf（2）当发送“1”时，概率密度函数为22212)(exp21)(nnaxxf（3）发送1码元，接收为0码元的错误概率为dxxfbxPPbe)(}{11（4）发送0码元，接收为1码元的错误概率为)2(21)(}{00nbeaberfcdxxfbxPP（5）其中xuduexerfc22)(总的误码率为10)1()0(eeePPPPP（6）当P(0)=P(1)时，总的误码率为)2(21)221(21)22(2122rerfcaerfcaerfcPnne（7）当r1时，近似地4/reeraP六、学习心得2ASK是20世纪初最早用于无线电报中的数字调制方式之一，它的解调方法有包络检波法和同步检测法，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。