ASK调制解调系统的仿真研究付嘉琦.docx
- 文档编号:15181097
- 上传时间:2023-07-02
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:785.94KB
ASK调制解调系统的仿真研究付嘉琦.docx
《ASK调制解调系统的仿真研究付嘉琦.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ASK调制解调系统的仿真研究付嘉琦.docx(36页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
ASK调制解调系统的仿真研究付嘉琦
通信工程专业
《通信原理》课程设计
题目ASK调制解调系统仿真研究分析
学生姓名付嘉琦学号1113024054
所在院(系)陕西理工学院物理与电信工程学院
专业班级通信工程专业1102班
指导教师魏瑞
完成地点陕西理工学院物理与电信工程学院实验室
2014年3月13日
通信工程专业课程设计任务书
院(系)物理与电信工程学院专业班级通信工程专1102班学生姓名付嘉琦
一、课程设计题目ASK调试解调系统的仿真研究
二、课程设计工作自2014年2月24日起至2014年3月14日止
三、课程设计进行地点:
物理与电信工程学院实验室
四、课程设计的内容要求:
在仿真环境中,完成ASK调制解调系统的仿真设计,完成系统的性能测试,通过仿真结果分析系统性能。
指导教师系(教研室)通信工程系
接受任务开始执行日期2014年2月24日学生签名
基于MATLAB的ASK系统的仿真研究
付嘉琦
(陕西理工学院物理与电信工程学院通信1102班,陕西汉中723003)
指导教师:
魏瑞
[摘要]本文主要是以simulink为基础平台,对2ASK、4ASK信号进行仿真。
振幅键控(ASK)是基带信号控制载波的调制技术,它具有波形振幅随基带信号变化,相位稳定的特点。
本文研究了最小振幅键控系统ASK调制与解调的工作原理,并给出了基于Matlab软件环境的仿真实现以及最后得到的全系统的仿真运行结果。
通过MATLAB软件simulink工具箱完成对整个通信系统的仿真设计,采用改进的ASK调制解调方式的通信系统。
通过仿真我们可以不用通过硬件实验就可以得出实验结果。
通过仿真结果衡量方案的可行性,从中选择最合理的系统配置和参数设置,然后再应用于实际系统中。
[关键词]ASK系统;simulink工具箱;通信系统仿真
[中图分类号]TN702[文献标志码]A
MATLAB-basedMSKsystemsimulation
FuJiaqi
(Grade11,Class2,MajorofCommunicationEngineering,SchoolofPhysicsand
telecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,China)
Tutor:
WeiRui
[Abstract]ThisarticleisbasedontheSimulinkplatform,thesimulationofthe2ASK,4ASKsignal.Amplitudeshiftkeying(ASK)modulationtechnologyisabasebandsignalcontrolcarrier,ithasawaveformamplitudechangeswiththebasebandsignal,phasestability.InthispaperwestudiedtheprincipleofminimumamplitudeshiftkeyingsystemofASKmodulationanddemodulation,andthesimulationresultsaregiventorealizethesimulationenvironmentofMatlabsoftwareandfinallygetthewholesystembasedon.ToolboxthroughMATLABsimulinksoftwaretocompletethesimulationoftheentirecommunicationsystemdesign,animprovedASKmodulationanddemodulationofthecommunicationsystem.Throughsimulationexperimentswecannothavethehardwarecanbeobtainedbyexperimentalresults.Thesimulationresultstomeasurethefeasibility,fromwhichtochoosethemostreasonablesystemconfigurationandparametersettings,andthenappliedinpracticalsystems.
