数字通信原理课程设计解析_数字通信原理课程设计
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课 程 设 计 报 告 课程设计名称:通信原理 系 别:三系 学生姓名: 班 级: 学 号: 成 绩: 指导教师: 开课时间:2010~2011学年 学期 一.设计题目
数字频带传输系统的仿真设计 二.主要内容及具体要求
a.利用所学的《通信原理及应用》的基础知识,设计一个 2ASK 数字调制器。完成对 2ASK 的调制与解调仿真电路设计,并对其仿真结果进行分析。要求理解 2ASK 信 号的产生,掌握 2ASK 信号的调制原理和实现方法并画出实现框图。
b.设计一个 2FSK 数字调制器。要求给出 2FSK 的产生原理框图(调频法、键控法、SystemView 仿真电路图、调制解调的原理框图, 给出信号的频谱图、调制前与借 条后数据波形比较覆盖图,加噪前后相关波形。
三.进度安排
5.28-5.29 图书馆查阅资料,确定选题,思考总体设计方案 熟悉软件的编程环境 推荐的参考资料有: 《 MA TLAB 通信工程仿真》
《 MA TLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析》 《 MA TLAB 在通信系统建模中的应用》 5.30 总体设计方案的确定与设计 5.31 各部分的具体实现 6.01— 6.02 程序调试并程序注释 6.03 整理完成设计报告 四.成绩评定
总成绩由平时成绩(考勤与课堂表现、程序设计成绩和报告成绩三部分组成,各部分 比例为 30%,50%,20%.(1平时成绩:无故旷课一次,平时成绩减半;无故旷课两次平时成绩为 0分,无故 旷课三次总成绩为 0分。迟到 15分钟按旷课处理
(2设计成绩:按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。(3设计报告成绩:按照提交报告的质量给出相应的成绩。备注:每人提交一份课程设计报告(打印稿和电子稿各一份 课程设计报告按照模板撰写内容,要求详细、准确、完整。第一部分 1 2ASK调制方法 1.基本原理调
频移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而其频率和初始相位保持不 变。在 2ASK 中,载波的幅度只有两种变化状态,分别对应二进制信息“ 0”或 “ 1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通 — 断键控(OOK , 其表达式为: =(t e O O K ⎪⎩⎪⎨ ⎧-时
发送“ 以概率 ”时 发送“
以概率 “ 01, 01, cos P P t A c ω(1-1 典型波形如图 1-1所示:
图 1-1 2ASK 信号的一般表达式为: t t s t c ASK e ωcos((2=(1-2 ∑-=n s n T a n t g t s(((1-4 时钟:T s持续时间为 T s 的基带脉冲波形,通常假设是高 度为 1,宽度等于 T s 的矩形脉冲;a n-第 N 个符号的电平取值,若取 ⎩⎨⎧-=P 10P , 1,概率为
概率为 a n 则相应的 2ASK 信号就是 OOK 信号。
2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种:模拟调制法(相乘器法和键控法, 相应的调制器如图 1.2。图(a 就是一般的模拟幅度调制的方法, 用乘法器实现;图(吧是一种数字键控法,其中的开关电路受 s(t控制。
(a 模拟相乘法
(b数字键控法 图 1.2 2 2ASK的解调方法
与 AM 信号的解调方法一样。2ASK/OOK有两种基本的解调方法:非相干 解调(包络检波法和相干解调(同步检测法 ,相应的接收系统方框图如图 :
(a 非相干解调(包络检波(b相干解调
图 1.3 2ASK/OOK调制 框 图 3 解调模块
解调模块中, 相干解调法经过相乘器—低通—抽样判决后输出;非相干解调 经过整流—低通—抽样判决后输出。这里调制信号省略了经过带通滤波器这一环 节,影响不大。低通滤波器后面整个部分是抽样判决器。其中,抽样由同步冲激 信号与解调信号相乘实现, 信号值与开关门限值进行比较后, 若信号值较大, 则 输出 1,否则输出 0,这样就实现了判决功能。原理图如图 14所示,参数表如表 4所示。
Simulink 解调模块2ASK的仿真
