ask鍵控課程設計--基于matlab的2ask數字調制與解調的系統(tǒng)仿真

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　基于MATLAB的2ASK數字調制與解調的系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數字調制解調技術在數字通信中占有非常重要的地位，數字通信技術與MATLAB的結合是現代通信系統(tǒng)發(fā)展的一個必然趨勢。文中介紹了2ASK調制解調的

2、原理，2ASK調制主要采OOK開關鍵控的方法2ASK解調主要采用相干解調的方法。文中還介紹了基于MATLAB如何實現2ASK調制解調的系統(tǒng)仿真。仿真主采用MATLAB腳本文件編寫程序對調制和解調系統(tǒng)進行仿真并獲得系統(tǒng)各部分的波形。同時還用Simulink對2ASK振幅調制和解調系統(tǒng)的進行仿真以及仿真噪聲對系統(tǒng)的影響。仿真結果都驗證了該設計的正確性 。</p><p>　　關鍵詞： MATLAB ；Simulink

3、仿真；2ASK；調制；解調。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要...........................................................1</p><p>　　關鍵詞...................................................

4、......1</p><p>　　目錄...........................................................1</p><p>　　1 引言.......................................................2</p><p>　　1.1 設計目的.............

5、..................................2</p><p>　　1.2 設計內容...............................................2</p><p>　　2 2ASK調制與解調原理.........................................2</p><p>　　2.1

6、2ASK調制原理...........................................2</p><p>　　2.2 2ASK調制原理...........................................3</p><p>　　3 基于M文件的2ASK調制與解調仿真..............................4</p><

7、;p>　　3.1 基于M文件的2ASK調制仿真...............................4</p><p>　　3.2 基于M文件的2ASK解調仿真...............................6</p><p>　　3.3 基于M文件的2ASK調制與解調仿真結果分析.................9</p><p>　　

8、4 基于Simulink的2ASK調制與解調仿真...........................10</p><p>　　4.1 2ASK調制與解調Simulink仿真電路圖......................10</p><p>　　4.2 所用模塊參數設置 ......................................10</p><

9、p>　　4.3 Simulink仿真波形.......................................16</p><p>　　4.4 Simulink仿真結果分析...................................20</p><p>　　5 結束語................................................

10、......20</p><p>　　6 參考文獻....................................................21</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　1.1 課程設計目的</p><p>　　通過本課程設計，不僅能加深我們理解和鞏固理論課上

11、所學的有關2ASK調制與解調系統(tǒng)的基本概念、基本理論和基本方法，而且能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時對我們進行良好的獨立工作習慣和科學素質的培養(yǎng)，為今后參加科學工作打下良好的基礎。</p><p>　　1.2 課程設計內容</p><p>　　利用MATLAB編寫程序對調制和解調系統(tǒng)進行仿真并獲得調制解調波形，同時還利用Simulink仿真平臺,設計一個2ASK調制與解調系統(tǒng).用示

12、波器觀察調制前后的信號波形;加上高斯噪聲源,改變噪聲功率，測試噪聲對整個系統(tǒng)的影響，進一步分析系統(tǒng)的特性。</p><p>　　2 2ASK調制與解調原理</p><p>　　2.1 2ASK調制原理</p><p>　　振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數字基帶信號而變化的數字調制。當數字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。 設發(fā)送的二進制符號序列由0、1序列組成

13、，發(fā)送0符號的概率為P，發(fā)送1符號的概率為1-P，且相互獨立。該二進制符號序列可表示為</p><p>　　s(t)= (2-1)</p><p>　　其中: an= 0, 發(fā)送概率為P</p><p>　　1, 發(fā)送概率為1-P </p><p>　　

14、Ts是二進制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖:</p><p>　　g(t)= 1 0 TS </p><p>　　0 其他</p><p>　　則二進制振幅鍵控信號可表示為</p><p>　　 e2ASK(t)=</p&

15、gt;<p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　圖1 二進制振幅鍵控信號時間波型 【1】</p><p>　　二進制振幅鍵控信號時間波型如圖1 所示。 由圖1 可以看出，2ASK信號的時間波形e2ASK(t)隨二進制基帶信號s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號（OOK信號）。 二進制振幅鍵控信號的產生方法如圖2 所示，圖(a

16、)是采用模擬相乘的方法實現， 圖(b)是采用數字鍵控的方法實現。</p><p>　　圖2 二進制振幅鍵控信號調制器原理框圖</p><p>　　2.2 2ASK解調原理</p><p>　　由圖1 可以看出，2ASK信號與模擬調制中的AM信號類似。所以對2ASK信號也能夠采用非相干解調(包絡檢波法)和相干解調(同步檢測法)，其相應原理方框圖如圖3 所示。