[Keywords]MATLAB;ASKsysytem;simulinktoolbox;communicationsystemsimulation
不要删除行尾的分节符,此行不会被打印
目录
目录1
1.绪论2
2.通信基本简介4
2.1MATLAB/SIMULINK的简介4
2.2通信的概念6
2.3通信系统仿真的意义8
3.数字频带传输系统9
3.1二进制振幅键控的调制9
3.2二进制振幅键控的解调11
3.2.12ASK解调方法11
3.2.2包络检波器解调方法12
3.2.3功率谱密度13
3.34ASK的调制解调15
3.3.14ASK信号的表示式15
3.3.24ASK调制解调原理16
3.44ASK调制解调算法框图17
3.4.14ASK信号的调制17
3.4.24ASK信号的解调17
3.5ASK的抗噪声性能18
4系统的仿真与调试20
4.12ASK的仿真与调试20
4.22ASK设计结果及分析22
4.34ASK的仿真与调试24
4.44ASK设计结果及分析24
4.4ASK设计中遇到的问题及解决方法26
5结论27
致谢28
参考文献29
附录一:
4ASK源程序30
附录二:
2ASK和4ASK总体原理框图32
1.绪论
远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。
为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。
1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。
1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。
1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变的既迅速又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。
1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。
20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。
在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。
数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。
通信按照传统的理解就是信息的传输与交换,为了传递消息,各种消息需要转换成电信号,消息与电信号之间必须建立单一的对应关系,否则在接收端就无法复制出原来的消息。
通常,消息被载荷到电信号的某一参量上,如果电信号的该参量携带着离散消息,则该参量必将是离散取值的。
这样的信号就称为数字信号。
如果电信号的参量连续取值,则称这样的信号为模拟信号。
按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号,可以相应地把通信系统分为两类:
数字通信系统和模拟通信系统。
自1844年5月24日莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界上斯一份电报以来,电报通信已经经历了150多年。
但是长期以来,由于电报通信不如电话通信方便,作为数字通信主要形式的电报却比1876年贝尔发明的电话发展缓慢。
直到20世纪60年代已后,数字通信才日益兴旺起来,数字通信迅速发展的基本原因是它与模拟通信相比,更能适应对通信技术越来越高的要求。
第一数字传输抗干扰能力强,尤其是在中中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累;第二,传输差错可以控制,从而改善了传输的质量;第三,便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理;第四,数字信息易于做高保密性的加密处理;第五,数字通信可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强。
然而,数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的带宽的系统频带而换来的。
以电话为例,一路模拟电话只占据4khz的带宽,而一路传输质量相同的数字电话这可能要占用数十千赫兹的带宽。
在系统频带紧张的场合,数字通信这一缺点显得很突出,但是在系统频带富裕的场合,比如毫米波通信,光通信等场合,数字通信几乎成了唯一的选择。
随着计算机技木和大规模集成技术的发展,数字通信在其发展过程中表现出了强大的生命力,它冲破了传统模拟通信方式的统治,逐步地发展、完善。
可以预言:
随着通信事业的发展,特别是各种宽带传输技术(例如光纤传输、数字微波等)、综合业务数字网(ISDN)的实用化,全数字化的通信方式必将逐步取代模拟通信方式而得到蓬勃发展[1]。
进入20世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。
特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。
(1)微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。
(2)移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望可以实现。
(3)光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。
(4)电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现代电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。
(5)微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越来越低,范围越来越广。
例如,2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。
根据国家信息产业部的统计数据,到2005年底移动电话用户近4亿。
随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。
随着科学技术的进步,人们对通信的要求越来越高,各种技术会不断地应用于通信领域,各种新的通信业务将不断地被开发出来。
到那时人们的生活将越来越离不开通信。
2.通信基本简介
2.1MATLAB/SIMULINK的简介
美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“MatrixLaboratory”(缩写为Matlab)这就是Matlab最早的雏形。
开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。
从Matlab诞生开始,由于其高度的集成性及应用的方便性,在高校中受到了极大的欢迎。
由于它使用方便,能非常快的实现科研人员的设想,极大的节约了科研人员的时间,受到了大多数科研人员的支持,经过一代代人的努力,目前已发展到了7.X版本。
Matlab是一种解释性执行语言,具有强大的计算、仿真、绘图等功能。
由于它使用简单,扩充方便,尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能,使其成为了巨大的知识宝库。