1、2ASK 信号的调制仿真如图 1.4所示。
Token5输出频率为 20Hz, 幅值为 500e-3的矩形波作为调制电路输入信号, token7输出频率 80Hz, 幅值为 1V 的正弦波, Token6为乘法器,矩形波与正弦波 经乘法器相乘输出 2ASK/OOK信号。Token
8、Token9为分析观察点。
图 1.4 2ASK 调制图
Token8显示波形(随机数字信号 :
Token9显示波形(2ASK 调制信号
2、2ASK 信号的解调仿真
Token0, Token2,Token9,Token17,Token18 组 成 2ASK 调 制 电 路
Token10,Token11,Token12,Token13,Token14,Token15组成 2ASK 相干解调电路,Token
10、13为抽样判决器;Token
11、17为相乘器;Token
10、13为抽样判决 器;Token7为逻辑缓冲器;Token18, 19,20为分析观察点.2ASK 调制信号波形 Token18:
输入随机数字序列:
2ASK 相干解调输出波形:
相干解调法输出波形, 可见与上面的基本相同, 相比于调制信号在时间上有一定延迟, 但基 本上是相同的。
参考文献
[1] 樊昌信,曹丽娜.通信原理(第 6版.国防工业出版社, 2007 [2] 王力宁.MATLAB 与通信仿真.人民邮电出版社, 1999 [3] 陈亚勇等.MATLAB 信号处理详解.人民邮电出版社, 2001 第二部分 1 2FSK调制方法 1.基本原理调
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息,而其振幅保持不变。在 2FSK 中,载波的频率随二进制基带信号在 f 1 和 f 2 两个频率点之间变化。其表 达式为: =(2t e FSK ⎪⎩
⎪⎨⎧++时 发送“ ”时 发送“ ” 0, cos(1, cos 21(ϕωϕωn n t A t A(2-1
: 图 2.1 2FSK信号时间波形
由图可见, 2FSK 信号的波形(a 可以分解为波形(b 和波形(c , 也就是 说, 一个 2FSK 信号可以看成是两个不同载频的 2ASK 信号的叠加。因此, 2FSK 信号的时域表达式也可写成:
式中:g(t 为单个矩形脉冲,宽度等于 Ts ⎩
⎨⎧-=P P a n 10, 1, 概 率 为 概 率 为 n 是 a n 的反码。2FSK信号的解调方法
2FSK 信号的产生方法通常有两种:模拟调制法(相乘器法和键控法,相 应的调制器如图 2.2。图(a 就是一般的模拟幅度调制的方法,用乘法器实现;图(b 是一种数字键控法,其中的开关电路受 s(t控制。
(b 数字键控法 图 2.2 2FSK 调制 框 图
2FSK 信号有两种基本的解调方法:非相干解调(包络检波法 和相干解调(同步检测法 ,相应的接收系统方框图如图 :
(a 非相干解调(包络检波
(b 相干解调(同步检测 图 2.3 2FSK信号的接收系统组成方框图 下图为 2FSK 信号非相干解调过程的时间波形:
图 2.4 2FSK信号非相干解调过程的时间波形 3 2FSK 信号调制电路设计(1 2FSK 的调制部分
打开 simulink 工具箱,点击 file 图标,选择新建中的 model ,新建一个仿真 空白模型,将 2FSK 信号调至所需要的模块拖入空白模型中,也可点击鼠标左键 单击 “add to untitled”。
下图中 Pulse Generator 模块为正弦基带信号模块, Sine wave1, Sine wave2为频率为 f1和 f2载波模块, Product 为乘法器模块, Scope 为示波器模块, NOT 为反相器模块, Power Spectral是功率谱模块, To File为封装模块,目的是方便 调用调制部分。2FSK 信号是由频率分别为 Sine wave1和 Sine wave2的两个载波 对信号源进行频率上的控制而形成的,其中 Sine wave1和 Sine wave2是两个频 率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号。调制模型图如下图所示:
2FSK 信号调制部分的 simulink 模型方框图(2 2FSK 的调制部分参数设置
载波 sin wave1的参数设置
其中 f1幅度为 2;频率 3HZ;采样时间为 0.002的信号。
载波 sin wave2的参数设置
