基于SIMULINK的2ASK仿真(課程設(shè)計(jì))

通信系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)2023級(jí)通信工程專業(yè)72班級(jí)題目基于SIMULINK的2ASK頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2023年5月21日任務(wù)書試建立一個(gè)ASK頻帶傳輸模型，產(chǎn)生一段隨機(jī)的二進(jìn)制非歸零碼的基帶信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行ASK調(diào)制后再送入加性高斯白噪聲〔AWGN〕信道傳輸，在接收端對(duì)其進(jìn)行ASK解調(diào)以恢復(fù)原信號(hào)，觀察復(fù)原是否成功，改變AWGN信道的信噪比，計(jì)算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比-誤碼率曲線，并與理論曲線比擬進(jìn)行說明。另外，對(duì)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)。二進(jìn)制振幅鍵控〔2ASK〕的理論分析〔參照通信原理教材181頁，分兩方面說明：1.調(diào)制原理；2.解調(diào)原理。這局部應(yīng)有數(shù)學(xué)公式和相應(yīng)的原理圖〕2ASK信號(hào)及其調(diào)制方法：仿模擬調(diào)制原理，2ASK信號(hào)可由單極性二元基帶信號(hào)與載波相乘得到。設(shè)二進(jìn)制序列為{}，取0或1，單極性二元基帶信號(hào)可以表示為其中，為幅度為1的單極性NRZ〔不歸零〕方波，為傳輸時(shí)的碼元間隔。假定載波為，那么2ASK信號(hào)為2ASK信號(hào)也可以逐時(shí)隙地簡(jiǎn)單表述為“傳號(hào)〞指碼元1，“空號(hào)〞指碼元0，它們是電報(bào)術(shù)語。從2ASK信號(hào)波形可見，“傳號(hào)〞與“空號(hào)〞直觀地反映這種傳輸方式的“啟閉〞特點(diǎn)。包絡(luò)檢波器解調(diào)方法：2ASK信號(hào)最常用的解調(diào)方法是包絡(luò)檢波法，這種方法根據(jù)信號(hào)的振幅與數(shù)字符號(hào)直接對(duì)應(yīng)的的特點(diǎn)，其原理與AM的包絡(luò)檢波類似。由于它不需要任何載波信息，因而屬于非相干解調(diào)。非相干解調(diào)方式接收系統(tǒng)中包含下面三個(gè)根本單元：帶通濾波器〔BPF〕對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的頻帶，讓信號(hào)幾乎無失真通過的同時(shí)盡量抑制帶外噪聲。通常，中心頻率為，帶寬為，B為基帶信號(hào)帶寬，常常取為。因?yàn)?，可以為BPF的輸出為假定信道中的白噪聲的功率譜密度為，那么上式中的n(t)而為窄帶高斯白噪聲，功率〔方差〕為。核心單元包絡(luò)檢波器可用簡(jiǎn)單的整流濾波器電路實(shí)現(xiàn)，所以，這種接收系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用。有圖可清楚地看到，的包絡(luò)就是m(t),因此，只要信號(hào)足夠強(qiáng)，包絡(luò)檢波器的輸出y(t)根本上就是m(t),只是還包含有噪聲成分。抽樣器的定時(shí)信號(hào)有符號(hào)同步單元從y(t)中提取。判決器的門限通常設(shè)為，假定抽樣值為y，那么判決準(zhǔn)那么為2ASK系統(tǒng)簡(jiǎn)便，其抗噪性能不強(qiáng)，實(shí)際工程中通常要求BPF的輸出信噪比足夠高，這時(shí)，包絡(luò)接收系統(tǒng)的誤碼率為其中，是BPF的輸出信噪比。另外，包絡(luò)檢波器具有門限效應(yīng)，即當(dāng)?shù)偷揭欢ǖ拈T限值以下后，誤碼率會(huì)隨的降低而迅速惡化，系統(tǒng)無法正常工作。2ASK頻帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案〔分別對(duì)信源、調(diào)制方式、解調(diào)方式、信道、抽樣判決器的選擇說明原因〕整個(gè)ASK的仿真系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)過程為：首先將信號(hào)源的輸出信號(hào)與載波通過相乘器進(jìn)行相乘，在接收端通過帶通濾波器后再通過包絡(luò)檢波器，接著通過抽樣判決器，最后由示波器顯示出各階段波形，并用誤碼器觀察誤碼率。信源采用的是BernoulliBinaryGenerator產(chǎn)生頻率為200Hz的隨機(jī)二進(jìn)制單極性不歸零碼，調(diào)制的目的一是將信號(hào)頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)膮^(qū)域，二是實(shí)現(xiàn)信道頻分復(fù)用。在本設(shè)計(jì)中，振蕩電路是由SineWave產(chǎn)生10kHz的正弦信號(hào)作為載波，并用模擬調(diào)制方法。信道采用加性高斯白噪聲信道，加性高斯白噪聲〔AWGN〕從統(tǒng)計(jì)上而言是隨機(jī)無線噪聲，其特點(diǎn)是其通信信道上的信號(hào)分布在很寬的頻帶范圍內(nèi)。解調(diào)方式采用包絡(luò)檢波，優(yōu)點(diǎn)是易于物理實(shí)現(xiàn)。抽樣判決采用Relay模塊。SIMULINK下2ASK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)〔分別說明信源、調(diào)制過程、解調(diào)過程、信道、抽樣判決器的建模方法，及選用的simulink模塊及相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置情況，最后給出總的模型圖將信號(hào)源的碼數(shù)率設(shè)為0.005B/S,即頻率為200Hz。參數(shù)設(shè)置如圖4-1所示：圖4-1信號(hào)源參數(shù)設(shè)置在調(diào)制系統(tǒng)中，載波信號(hào)的頻率一般要大于信號(hào)源的頻率。信號(hào)源頻率為200Hz，所以將載波頻率設(shè)置為10kHz，波形為sine，幅值為1。