2ASK通信系统

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1、2ASK通信系统序言数字基带信号的功率谱从零频开始而且集中在低频段，因此只适合在低通型信道中传输。但常见的实际信道是带通型的，不能直接传送基带信号，因此必须用数字基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上。从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。但实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。数字调制的种类比较多，而且还会根据需要发展出新的方式来。它们都是以基带数字信号直接控制载波的某一参量（幅度、频率或相位）来实现的，形成振幅键控（ASK、频率键控（SK和相移键控（SK。数字基带信

2、号可以是二进制的，也可以是多进制的，因此就有二进制数字调制和多进制数字调制。数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。本次课程设计就是基于s的通信系统的仿真，也就是s软件环境下进行二进制振幅键控（2ASK系统的设计，具体s软件的应用和通信系统的设计与仿真下面会具体介绍。一、绪论数字通信系统按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方

3、式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。和模拟调制不同的是，由于数字基带信号具有离散取值的特点，所以调制后的载波参量只有有限的几个数值，因而数字调制在实现的过程中常釆用键控的方法，就像用数字信息去控制开关一样，从几个不同参量的独立振荡源中选参量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控（ASKA-Sh移频键控（SK-和移相键SKS或差分移相键（SK）。数字调制系统的基本结构如图：图在数字调制中，数字基带信号

4、可以是二进制的，也可以是多进制的，对应的就有二进制数字调制和多进制数字调制两种不同的数字调制，最简单的情况即是以二进制数字基带信号作为调制信号的二进制数字调制，本次课程设计主要针对就是最常用的二进制数字调制方式即二进制振幅键控、移频键控和移相键控三进行系统仿真分析，通过学习S仿真软件，对对三种系统进行仿真，熟悉2ASK、2SKD2S的原理、已调信号的频谱特点和各系统的抗噪声性能。二、S软件简介2S软件特点公司的S是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平在S环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种速率的系统，可用于线性或非线性控制系统

5、的设计和仿真。S包括基本库和专业库。基本库包括信号源、接收器、加法器、乘法器，函数库和算子库等。利用基本库可以进行一般的系统设计和仿真，例如：用不同方式设计多种形式的滤波器，可以自动完成滤波器幅频特性波特图、传递函数和根轨迹图等模型之间转换。专业库包括通信、逻辑、数字信号处理SP、射频模拟A、支持高级语言的用户代码库、自动程序生成库Ag连接库、A库、A库、S数字视频广播、自适应滤波器库A、实时S代码生成库与协同仿真、符合第三代移动通信的库、库和S库和AS代码产生器等，与公司设计工具联合构成新的更加全面的仿真方式。S可以实时仿真各种S结构，并进行各种系统时域和频域分析、谱分析，对各种逻辑电路、射

6、频模拟电路混合器、放大器、电路和运放电路等进行理论分析和失真分析。S的各种专业库特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。随着通信技术的不断发展，通信系统越来越复杂，设计和仿真难度也随之加大，利用SystemView可以十分方便地完成相应的通信系统设计和仿真。SystemView是目前国际上最优秀的系统设计和仿真软件之一，其主要特点有：1. 直观在SystemView的设计窗口中，各功能模块用形象直观的图符表示，和方框图一样一目了然。SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或悬空的待连接端信息，用户按照提示修改系统。在编译时，系统状态栏显示仿真运行的时间进度，方便调试。

7、另外，系统还提供了一个灵活的动态系统棒功能，仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作界面。利用系统分析窗口直观显示二维分析结果，图形放大、缩小、滚动等均可通过鼠标方便地实现。分析窗口中的“接收计算器()”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算分析，诸如谱分析、相关和卷积等各种基本的信号分析。2. 简单只要通过鼠标从SystemView库中选择图符并将其拖动到设计窗口中即可创建线性和非线性、离散和连续、模拟和数字，以及混合模式的系统，并且SystemView的所有图符都有相似的参数定义窗口。设计者所要做的只是修改各个图符的参数，而不需要编写源代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、

8、访问与调整参数，并方便地加入注释。3. 易用可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换，使得调试设计系统易如反掌，其简单的操作界面和直观的图标使得初学者特别容易上手。4. 支持多速率系统和并行系统SystemView允许合并多种数据速率输入系统，简化FIR滤波器的执行，并能支持多系统同时执行，这样可以在一次执行中快速方便地比较系统各种变换的不同效果。5. 无限制分层结构通过使用MetaSystem对象创建子系统，SystemView能够很容易地建立大而复杂的系统。理论上，只要计算机具有足够的资源，设计的系统复杂度是无限的。6. 丰富的功能块SystemView包含数百种信号源、接收端、操作符和

9、功能块，提供了从DSP、通信信号处理、控制到构造通用数学模型的应用，并能处理各种文件格式的输入输出数据，可以很方便地调用函数。它可以与外部文件接口，直接获得并处理从外部釆集来的一些物理数据。除了一般的方案论证外，SystemView还提供了与硬件设计的接口，与刈inx公司的软件CoreGenerator配套，可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件。另外，SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。7. 广泛的滤波和线性系统设计SystemView包含一个功能强大容易使用图形模板设计的模拟和数

10、字、离散和连续时间系统的设计环境，并有大量術IR川R滤波器类型。8. 可扩展性SystemView允许用户插入使用高级语言编写的用户代码库，插入的用户库自动集成至SystemView中，能够和内建库一样使甩并提供了与编程语言VC+或仿真工具Matlab的接口。其中的APG功能可以利用VC环境，将系统编译为可脱离SystemView独立运行的可执行文件。同时大大提高了运行速度，在内存较大时效果尤为明显。2.2使用Systemview进行系统仿真的步骤(1) 建立系统的数学模型根据系统的基本工作原理，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分的关系，画出系统框图。(2) 从各种功能库中选取