17、</p><p>　　圖 2-1 相干解調</p><p>　　圖2-2 非相干解調</p><p>　　相干解調也叫同步解調，就是利用相干波和接收到的2ASK信號相乘分離出包含原始數據信號的低頻信號，再進行抽樣判決恢復數字序列。相干波必須是與發(fā)送端同頻同相的正弦信號 。在圖3中：</p><p><b>　　(2-3)</b

18、></p><p>　　上式中，1/2m(t)是基帶信號，1/2m(t)cos(2ωct)是頻率為2ωc的高頻信號，利用低通濾波器可檢出基帶信號，再經抽樣判決，即可恢復出原始數字信號序列{an}。2ASK信號帶寬為碼元速率的2倍，即：B2ask=2Rb，式中Rb為信息速率。</p><p>　　兩圖的抽樣判決器的作用都是：信號經過抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設抽

19、樣判決門限為b，當信號抽樣值大于b時，判為“1”碼；信號抽樣值小于b時，判為“0”碼。</p><p>　　3 基于M文件的2ASK調制與解調仿真</p><p>　　3.1 基于M文件的2ASK調制仿真</p><p>　　編寫M腳本文件，對數字序列110010000101進行2ASK調制仿真。數字信號的碼元速率為1000Band，載波頻率為4kHz。下面先給出程

20、序：</p><p>　　%數 字 信 號 的 ASK 調 制 與 解 調</p><p>　　%Part I 數 字 信 號 的 ASK 調 制</p><p>　　clear; %清 除 空 間 變 量</p><p>　　m=[1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0

21、1]; %數字信號序列</p><p>　　Lm=length(m); %序 列 的 長 度</p><p>　　F=200; %數 字 信 號 的 帶 寬</p><p>　　f=800;

22、 %正 弦 載 波 信 號 的頻率</p><p>　　A=1; %載 波 的 幅 度</p><p>　　Q=f/F; %頻率比，即一個碼元寬度中正弦周期個數</p><p>　　Q>=1/3

23、 %為適配下面濾波器參數選取，設置Q值</p><p>　　M=500; %一 個 正 弦 周 期 內 的 采 樣 點 數</p><p>　　t=(0:M-1)/M/f; %一 個 正 弦 信 號 周 期 內 的 時 間 </p><p>　　carry1=repmat(A*sin(2*p

24、i*f*t),1,Q);%一個碼元寬度內的正弦載波信號</p><p>　　Lcarry1=length(carry1); %一 個 碼 元 寬 度 內 的 信 號 長 度</p><p>　　carry2=kron(ones(size(m)),carry1); %載 波 信 號</p><p>　　ask=kron(m,carr

25、y1); %調制 后 的 信 號</p><p>　　N=length(ask); %長 度</p><p>　　tau=(0:N-1)/(M-1)/f; %時 間</p><p>　　Tmin=min(tau); %最 小 時 刻</p><p>

26、;　　Tmax=max(tau); %最 大 時 刻</p><p>　　T=ones(size(carry1)); %一 個 數 字 信 號 ‘1’</p><p>　　dsig=kron(m,T); %數 字 信 號 波 形</p><p>　　figure('toolbar','none&

27、#39;,... %設置是否顯示工具欄：否</p><p>　　'menu','none',... %設置是否顯示菜單欄：否</p><p>　　'name','2ASK數字調制',...%設置對話框名稱</p><p>　　'color','y',...

28、 %設置背景顏色</p><p>　　'Resize','on'); %設置是否可以改變窗口大小</p><p>　　subplot(3,1,1) %子 圖 分 割</p><p>　　plot(tau,dsig) %畫

29、 出 數 字 信 號 的 波 形 圖</p><p>　　title('數字信號波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p><p>　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p>

30、<p>　　grid on %添 加 網格</p><p>　　axis([Tmin Tmax -0.2 1.2]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　subplot(3,1,2) %子 圖 分 割</p>

31、<p>　　plot(tau,carry2) %畫 出 載 波 波 形</p><p>　　title('載波波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p><p>　　xlabel('時間

32、 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　grid on %添 加 網 格</p><p>　　axis([Tmin Tmax -1.2*A 1.2*A]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　subplot(3,1,3)