載波信號(hào)參數(shù)如圖4-2所示：圖4-2載波信號(hào)參數(shù)設(shè)置調(diào)制選擇模擬調(diào)制法，將信號(hào)與載波通過Product相乘器。如下列圖所示：信道采用加性高斯白噪聲，信道如圖4-3所示：圖4-3高斯白噪聲信道參數(shù)設(shè)置解調(diào)采用包絡(luò)檢波法，先通過帶通濾波器，經(jīng)過調(diào)試其參數(shù)設(shè)置如圖4-4所示：圖4-4帶通濾波器參數(shù)設(shè)置在通過包絡(luò)檢波器，其中低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖4-5所示：圖4-5低通濾波器參數(shù)設(shè)置由于信號(hào)功率在經(jīng)過一系列傳送之后變小，所以在抽樣判決器前加一個(gè)增益，抽樣判決采用Relay模塊，參數(shù)設(shè)置如圖4-6所示：圖4-6抽樣判決器參數(shù)設(shè)置在MATLAB下Simulink仿真平臺(tái)構(gòu)建了ASK調(diào)制與解調(diào)仿真電路圖如圖4-7所示：圖4-7仿真結(jié)果分析〔給出模型圖中各點(diǎn)輸出時(shí)域波形，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；分別對(duì)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)，比照其結(jié)果；統(tǒng)計(jì)傳輸過程的誤碼率并分析造成誤碼的原因，計(jì)算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比-誤碼率曲線，并與理論曲線比擬進(jìn)行說明〕上圖從上到下依次是原始信號(hào)波形、調(diào)制后的波形、經(jīng)信道發(fā)送后的波形、經(jīng)過帶通濾波器濾波后的波形、經(jīng)過包絡(luò)檢波器的波形，其中經(jīng)信道發(fā)送后有毛刺，這些毛刺說明有噪聲。從上到下依次是原始信號(hào)的波形、調(diào)制后的信號(hào)波形。通過觀察可知解調(diào)后的信號(hào)與信源波形根本相同但有一定的延時(shí)。上述功率譜依次是原始信號(hào)波形、經(jīng)過調(diào)制后的波形、經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的波形所對(duì)應(yīng)的功率譜。由圖可知，原信號(hào)經(jīng)過調(diào)制將頻譜搬移到10kHz，經(jīng)過解調(diào)后搬到原來的頻譜，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后有失真產(chǎn)生。誤碼產(chǎn)生原因有：信道噪聲，濾波器不理想，判決門限設(shè)置不適宜。二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng),誤碼率與信號(hào)形式(調(diào)制方式),與噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,解調(diào)及譯碼判決方式有關(guān)。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng),無論采用何種方式,何種檢測(cè)方法,其共同點(diǎn)都是隨著輸入信噪比增大時(shí),系統(tǒng)的誤碼率就降低;反之,當(dāng)輸入信噪比減小時(shí),系統(tǒng)的誤碼率就增加。由上圖可以看出：隨著輸入信噪比增大，系統(tǒng)的誤碼率降低；反之，當(dāng)輸入信噪比減小時(shí),系統(tǒng)的誤碼率就增加。遇到的問題及解決的方法〔1〕解調(diào)后的時(shí)域波形為一條直線？判決前應(yīng)加上增益模塊，或降低判決門限〔2〕延時(shí)時(shí)間較大，且誤碼率較大？調(diào)節(jié)低通和帶通濾波器，和增益大小；添加延時(shí)器，并測(cè)試延時(shí)長(zhǎng)短功率譜不正確？調(diào)整ZeroOrderHold的大小，調(diào)整頻率譜的顯示范圍到正確的頻率范圍?！?〕頻譜圖看著像折線，不圓滑采樣點(diǎn)太少，增加采樣點(diǎn)即提高0階保持器抽樣頻率；觀看位局部圖太小，調(diào)大坐標(biāo)軸數(shù)值范圍?！?〕無論如何改變信道比及帶寬，誤碼率都較大。準(zhǔn)確計(jì)算解調(diào)信號(hào)的延時(shí)時(shí)間，改變延時(shí)模塊的延時(shí)時(shí)隙。結(jié)束語〔收獲、體會(huì)和改良設(shè)計(jì)的建議〕在本次課程設(shè)計(jì)中，我了解到了通信系統(tǒng)仿真的重要性和simlink功能的強(qiáng)大。它可以很好地讓我們理解通信原理以及其中的過程，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真，這對(duì)于我們專業(yè)的學(xué)生來說是非常重要。我們以后會(huì)經(jīng)常用到系統(tǒng)仿真來設(shè)計(jì)我們所需的通信系統(tǒng)，需要從仿真結(jié)果檢驗(yàn)出我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否到達(dá)目標(biāo)，從中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，不斷地改良和優(yōu)化方案，這樣可以提高效率，節(jié)約投資，縮短開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間。經(jīng)過將近一周的設(shè)計(jì)制作，我對(duì)通信系統(tǒng)的仿真有了很大的了解，掌握的設(shè)計(jì)的方法和思路，提高了對(duì)系統(tǒng)的分析能力和解決能力。在這次課程設(shè)計(jì)中，我也遇到了許多的困難，如參數(shù)的設(shè)置，如何將不同的功能框圖整合一起以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能，怎么降低誤碼率等等。該設(shè)計(jì)終于做完，其功能根本上可以滿足設(shè)計(jì)要求。由于個(gè)人能力有限，有許多地方?jīng)]有做的那么完美，需要將來做進(jìn)一步的改善。通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)matlab有了較深的認(rèn)