数字频带传输系统2ASK的simulink仿真实现.docx
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数字频带传输系统2ASK的simulink仿真实现
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2012年秋季学期
通信系统综合训练
题目:
数字基带传输系统的仿真实现
专业班级:
09级通信()班
姓名:
学号:
指导教师:
陈海燕
成绩:
摘要
此次课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台对2ASK频带传输系统仿真,并把运行仿真结果输入到显示器,根据显示器结果分析设计的系统性能。
在设计中,目的主要是仿真通信系统中频带传输技术中的ASK调制。
产生一段随机的二进制非归零码的频带信号,对其进行ASK调制后再加入加性高斯白噪声传输,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。
通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。
关键词:
Simulink;高斯白噪声;调制与解调
目录
第一章二进制振幅键控(2ASK)的分析4
第二章2ASK频带系统设计方案6
2.1仿真系统的调制与解调过程6
2.2SIMULINK下2ASK系统的设计6
第三章仿真结果分析11
第四章遇到的问题及解决的方法14
总结15
参考文献16
致谢17
第一章二进制振幅键控(2ASK)的分析
由模拟调制原理,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表如式(1-1)
(1-1)
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信号为如式(1-2)
(1-2)
2ASK信号也可以逐时隙地简单表述为如式(1-3)
(1-3)
“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。
图1.1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的输出为如式(1-4)
(1-4)
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)为如式(1-5)
。
(1-5)
(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,则判决准则为如式(1-6)
(1-6)
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如式(1-7)
(1-7)
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。
第二章2ASK频带系统设计方案
2.1仿真系统的调制与解调过程
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BernoulliBinaryGenerator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SineWave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。
2.2SIMULINK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2.1所示:
图2.1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200Hz,所以将载波频率设置为10kHz,波形为sine,幅值为1。
载波信号参数如图2.2所示:
图2.2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:
图2.3Product相乘器
信道采用加性高斯白噪声,信道如图2.4所示:
图2.4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2.5所示:
图2.5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2.6所示:
图2.6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2.7所示:
图2.7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2.8所示:
图2.8
第三章仿真结果分析
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
图3.1调制后的波形
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。
图3.2调制后的信号
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。
图3.3调制解调后的波功率谱
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。
图3.4信噪比与误码率的变化关系图
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。
第四章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ZeroOrderHold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。
总结
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!
参考文献
[1]张圣勤.MATLAB7.0实用教程.北京:
机械工程出版社,2006
[2]桑林,郝建军,刘丹谱.数字通信.北京:
北京邮电大学出版社,2007
[3]樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京:
国防工业出版社,2009
[4]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安:
西安电子科技大学出版社,2005
致谢
本次综合训练是在陈老师的悉心指导下完成的,我要感谢陈老师悉心指导和无私地帮助,陈老师渊博的知识,严谨的治学态度,一丝不苟的工作作风,平易近人的性格都是我们学习的楷模。
在此谨向陈老师表示忠心的感谢和崇高的敬意。
这次综合训练让我受益匪浅,无论从知识上还是其他的各个方面。
我了解到做任何事都要有耐心、而且要细心做事。
这段时间让我体会到了合作与团结的力量,当遇到不会或是设计不出来的地方,我就会找同学帮助。
所以也非常感谢帮助我的同学。
最后感谢院领导给我们提供上机的机会,并再次感谢帮助过我的老师和同学。