33、 %子 圖 分 割</p><p>　　plot(tau,ask) %畫 出 調 制 后 的 波 形</p><p>　　title('調制后波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p>

34、<p>　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　grid on %添 加 網 格</p><p>　　運行程序結果：如圖（4） <

35、/p><p>　　圖（4）2ASK數字調制</p><p>　　圖4中的第一個波形為馬元速率為1000Band的數字信號序列，第二個波形為頻率為4kHz的載波，第三個波形為2ASK數字調制后的波形。</p><p>　　3.2 基于M文件的2ASK解調仿真</p><p>　　編寫2ASK解調程序，運行程序，對解調進行仿真。相應M文件程序如下

36、</p><p>　　%PartII數字信號的ASK相干解調</p><p>　　axis([Tmin Tmax -1.2*A 1.2*A]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　sig_mul=ask.*carry2; %已 調 信 號 與 載 波 信 號 相 乘</p><p>　　figure('toolb

37、ar','none',... %設置是否顯示工具欄：否</p><p>　　'menu','none',... %設置是否顯示菜單欄：否</p><p>　　'name','2ASK數字解調',...%設置對話框名稱</p><p>　　'color'

38、,'c',... %設置背景顏色</p><p>　　'Resize','on'); %設置是否可以改變窗口大小</p><p>　　figure(2) %圖 形 2</p><p>　　subplot(4,1,1)

39、 %子 圖 分 割</p><p>　　plot(tau,sig_mul) %畫 出 信 號 相 乘 后 的 波 形</p><p>　　title('調制后波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p><p>

40、　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　grid on %添 加 網 格</p><p>　　axis([Tmin Tmax -0.2 1.2]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　%Bu

41、tterworth 模 擬 低 通 濾 波 器 設 計</p><p>　　[Ord,omega_c]=buttord(4*pi*f*0.6,4*pi*f*0.8,2,30,'s');</p><p>　　%獲 得 Butterworth 模 擬 低 通 原 型 濾 波 器 的 階 數 及 3dB 截 止 頻 率</p><p>　　[num,den

42、]=butter(Ord,omega_c,'s');</p><p>　　%由 原 型 濾 波 器 向 實 際 濾 波 器 轉 換 ，獲 得 濾 波 器的分子，分母系數</p><p>　　h=tf(num,den); %獲 得 濾 波 器 傳 遞 函 數 %濾 波</p><p>　　x=lsim(h,sig_mul,tau)

43、;%運 用 模 擬 濾 波 器 對 信 號 進 行 濾 波</p><p>　　subplot(4,1,2) %子 圖 分 割</p><p>　　plot(tau,x) %畫 出 濾 波 后 的 濾 形</p><p>　　title('

44、經濾波器后波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p><p>　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　grid on

45、 %添 加 網 格</p><p>　　axis([Tmin Tmax -0.3 0.8]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　th=0.25; %抽 樣 判 決 的 閾 值 設 置</p><p>　　t_judge=(0:Lm-1)*Lcar

46、ry1+Lcarry1/2; %抽 樣 判 決 點 的 選 取</p><p>　　y=(x(t_judge))'; %抽 樣 判 決 時 刻 時 的 信 號 值</p><p>　　y_judge=1*(y>=th)+0*(y<=th); %抽 樣 判 決 信 號 值 的 0 階 保 持</p>&

47、lt;p>　　y_value=kron(y_judge,ones(size(carry1))); %抽 樣 判 決 后 的 數 字 信 號 波 形</p><p>　　n_tau=tau+0.5/F; %抽 樣 判 決 后 的 信 號 對 應 的 時 間</p><p>　　subplot(4,1,3) %子 圖 分 割&l

48、t;/p><p>　　plot(n_tau,y_value) %畫 出 抽 樣 判 決 后 的 數 字 信 號 波 形</p><p>　　title('經抽樣判決后波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例</p><p>

49、;　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　axis([min(n_tau) max(n_tau) -0.2 1.2]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　grid on %添 加 網 格</p><p>

50、　　subplot(4,1,4) %子 圖 分 割</p><p>　　plot(tau,dsig)%畫出原始信號波形與解調后的信號作對比</p><p>　　title('解調波和原始信號波形'); %圖像名稱</p><p>　　ylabel('幅度 / V'); %縱坐標圖例<

51、;/p><p>　　xlabel('時間 / s'); %橫坐標圖例</p><p>　　axis([Tmin Tmax -0.2 1.2]) %設 置 坐 標 范 圍</p><p>　　grid on %添 加 網 格</p&g