其中 f1幅度为 2;频率 2HZ;采样时间为 0.002的信号。
本信号源 s(t序列是用随机的 0 1信号产生,在此为了方便仿真就选择了基 于采样的 Pulse Generator信号模块其参数设置如下:
基带信号 Pulse Generator信号模块参数设置
其中方波是幅度为 1,周期为 3,占 1比为 1/3的基于采样的信号。(3 2FSK 的调制部分仿真以及功率谱分析
经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真,其各点的时间波形如下:
2FSK 调制波形图加入高斯噪声的 2FSK 非相干解调
高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布的一类 噪声。在理想信道调制与解调的基础上, 在调制信号上加入高斯噪声, 把 Simulink 噪声源下的高斯噪声模块(Gauian Noise Generator加入到模型中。噪声参数 设置、模型与波形图如下:
图 3-19 2FSK加入高斯噪声模型
图 3-20 高斯躁声 Variance 参数设置为 1
原理想信道下的 2FSK 解调图
方差为 1时候的高斯躁声下的 2FSK 解调图
如图所示,图 3-19为理想信道解调波形,均为加入高斯噪声的波形,可通 过修改参数表中的方差来改变加入噪声的大小,把噪声的方差设为 1,与理想信 道的输出波形相比较可以看出, 波形均出现不同程度的失真, 当方差为 1的时候 比较接近原理想信道下的波形图不同的噪声使信号发生失真的参数各不相同。在 现实生活中, 无处不存在着噪声, 因此研究如何减小噪声对信道的影响有着重大 意义。2FSK的仿真1、2FSK 信号调制图如图 3.1所示
图 3.1 2FSK 调制图
Token8为随机数字信号, F=30Hz,A=500e-3,Token9为延迟, Token7,12为载波信 号, 频率和幅度分别为:75Hz,1V;150Hz,1V , Token10,13,14,15为观测点, 且 Token 14输出为 2FSK 调制信号;Token10输出:
Token13输出:
Token15:
2FSK 调制信号(Token14输出
2.2FSK 信号解调的仿真
如图 3.1为 2FSK 信号的非相干解调电路,输入随机数字信号频率为 10Hz, 载波 分 别 为 90Hz 和 120Hz,Token0,1,3,15,20,32组 成 2FSK 调 制 电 路 , Token4,5,24,25,12,27,28,29,14,10组成 2FSK 信号非相干解调电路。
Token4为加法器, Token24,27带通滤波器, 25, 28为全流整波器, 12, 29为低通滤波器, 14为抽样判决器, 10和 32为观测分析点。
Token32: 2FSK 非相干解调输出： 上图为非相干解调法得到的输出波形，可见其与输入波形出入不大。
参考文献.《通信原理》樊昌信 曹丽娜 国防工业出版社 2.《现代通信系统分析与仿真——matlab 通信工具箱》李建新 刘乃安 西安电子科技大学出版社 3.《数字信号处理教程——matlab 释义与实现》陈怀琛 电子工业出版社 4.《现代通信系统——使用 matlab》约翰-G-普罗克斯 西安交通大学出版社 5.《MATLAB 通信工程仿真》张德丰 机械工业出版社 实验心得 通过实验，基本掌握了SystemView的基本功能和使用方法，对数字基带传输系统 有了一定的了解，加深了对2ASK和2FSK信号的调制原理的认识，理解了如何对他 们进行解调，掌握了2ASK信号相干解调法和2FSK非相干解调法，通过使用System View仿真，对个调制和解调电路中各元件的特性有了较为全面的理解。对于 2ASK 信号，由调制时通过仿真所
得结果可知，调制信号变化规律与输 入随机数字信号基本一致，只是调制信号存在一定的相位差，表明载波信号和随 机信号参数设置符合要求。在解调系统中，由仿真结果可知，输入随机数字信号 与相干解调输出信号变化规律完全一致，不存在相位差等，表明参数设置正确。对于 2FSK 信号，在调制时，由仿真结果可知，调制信号变化规律与输入随 机数字信号基本一致，也存在一定相位差，但这是允许的。在解调时，由仿真结 果可知，非相干解调输出信号与输入数字随机信号变化规律几乎是一致的，但是 由于通信系统往往存在码间串扰和噪声干扰，使解调系统的输出与输入随机信号 有些差别，但这是允许的。
