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通信原理大作業(yè)2ASK信號(hào)傳輸仿真1、 選題意義 2ASK（二進(jìn)制振幅鍵控）是一種最簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)的載波傳輸，通過(guò)對(duì)2ASK的仿真可以更好的理解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成以及各模塊的功能。二、仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 掌握 2ASK 調(diào)制解調(diào)原理及其實(shí)現(xiàn)方法。2. 按照2ASK產(chǎn)生模型和解調(diào)模型分別產(chǎn)生2ASK信號(hào)和高斯白噪聲，經(jīng)過(guò)信道傳輸后進(jìn)行解調(diào)。3. 測(cè)試2ASK傳輸信號(hào)加入噪聲后的誤碼率，分析2ASK傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能；3、 仿真原理 本實(shí)驗(yàn)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形; 用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測(cè)試模塊測(cè)量誤碼率;最后根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該系統(tǒng)性能。通過(guò)Simulink的仿真功能摸擬到了實(shí)際中的2ASK調(diào)制與解調(diào)情況。3.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)原理3.1.1 2ASK調(diào)制原理振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，且相互獨(dú)立。該二進(jìn)制 符號(hào)序列可表示為 (1)其中： 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波形如圖1 所示。 由圖1 可以看出，2ASK信號(hào)的時(shí)間波形e2ASK(t)隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)通斷變化，所以又稱(chēng)為通斷鍵控信號(hào)（OOK信號(hào)）。 圖1 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波形在二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：（1）模擬相乘法：通過(guò)相乘器直接將載波和數(shù)字信號(hào)相乘得到輸出信號(hào)，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的振幅來(lái)調(diào)制正弦載波的方式稱(chēng)為模擬相乘法，其電路如圖2所示。在該電路中載波信號(hào)和二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸入到相乘器中完成調(diào)制。（2）數(shù)字鍵控法：用開(kāi)關(guān)電路控制輸出調(diào)制信號(hào)，當(dāng)開(kāi)關(guān)接載波就有信號(hào)輸出，當(dāng)開(kāi)關(guān)接地就沒(méi)信號(hào)輸出，其電路如圖3所示。圖2 模擬相乘法 圖3 數(shù)字鍵控法3.1.2 2ASK解調(diào)原理2ASK/OOK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)如圖4、圖5所示。 圖4 非相干解調(diào)方式圖5 相干解調(diào)方式抽樣判決器的作用是：信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設(shè)抽樣判決門(mén)限為b，當(dāng)信號(hào)抽樣值大于b時(shí)，判為“1”碼；信號(hào)抽樣值小于b時(shí)，判為“0”碼。當(dāng)本實(shí)驗(yàn)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，在調(diào)制的輸出端沒(méi)有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道時(shí)理想的，所以在解調(diào)部分也沒(méi)有加帶通濾波器。 圖62ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形3.2 設(shè)計(jì)步驟3.2.1 2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)通過(guò)Simulink的工作模塊建立2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，用示波器觀察調(diào)制及解調(diào)過(guò)程中信號(hào)的波形。二級(jí)2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的仿真電路圖如圖7所示。圖7 2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的仿真電路圖將基帶信號(hào)（Bernoulli信號(hào)）與載波信號(hào)（正弦信號(hào)）相乘，經(jīng)過(guò)帶通濾波器，就完成了調(diào)制過(guò)程；經(jīng)過(guò)信道傳輸后，經(jīng)過(guò)帶通濾波器，與本地載波（正弦信號(hào)）相乘，再經(jīng)過(guò)低通濾波器，最后經(jīng)過(guò)抽樣判決起轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，就完成了解調(diào)過(guò)程。此系統(tǒng)所用仿真電路模塊有: 伯努利二進(jìn)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(jì)算模塊，采樣量化編碼模塊，示波器模塊。伯努利二進(jìn)制發(fā)生器模塊用于發(fā)出源信號(hào)，示波器用于觀察波形。