52、t;<p>　　運行結果的到相應的解調波形：如圖（5）</p><p>　　圖 5 2ASK數字解調波形</p><p>　　圖5的第一個波形為調制后的波形，第二個波形為經過濾波器后的波形，第三個為經過抽樣判決器后的波形，第四個為調制前的數字信號波形，通過對比，驗證了系統(tǒng)的正確性。</p><p>　　3.3 基于M文件的2ASK調制與解調仿真結果分析

53、</p><p>　　通過M文件的對2ASK調制與解調系統(tǒng)的仿真可以的出，振幅鍵控調制是利用載波的幅度變化來傳遞數字信息，在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，當數字二進制信息為1時，載波的幅度也為1 ，當二進制信息為0時，相應的載波幅度也變?yōu)?。解調過程正好與調制過程相反，即調制的逆過程，以上的M文件仿真的是相干解調法，當2ASK調制信號通過帶通濾波器后，濾除了帶外噪聲，再經過一個乘法器與原載波同頻同相的正

54、弦波相乘，然后通過低通濾波器，最后經過抽樣判決器判決得到原始的數字信號。從仿真的結果圖來看，可以看出這個2ASK調制與解調系統(tǒng)設計的是比較成功的。</p><p>　　4 基于Simulink的2ASK調制與解調仿真</p><p>　　4.1 2ASK調制與解調系統(tǒng)Simulink仿真電路圖</p><p>　　圖 6 二級2ASK調制與解調系統(tǒng)的仿真電路圖&l

55、t;/p><p>　　此系統(tǒng)所用仿真電路模塊有: 伯努利二進制發(fā)生器模塊，正弦波發(fā)生器模塊，功率譜密度模塊，高斯噪聲發(fā)生器Gaussian Noise Generator模塊，模擬濾波器模塊，誤碼率計算模塊，采樣量化編碼模塊，示波器模塊。伯努利二進制發(fā)生器模塊用于發(fā)出源信號，示波器用于觀察波形。</p><p>　　4．2所用模塊參數設置</p><p>　　伯努利二進

56、制發(fā)生器模塊ernoulli Binary Generator的參數設置為：Probability of a zero 0概率設為0.5，initial seed設為100，Sample time抽樣時間為1S，Sample per frame輸入信息碼設為1。 </p><p>　　圖7 ernoulli Binary Generator的參數設置</p><p>　　Power S

57、pectral Density功率譜密度模塊的參數設置為：Sample time抽樣時間為0.1s。Length of the buffer緩沖器長度設為128。</p><p>　　圖8 Power Spectral Density的參數設置</p><p>　　正弦波Sine Wave的參數設置為：頻率設為60rad/sec。</p><p>　　圖8 S

58、ine Wave的參數設置</p><p>　　Product1相乘器模塊的參數設置為：輸入端數量設為2。</p><p>　　圖 9 Product1的參數設置</p><p>　　Gaussian Noise Generator模塊的設置為：Sample time抽樣時間為0.01s。</p><p>　　圖 10 Gaussian

59、Noise Generator的參數設置</p><p>　　Sum加法器模塊的參數設置為：sample time 設為-1。</p><p><b>　　t </b></p><p>　　圖 11 Sum加法器模塊的參數設置</p><p>　　Analog Filter Design帶通濾波器模塊的參數設置為：fi

60、lter order為 8，Lower passband edge frequency 最低通帶為40,Upper passband edge frequency 最高通帶頻率為75。</p><p>　　圖12 帶通濾波器模塊的參數設置</p><p>　　Power Spectral Density功率譜密度兩個模塊的參數設置都設為為：Sample time抽樣時間為0.1s。<

61、;/p><p>　　圖13 功率譜密度模塊的參數設置</p><p>　　Abs整流器模塊的參數設置為：抽樣時間設為-1.</p><p>　　圖14 Abs整流器的參數設置</p><p>　　Analog Filter Design1低通濾波器模塊的參數設置為：filter order濾波器階數為 8，passband edge freq

62、uency 截止頻率為60rads/sec。</p><p>　　圖15 低通濾波器的參數設置</p><p>　　Switch開關模塊的參數設置為：閾值設為0.6，</p><p>　　圖16 Switch開關的參數設置</p><p>　　14．Scope1的參數設定為：示波器的接口有3個，時間范圍是自動調整</p>&l

63、t;p>　　圖17 Scope1的參數設定</p><p>　　15. Scope2的參數設定為：示波器的接口有4個，時間范圍是自動調整</p><p>　　圖18 Scope2的參數設定</p><p>　　Scope4的參數設定為：示波器的接口有2個，時間范圍是自動調整</p><p>　　圖19 Scope4的參數設定<