11、、拖动可视化图符，组建系统在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统。（3）设置、调整参数，实现系统模拟参数设置包括运行系统参数设置（系统模拟时间，釆样速率等）和功能模块运行参数（正弦信号源的频率、幅度、初相，低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等）。（4）设置观察窗口，分析模拟数据和波形在系统的关键点处设置观察窗口，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。启动SystemView后就会出现如图2.21所示的系统设计窗口。它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工

12、作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出显示。标题桂菜单栏工具条C：hrigkArTilElSysfexCcwiLiibSlk_t5.l.回田f:Ltditrtf?rntesfiCpi-eciioiisnpileiJjcstw-*okeiJEtlpj.总理V釦羁團狂黑鼬胡國遢:亶般.囲陳I*傑1HI翳u31ionNidii-artfUff.BC-18除WK勵n且丁IMj-troFIrtlIn

13、n*57j9f&COllSid.D3RSUaiiFbCarnnLJbICSrtnuDLS.21符库捉示栏SystemView提供了9个基本的图符库和6个扩展的图符库。使用这些图符时只需用鼠标器拖动放入设计工作区即可，也可直接在该图符图标上双击鼠标器。在设计工作区内双击图符，则可以定义该图符的具体功能和参数。下面简单介绍一下这些图符的作用。如下图2.22li连接节点马&iter艾老说菲月于务于團符输.入输出信号的?匚眾、连接若国捋连接点较梦曲使用该节点功能可使设计窗匚内的连逶美观有利于自己殓查月于立生用户系嬲需的信号遐-这亍库中的国符只窄输出，没窄输人.加法器算M函数乘法器接收器图2.22E代4

14、于复杂的子系统、范埶或访真的子过逞曲圈符对输入信号操作.月于设負一几嵌套子系统的献、和输出节点O对输入螫据进行某一篡H按作如延时，平均、滤波等等对输.心;年进行某一指运函鱷性O对输入信号进行乘法操作.月于实班信号的收集、显示、分析U艮输出（包括输出到文件）等功能.它E有输入，设有输匕.分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具。有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过下拉菜单来激活。在系统设计窗口中单击分析窗口按钮，即可访问分析窗口。在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、活动图形窗

15、口和提示信息区。同设计窗口一样，滚动条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条；提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度指示；活动图形窗显示输出的各种图形，如波形图、功率谱、眼图等。三、二进制振幅键控(2ASK)2ASK系统仿真设计要求(a)输入PN序列：单极性信号，速率100Hz；载波频率：Fc=1000Hz，幅度=1V;高斯噪声：均值=0.1，功率谱密度=0.001W/Hz。(b)首先不加入噪声，根据给定参数设置图符参数，进行仿真，实时观察输入序列、ASK信号、BPF输出、LPF输出和解调输出的波形和功率谱是否正确和特点，并画出各点波形。(c)再加入噪声，进行仿

16、真，观察和分析输入序列、ASK信号、BPF输出、LPF输出和解调输出的波形特点。3.1、二进制振幅键控的基本原理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一断键控(OOK),其表达式为：=)(teOOK-时发送“以概率”时发送“以概率01,01,cosPPtAcw(3-1)典型波形如图3-1所示：C01(1)2ASK信号的产生方法通常有两种，如下图：2AS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3.2。图(a)

17、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。(a)模拟相乘法(b)数字键控法图3.2(1)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3.3带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器abcd输出定时脉冲)(2teASK带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器eASK2tcGJCoS输出疋时脉冲tc3coss(t)eASK2乘法器二进制不归零信号s(t)(2teASKtcscos)(2teASK3.2用Sys

18、temview软件对2ASK系统进行仿真及结果分析3.2.12ASK系统(无噪声)12ASK系统(无噪声)框图如下：图321-12ASK系统(无噪声)2参数设计：1、5为乘法器2、6为载波，载波频率=1000HZ,8为滤波器；11为模拟低通滤波器，设置滤波器极点数目：No.ofPoles=5(5阶)，设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200Hz。0为基带信号，频率=50HZ,电平=0.5，偏移=0.5。3仿真分析：D25e-3?ineinSezonds基带信号7te-310037甩3100*3经过带通滤波器后的信号40fle-3-Sink750e-31CCBOOe-325e-375e-3

19、1005-35D-3TirreinSecondsarpuxE一爲经过带通滤波器后再与载波相乘的信号取包络经过抽样判决后得到的解调SystemViewT4：u.,.5ink.I?3.2.22ASK系统（带噪声）12ASK系统（带噪声）框图如下:图322-12ASK系统（带噪声）2参数设计:系统的参数设计如下：1、5为乘法器，2、6为载波，载波频率=1000HZ,8为Adder为滤波器；11为模拟低通滤波器，设置滤波器极点数目：No.ofPoles=5（5阶），设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200Hz。0为基带信号，频率=50HZ,电平=0.5,偏移=0.5。3仿真分析：75e-310a

20、e-375e-310Oe-33vsteiT；ViBMiinSeconds经过带通滤波器后再与载波相乘的信号3:Sink10Sink1C25e-311111111111111111Time1.SecondsSystemia4,53e-375e-3中冶3Kllllllllllllllllll冊丽ujoFhrwiiiiimmnuinm.uummHihiiiiuoblllllllllllIIIIIIIFNJliljjL：lLlLllJlii10O&-3TineinSeconds经过带通滤波器后的信号Eink7旦71|4TQufv025e-375e-3o5Je-3TimeinSecorLds1QDe-3