可以毫不夸张的说,哪怕是你真正理解了一个工具箱,那么就是理解了一门非常重要的科学知识。
科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识,这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。
目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面,它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口,同时因为有最丰富的函数库(工具箱),所以计算的功能实现也很简单,进一步受到了科研工作者的欢迎。
另外,,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口,可以方便的实现与其他语言的混合编程,进一步拓宽了Matlab的应用潜力。
可以说,Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一,掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。
在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模块和MATLAB函数,形成一个运算函数和仿真模块的集合体,用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。
通信工具箱中的模块可供直接使用,并允许修改,使用起来十分方便,因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。
MATLAB通信工具箱中的系统仿真,分为用SIMULINK模块框图进行仿真和用MATLAB函数进行的仿真两种。
在用SIMULINK模块框图的仿真中,每个模块,在每个时间步长上执行一次,就是说,所有的模块在每个时间步长上同时执行。
这种仿真被称为时间流的仿真。
而在用MATLAB函数的仿真中,函数按照数据流的顺序依次执行,意味着所处理的数据,首先要经过一个运算阶段,然后再激活下一个阶段,这种仿真被称为数据流仿真。
某些特定的应用会要求采用两种仿真方式中的一种,但无论是哪种,仿真的结果是相同而且很方便。
近几年来,在学术界和工业领域,Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。
Simulink可以很方便地创建和维护一个完整地模块,评估不同地算法和结构,并验证系统的性能。
由于Simulink是采用模块组合方式来建模,从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型,特别是对复杂的不确定非线性系统,更为方便。
Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者两者的混合系统,也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。
另外Simulink还提供一套图形动画的处理方法,使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。
Simulink没有单独的语言,但是它提供了S函数规则。
所谓的S函数可以是一个M函数文件、FORTRAN程序、C或C++语言程序等,通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模块调用。
S函数使Simulink更加充实、完备,具有更强的处理能力[6]。
同Matlab一样,Simulink也不是封闭的,他允许用户可以很方便的定制自己的模块和模块库。
同时Simulink也同样有比较完整的帮助系统,使用户可以随时找到对应模块的说明,便于应用。
目前,随着软件的升级换代,在软硬件的接口方面有了长足的进步,使用Simulink可以很方便地进行实时的信号控制和处理、信息通信以及DSP的处理。
世界上许多知名的大公司已经使用Simulink作为他们产品设计和开发的强有力工
具。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。
确切的说,Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它支持线性和非线性系统,连续、离散时间模型,或者是两者的混合。
系统还可以使多种采样频率的系统,而且系统可以是多进程的。
Simulink工作环境进过几年的发展,已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。
在Simulink环境中,它为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便,故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模,并可直接进行系统的仿真,快速的得到仿真结果。
它的主要特点在于:
1、建模方便、快捷;
2、易于进行模型分析;
3、优越的仿真性能。
它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。
Simulink模块库(或函数库)包含有Sinks(输出方式)、Sources(输入源)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connection(连接与接口)和Extra(其他环节)等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块(或库函数),而且每个子模型库中包含有相应的功能模块,用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。
用Simulink创建的模型可以具有递阶结构,因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。
用户可以从最高级开始观看模型,然后用鼠标双击其中的子系统模块,来查看其下一级的内容,以此类推,从而可以看到整个模型的细节,帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。
在定义完一个模型后,用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。
菜单方式对于交互工作非常方便,而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。
采用Scope模块和其他的显示模块,可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果,若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果,这适用于因果关系的问题研究。
仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。
模型分析工具包括线性化和整理工具,MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。
由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的,因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。