64、;/p><p>　　4.3 Simulink仿真波形</p><p>　　4.3.1 調制前的功率譜密度</p><p><b>　　圖20 </b></p><p>　　4.3.2 調制后的功率譜密度</p><p><b>　　圖21</b></p><

65、p>　　4.3.3 2ASK調制各部分波形</p><p><b>　　圖22</b></p><p>　　第一個為波形為載波，第二個為數字信號波形，第三個為2ASK調制波形</p><p>　　4.3.4 解調各部分波形</p><p><b>　　高斯白噪聲波形：</b></p>

66、;<p><b>　　圖22</b></p><p><b>　　解調過程各路波形：</b></p><p><b>　　圖23</b></p><p>　　第一個為加了噪聲后的調制波形，第二個為經過帶通濾波器后的波形，第三個為經過整流器后的波形，第四個為經過低通濾波器后的波形。<

67、/p><p>　　4.3.5 解調輸出波形及比較</p><p>　　解調后波形和原始輸入數字信號波形：可以看出解調出來的波形在時間上有一定的延遲，但基本和原來信號一致。</p><p><b>　　圖24</b></p><p>　　4.4 Simulink仿真結果分析 </p><p>　　從以上

68、Simulink對2ASK調制與解調系統(tǒng)的仿真結果可以看出，數字振幅鍵控調制過程如M文件仿真時所說的一樣：振幅鍵控調制是利用載波的幅度變化來傳遞數字信息，在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，當數字二進制信息為1時，載波的幅度也為1 ，當二進制信息為0時，相應的載波幅度也變?yōu)?。而在用Simulink對2ASK解調仿真時，我用的是非相干解調，并且加入了高斯白噪聲來仿真噪聲對解調系統(tǒng)的影響，在已調信號經過參數正確的帶通濾波器后，基本上

69、能把帶外的高斯噪聲濾除，然后在經過一個整流器，在經過一個低通濾波器，最后進行抽樣判決，還原出原始數字信號，由解調出來的信號波形一原始信號波形進行對比可以看出，解調出來的波形在時間上有一定的延遲，但總體波形與原始信號波形一致，說明此Simulink對整個調制與解調系統(tǒng)的仿真設計是成功的。</p><p><b>　　5 結束語</b></p><p>　　在這將近兩周

70、的課程設計，我學習到了很多。首先，使我認識到做課程設計是培養(yǎng)我們綜合運用所學知識，發(fā)現，提出，分析和解決實際問題的能力，同時使我們將平時學習的理論知識與實際操作相結合，我學會了將知識運用于實際的方法，也提高了我的分析和解決問題的能力，也讓我掌握simulink仿真平臺的使用方法以及一些基本通信電路的結構原理，應該說是收益良多。通過本次課程設計，對Matlab及Simulink有了初步的了解，學會簡單運用Matlab和Simulink進行

71、簡單得仿真，將理論在實踐中得到驗證和應用，同時進一步鞏固了課堂所學知識。在此過程中，不斷嘗試，不斷遇見困難，發(fā)現問題，解決問題，培養(yǎng)了獨立學習能力及實踐能力，有效的完善了之前學習過程中的理論不足、實踐不足。</p><p>　　然而，在設計的過程中，遇到過許多困難，比如參數設置的不理想，因此總是會出現波形失真的現象；改變輸入信號參數，尤其是輸入信號頻率，就需要調試帶通濾波器、低通濾波器，及抽樣判決的參數等問題，通

72、過不斷嘗試，在詢問老師和同學，在老師的教導下，在同學的幫助下，以及自己上網查找資料和查詢參考書讓我成功的完成此次設計。</p><p>　　在這次課程設計中，我也發(fā)現了自身很多的不足，比如基礎知識不太扎實，容易煩躁，不細心等等，這些必須在將來的學習生活中慢慢改進，加以克服，從中我懂得真理需要在一次又一次不斷的耐心實踐中才能獲得，不但在知識上，更在人生道路上給我上了重要的一課。</p><p&g

73、t;<b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　【1】通信原理（第六版），樊昌信，曹麗娜，國防工業(yè)出版社，2008</p><p>　　【2】MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用，徐明遠，西安電子科技大學出版社</p><p>　　【3】現代通信系統(tǒng)分析與仿真，李建新，劉乃安，西安電子科技大學出版設</p><