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通信原理大作業(yè)2ASK信號傳輸仿真1、 選題意義 2ASK（二進(jìn)制振幅鍵控）是一種最簡單的數(shù)字信號的載波傳輸，通過對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、仿真實驗任務(wù)1. 掌握 2ASK 調(diào)制解調(diào)原理及其實現(xiàn)方法。2. 按照2ASK產(chǎn)生模型和解調(diào)模型分別產(chǎn)生2ASK信號和高斯白噪聲，經(jīng)過信道傳輸后進(jìn)行解調(diào)。3. 測試2ASK傳輸信號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 本實驗主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺,設(shè)計一個2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形; 用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測試模塊測量誤碼率;最后根據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。通過Simulink的仿真功能摸擬到了實際中的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)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制時，則為二進(jìn)制振幅鍵控。 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號序列由0、1序列組成，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(jìn)制 符號序列可表示為 (1)其中： 二進(jìn)制振幅鍵控信號時間波形如圖1 所示。 由圖1 可以看出，2ASK信號的時間波形e2ASK(t)隨二進(jìn)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）。 圖1 二進(jìn)制振幅鍵控信號時間波形在二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：（1）模擬相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，其電路如圖2所示。在該電路中載波信號和二進(jìn)制數(shù)字信號同時輸入到相乘器中完成調(diào)制。（2）數(shù)字鍵控法：用開關(guān)電路控制輸出調(diào)制信號，當(dāng)開關(guān)接載波就有信號輸出，當(dāng)開關(guān)接地就沒信號輸出，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：信號經(jīng)過抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設(shè)抽樣判決門限為b，當(dāng)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。當(dāng)本實驗為簡化設(shè)計電路，在調(diào)制的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道時理想的，所以在解調(diào)部分也沒有加帶通濾波器。 圖62ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形3.2 設(shè)計步驟3.2.1 2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)通過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)過程中信號的波形。二級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（Bernoulli信號）與載波信號（正弦信號）相乘，經(jīng)過帶通濾波器，就完成了調(diào)制過程；經(jīng)過信道傳輸后，經(jīng)過帶通濾波器，與本地載波（正弦信號）相乘，再經(jīng)過低通濾波器，最后經(jīng)過抽樣判決起轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，就完成了解調(diào)過程。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，示波器用于觀察波形。第一路波形為基帶信號（Bernoulli信號），第二路波形為載波（正弦信號），第三波形路為調(diào)制后的信號，第四路波形為已調(diào)信號經(jīng)過帶通濾波器和低通濾波器后所得信號，第五路波形為經(jīng)過抽樣判決器過得到的解調(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（Brenoulli信號）零出現(xiàn)的概率設(shè)為0.5，抽樣時間設(shè)為1，其參數(shù)設(shè)定如圖8所示。載波頻率應(yīng)比基帶信號的頻率大，故將載波的頻率參數(shù)設(shè)置為10*pi，抽樣時間為0，其參數(shù)圖如圖9所示。圖8 2ASK基帶信號參數(shù)設(shè)定圖9 2ASK載波信號參數(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)定計算誤碼率模塊參數(shù)設(shè)定如圖13所示。圖13 2ASK誤碼率計算模塊參數(shù)設(shè)定四、仿真實驗結(jié)果及分析1）不加噪聲時，示波器顯示的5路信號波形如圖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.信號源產(chǎn)生的信號波形 根據(jù)3.2中參數(shù)的設(shè)置，信號源產(chǎn)生的信號是二進(jìn)制基帶信號，信號的幅度為0和1時分別代表二進(jìn)制信息“0”和“1”，且0、1出現(xiàn)的概率相等。時間軸上單位長度表示碼元的持續(xù)時間，即為1秒，圖中顯示了前10秒內(nèi)信號源產(chǎn)生的信號波形。2.加入的正弦載波的信號波形正弦信號的幅度設(shè)置為1，頻率為10*pi，即周期為0.2秒，從圖中可以看到，1個碼元持續(xù)時間內(nèi)，正弦信號重復(fù)5個周期。3.已調(diào)信號經(jīng)過帶通濾波器后的信號波形這就是2ASK信號的時域波形，2ASK信號是基帶信號和正弦載波相乘得到的，其實質(zhì)是幅度受到基帶信號控制的載波，載波幅度的變化即代表了二進(jìn)制信息。4.相干解調(diào)后的信號波形 相干解調(diào)是將已調(diào)信號和載波相乘，然后通過低通濾波器，得到如圖所示的信號波形。5.采樣量化編碼后的輸出源信號波形 量化編碼器對相干解調(diào)后的信號進(jìn)行抽樣判決，恢復(fù)出原基帶信號，從圖中可以看出，在無噪聲的情況下，可以無差錯的恢復(fù)出原基帶信號，只是產(chǎn)生了一定的延時。 2）加高斯噪聲時示波器顯示為如圖15。 圖15 加高斯噪聲時示波器顯示 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)信號的幅度變化范圍擴(kuò)大，不再是在0、1之間變化。經(jīng)過相干解調(diào)及抽樣判決以后，恢復(fù)出的基帶信號已經(jīng)和原基帶信號產(chǎn)生了差別，即出現(xiàn)了誤碼。4.1 、調(diào)制前后信號頻譜的變化構(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)制前后的信號頻譜變換?；鶐盘柡驼{(diào)制信號的頻譜分別如圖16，圖17所示。圖16 基帶信號頻譜 圖17 2ASK調(diào)制后信號頻譜 由圖16和圖17可以看出，基帶信號的功率譜密度集中在低頻，已調(diào)信號（2ASK信號）的功率譜密度集中在30Hz附近，并且可以看到2ASK信號的帶寬是二進(jìn)制基帶信號帶寬的兩倍。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，概率密度函數(shù)為 （2）當(dāng)發(fā)送“1”時，概率密度函數(shù)為 （3）發(fā)送1碼元，接收為0碼元的錯誤概率為 （4）發(fā)送0碼元，接收為1碼元的錯誤概率為 （5）其中 總的誤碼率為 （6）當(dāng)P(0)=P(1)時，總的誤碼率為 （7）當(dāng)r1時，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)制方式簡單，其抗噪聲性能分析方法具有普遍意義，對于理解數(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。它讓我們把平時學(xué)習(xí)的理論知識與實際操作相結(jié)合，在理論和實驗教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固了學(xué)到的基本理論和知識，學(xué)會將知識運用于實際的方法，提高分析和解決問題的