但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。
2.2通信的概念
通信就是克服距离上的障碍,从一地向另一地传递和交换消息。
消息是信息源所产生的,是信息的物理表现,例如,语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。
消息有模拟消息(如语音、图像等)以及数字消息(如数据、文字等)之分。
所有消息必须在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。
所以,信号(Signal)是传输消息的手段,信号是消息的物质载体。
相应的信号可分为模拟信号和数字信号,模拟信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是连续的,如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。
数字信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是离散的,如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。
通信的目的是传递消息,但对受信者有用的是消息中包含的有效内容,也即信息(Information)。
消息是具体的、表面的,而信息是抽象的、本质的,且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。
通信技术,特别是数字通信技术近年来发展非常迅速,它的应用越来越广泛。
通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术,它要将大量有用的信息无失真,高效率地进行传输,同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。
当今的通信不仅要有效地传递信息,而且还有储存、处理、采集及显示等功能,通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和,包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者),它的一般模型如图2-2-1所示。
图2-2-1通信系统一般模型
通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。
数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统,其模型如图2-2-2所示,
图2-2-2数字通信系统模型
数字通信系统较模拟通信系统而言,具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。
因而,数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。
近二十年来,数字通信发展十分迅速,在整个通信领域中所占比重日益增长,在大多数通信系统中已代替模拟通信,成为当代通信系统的主流。
2.3通信系统仿真的意义
在设计新系统或者对原有的通信系统做出修改或者进行相关的研究时,通常要进行建模和仿真,通过仿真结果衡量方案的可行性,从中选择最合理的系统配置和参数设置,然后再应用于实际系统中。
通过仿真,可以提高研究开发工作的效率,发现系统中潜在的问题,优化系统整体性能。
与一般的仿真过程类似,在对通信系统实施仿真之前,首先需要研究通信系统的特性,通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。
通过对系统的仿真,可以不需要实际的硬件环境就可以分析系统的特点。
人们能够通过仿真实验就可以了解msk数字通信系统性能。
这样大大的减少实验的开销,对科学技术的发展是很重要的。
matrix公司的matlab软件是一套功能非常强大的工程技术数值运算和系统仿真软件。
Msk通信系统的仿真设计主要就是使用MATLAB的simulink工具箱进行仿真。
3.数字频带传输系统
在数字基带传输系统中,为了使数字基带信号能够在信道中传输,要求信道应具有低通形式的传输特性。
然而,在实际信道中,大多数信道具有带通传输特性,数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。
必须用数字基带信号对载波进行调制,产生各种已调数字信号。
数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的,一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。
但是,数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点,其取值是有限的离散状态。
这样,可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。
基本的三种数字调制方式是:
振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK或DPSK)。
3.1二进制振幅键控的调制
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
(3-1-1)
其中:
(3-1-2)
Ts是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:
(3-1-3)
则二进制振幅键控信号可表示为
(3-1-4)
二进制振幅键控信号时间波型如图3-1所示.由图3-1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).二进制振幅键控信号的产生方法如图3-2所示,图(a)是采用模拟相乘的方法实现,图(b)是采用数字键控的方法实现.
图3-1二进制振幅键控信号调制器原理框图
(a)(b)
图3-2二进制振幅键控信号调制器原理框图
3.2二进制振幅键控的解调
3.2.12ASK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),相应的接收系统如图3-2-1、图3-2-2所示。
由图3-2-2可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似.所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。
图3-2-1相干解调方式
图3-2-2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。
此次课程设计主要使用非相干解调(包络检波法)。
3.2.2包络检波器解调方法
2ASK信号最常用的解调方法是包络检波法,这种方法根据信号的振幅与数字符号直接对应的的特点,其原理与AM的包络检波类似。
由于它不需要任何载波信息,因而属于非相干解调。
并且由上面原理框图可知,接收系统中包含下面三个基本单元:
(1)带通滤波器(BPF)对准信号的频带,让信号几乎无失真通过的同时尽量抑制带外噪声。
通常,中心频率为
,带宽为
,B为基带信号带宽,常常取为
。
因为,可以为BPF的输出为
(3-2-1)
假定信道中的白噪声的功率谱密度为
,则上式中的n(t)而为窄带高斯白噪声,功率(方差)为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- ASK 调制 解调 系统 仿真 研究 付嘉琦