基于SIMULINK的2ASK频带传输系统的仿真.doc

通信系统建模与仿真课程设计 2009 级 通信工程 专业 72 班级 题 目 基于SIMULINK的2ASK频带传输系统的仿真 姓 名 学号 指导教师 2012年5月21日1 任务书 试建立一个ASK频带传输模型，产生一段随机的二进制非归零码的基带信号，对其进行ASK调制后再送入加性高斯白噪声（AWGN）信道传输，在接收端对其进行ASK解调以恢复原信号，观察还原是否成功，改变AWGN信道的信噪比，计算传输前后的误码率，绘制信噪比-误码率曲线，并与理论曲线比较进行说明。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。2 二进制振幅键控（2ASK）的理论分析（参照通信原理教材181页，分两方面说明：1.调制原理；2.解调原理。这部分应有数学公式和相应的原理图）2ASK信号及其调制方法：仿模拟调制原理，2ASK信号可由单极性二元基带信号与载波相乘得到。设二进制序列为，取0或1，单极性二元基带信号可以表示为 其中，为幅度为1的单极性NRZ（不归零）方波，为传输时的码元间隔。假定载波为，则2ASK信号为 2ASK信号也可以逐时隙地简单表述为 “传号”指码元1，“空号”指码元0，它们是电报术语。从2ASK信号波形可见，“传号”与“空号”直观地反映这种传输方式的“启闭”特点。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。 非相干解调方式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 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。（2） 核心单元包络检波器可用简单的整流滤波器电路实现，所以，这种接收系统简单实用。有图可清楚地看到，的包络就是m(t),因此，只要信号足够强，包络检波器的输出y(t)基本上就是m(t),只是还包含有噪声成分。（3） 抽样器的定时信号有符号同步单元从y(t)中提取。判决器的门限通常设为，假定抽样值为y，则判决准则为 2ASK 系统简便，其抗噪性能不强，实际工程中通常要求BPF的输出信噪比足够高，这时，包络接收系统的误码率为 其中，是BPF的输出信噪比。另外，包络检波器具有门限效应，即当低到一定的门限值以下后，误码率会随的降低而迅速恶化，系统无法正常工作。3 2ASK频带系统设计方案（分别对信源、调制方式、解调方式、信道、抽样判决器的选择说明原因）整个ASK的仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，在接收端通过带通滤波器后再通过包络检波器，接着通过抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。信源采用的是Bernoulli Binary Generator产生频率为200Hz的随机二进制单极性不归零码，调制的目的一是将信号频谱搬移到适合信道传输的区域，二是实现信道频分复用。在本设计中，振荡电路是由Sine Wave产生10kHz的正弦信号作为载波，并用模拟调制方法。信道采用加性高斯白噪声信道，加性高斯白噪声（AWGN）从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。解调方式采用包络检波，优点是易于物理实现。抽样判决采用Relay模块。4 SIMULINK下2ASK系统的设计（分别说明信源、调制过程、解调过程、信道、抽样判决器的建模方法，及选用的simulink模块及相应的参数设置情况，最后给出总的模型图将信号源的码数率设为0.005B/S,即频率为200Hz。参数设置如图4-1所示：图4-1 信号源参数设置在调制系统中，载波信号的频率一般要大于信号源的频率。信号源频率为200 Hz，所以将载波频率设置为10k Hz，波形为sine，幅值为1。载波信号参数如图4-2所示：图4-2 载波信号参数设置调制选择模拟调制法，将信号与载波通过Product相乘器。如下图所示：信道采用加性高斯白噪声，信道如图4-3所示：图4-3 高斯白噪声信道参数设置解调采用包络检波法，先通过带通滤波器，经过调试其参数设置如图4-4所示：图4-4 带通滤波器参数设置在通过包络检波器，其中低通滤波器的参数设置如图4-5所示：图4-5 低通滤波器参数设置由于信号功率在经过一系列传送之后变小，所以在抽样判决器前加一个增益，抽样判决采用Relay模块，参数设置如图4-6所示：图4-6抽样判决器参数设置在MATLAB下Simulink仿真平台构建了ASK调制与解调仿真电路图如图4-7所示：图4-75 仿真结果分析（给出模型图中各点输出时域波形，对结果进行分析；分别对发送信号和接收信号的功率谱进行估计，对比其结果；统计传输过程的误码率并分析造成误码的原因，计算传输前后的误码率，绘制信噪比-误码率曲线，并与理论曲线比较进行说明）上图从上到下依次是原始信号波形、调制后的波形、经信道发送后的波形、经过带通滤波器滤波后的波形、经过包络检波器的波形，其中经信道发送后有毛刺，这些毛刺说明有噪声。从上到下依次是原始信号的波形、调制后的信号波形。通过观察可知解调后的信号与信源波形基本相同但有一定的延时。上述功率谱依次是原始信号波形、经过调制后的波形、经过调制解调后的波形所对应的功率谱。由图可知，原信号经过调制将频谱搬移到10kHz，经过解调后搬到原来的频谱，经过调制解调后有失真产生。误码产生原因有：信道噪声，滤波器不理想，判决门限设置不合适。二进制数字频带传输系统,误码率与信号形式(调制方式),与噪声的统计特性,解调及译码判决方式有关。对于二进制数字频带传输系统,无论采用何种方式,何种检测方法,其共同点都是随着输入信噪比增大时,系统的误码率就降低;反之,当输入信噪比减小时,系统的误码率就增加。由上图可以看出：随着输入信噪比增大，系统的误码率降低；反之，当输入信噪比减小时,系统的误码率就增加。6 遇到的问题及解决的方法（1）解调后的时域波形为一条直线？判决前应加上增益模块，或降低判决门限（2）延时时间较大，且误码率较大？调节低通和带通滤波器，和增益大小；添加延时器，并测试延时长短（4） 功率谱不正确？调整Zero Order Hold的大小，调整频率谱的显示范围到正确的频率范围。（4）频谱图看着像折线，不圆滑 采样点太少，增加采样点即提高0阶保持器抽样频率；观看位局部图太小，调大坐标轴数值范围。（5）无论如何改变信道比及带宽，误码率都较大。准确计算解调信号的延时时间，改变延时模块的延时时隙。7 结束语（收获、体会和改进设计的建议）在本次课程设计中，我了解到了通信系统仿真的重要性和simlink功能的强大。它可以很好地让我们理解通信原理以及其中的过程，能够对系统进行仿真，这对于我们专业的学生来说是非常重要。我们以后会经常用到系统仿真来设计我们所需的通信系统，需要从仿真结果检验出我们所设计的系统是否达到目标，从中及时发现并解决问题，不断地改进和优化方案，这样可以提高效率，节约投资，缩短开发设计时间。经过将近一周的设计制作，我对通信系统的仿真有了很大的了解，掌握的设计的方法和思路，提高了对系统的分析能力和解决能力。在这次课程设计中，我也遇到了许多的困难，如参数的设置，如何将不同的功能框图整合一起以实现更强大的功能，怎么降低误码率等等。该设计终于做完，其功能基本上可以满足设计要求。由于个人能力有限，有许多地方没有做的那么完美，需要将来做进一步的改善。 通过这次课程设计，我对matlab有了较深的认识，真正把理论与实践联系起来，是我所学的专业知识得到了运用，更深刻的理解了理论知识，理论联系实际的实践操作能力也进一步提高。并且强化自己分析问题、解决问题和团队合作的能力，加深了对软件的掌握和应用，为下一次课程设计打好基础。再次感谢老师在课程设计中对我们的帮助和教导！8 指导教师评语指导教师： 成绩：