第一路波形為基帶信號(hào)（Bernoulli信號(hào)），第二路波形為載波（正弦信號(hào)），第三波形路為調(diào)制后的信號(hào)，第四路波形為已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器和低通濾波器后所得信號(hào)，第五路波形為經(jīng)過(guò)抽樣判決器過(guò)得到的解調(diào)波形。3.2.2 系統(tǒng)所用模塊的參數(shù)設(shè)置在2ASK調(diào)制與解調(diào)中，將基帶信號(hào)（Brenoulli信號(hào)）零出現(xiàn)的概率設(shè)為0.5，抽樣時(shí)間設(shè)為1，其參數(shù)設(shè)定如圖8所示。載波頻率應(yīng)比基帶信號(hào)的頻率大，故將載波的頻率參數(shù)設(shè)置為10*pi，抽樣時(shí)間為0，其參數(shù)圖如圖9所示。圖8 2ASK基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)定圖9 2ASK載波信號(hào)參數(shù)設(shè)定帶通濾波器和低通濾波器的參數(shù)設(shè)定如圖10，11所示。圖10 2ASK帶通濾波器參數(shù)設(shè)定圖11 2ASK低濾通波器參數(shù)設(shè)定抽樣判決器參數(shù)設(shè)定如圖12所示。圖12 2ASK抽樣判決器參數(shù)設(shè)定計(jì)算誤碼率模塊參數(shù)設(shè)定如圖13所示。圖13 2ASK誤碼率計(jì)算模塊參數(shù)設(shè)定四、仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1）不加噪聲時(shí)，示波器顯示的5路信號(hào)波形如圖14所示。圖14 不加噪聲示波器顯示的波形圖中由上到下波形所表示為：1.信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)波形 根據(jù)3.2中參數(shù)的設(shè)置，信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)是二進(jìn)制基帶信號(hào)，信號(hào)的幅度為0和1時(shí)分別代表二進(jìn)制信息“0”和“1”，且0、1出現(xiàn)的概率相等。時(shí)間軸上單位長(zhǎng)度表示碼元的持續(xù)時(shí)間，即為1秒，圖中顯示了前10秒內(nèi)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)波形。2.加入的正弦載波的信號(hào)波形正弦信號(hào)的幅度設(shè)置為1，頻率為10*pi，即周期為0.2秒，從圖中可以看到，1個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)，正弦信號(hào)重復(fù)5個(gè)周期。3.已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)波形這就是2ASK信號(hào)的時(shí)域波形，2ASK信號(hào)是基帶信號(hào)和正弦載波相乘得到的，其實(shí)質(zhì)是幅度受到基帶信號(hào)控制的載波，載波幅度的變化即代表了二進(jìn)制信息。4.相干解調(diào)后的信號(hào)波形 相干解調(diào)是將已調(diào)信號(hào)和載波相乘，然后通過(guò)低通濾波器，得到如圖所示的信號(hào)波形。5.采樣量化編碼后的輸出源信號(hào)波形 量化編碼器對(duì)相干解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，恢復(fù)出原基帶信號(hào)，從圖中可以看出，在無(wú)噪聲的情況下，可以無(wú)差錯(cuò)的恢復(fù)出原基帶信號(hào)，只是產(chǎn)生了一定的延時(shí)。 2）加高斯噪聲時(shí)示波器顯示為如圖15。 圖15 加高斯噪聲時(shí)示波器顯示 示波器顯示波形的順序與圖14相同。比較圖14和圖15可以看到，加入噪聲以后，已調(diào)信號(hào)的幅度變化范圍擴(kuò)大，不再是在0、1之間變化。經(jīng)過(guò)相干解調(diào)及抽樣判決以后，恢復(fù)出的基帶信號(hào)已經(jīng)和原基帶信號(hào)產(chǎn)生了差別，即出現(xiàn)了誤碼。4.1 、調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化構(gòu)建好調(diào)制電路，加入頻譜分析模塊，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后的信號(hào)頻譜變換?；鶐盘?hào)和調(diào)制信號(hào)的頻譜分別如圖16，圖17所示。圖16 基帶信號(hào)頻譜 圖17 2ASK調(diào)制后信號(hào)頻譜 由圖16和圖17可以看出，基帶信號(hào)的功率譜密度集中在低頻，已調(diào)信號(hào)（2ASK信號(hào)）的功率譜密度集中在30Hz附近，并且可以看到2ASK信號(hào)的帶寬是二進(jìn)制基帶信號(hào)帶寬的兩倍。4.2、 2ASK想干解調(diào)系統(tǒng)誤碼率性能分析解調(diào)器的框圖如圖5所示，低通濾波濾波器輸出當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，概率密度函數(shù)為 （2）當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，概率密度函數(shù)為 （3）發(fā)送1碼元，接收為0碼元的錯(cuò)誤概率為 （4）發(fā)送0碼元，接收為1碼元的錯(cuò)誤概率為 （5）其中 總的誤碼率為 （6）當(dāng)P(0)=P(1)時(shí)，總的誤碼率為 （7）當(dāng)r1時(shí)，近似地 5、 結(jié)論 2ASK是一種最早的數(shù)字調(diào)制方式，最早用于電報(bào)傳輸，由于其誤碼率較高，現(xiàn)在已經(jīng)比較少使用，但是由于其調(diào)制方式簡(jiǎn)單，其抗噪聲性能分析方法具有普遍意義，對(duì)于理解數(shù)字調(diào)制以及抗噪分析很用幫助，可以作為學(xué)習(xí)其他調(diào)制方式的基礎(chǔ)。經(jīng)歷了這次大作業(yè)，我們學(xué)習(xí)到了很多。它讓我們把平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固了學(xué)到的基本理論和知識(shí)，學(xué)會(huì)將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際的方法，提高分析和解決問(wèn)題的