通信原理課程設(shè)計報告-基于MATLAB的Simulink的2ASK仿真.doc

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1、 通信原理課程設(shè)計題 目 基于MATLABSimulink的2ASK仿真學(xué)院(部) 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級 2008級指導(dǎo)教師 職稱 副教授 2010年12 月 目錄第一章 課程設(shè)計的任務(wù)說明21.1 課程設(shè)計的目的21.2 課程設(shè)計的要求2第二章 MATLAB/SIMULINK簡介3第三章 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展43.1通信的概念43.2 通信的發(fā)展史簡介53.3通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢5第四章2ASK的基本原理和實現(xiàn)64.1 2ASK的產(chǎn)生64.2 2ASK的功率譜和帶寬64.3 2ASK信號的解調(diào)及抗噪聲性能分析7第五章 Smulink的模型建立和仿

2、真115.1 建立模型方框圖115.2參數(shù)設(shè)置125.3仿真波形圖165.4 不同信噪比下的誤碼率18總結(jié)19參考文獻20第一章 課程設(shè)計的任務(wù)說明1.1 課程設(shè)計的目的（1）通過利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具。（2）通過課程設(shè)計來更好的掌握課本相關(guān)知識，熟悉2ASK的調(diào)制與解調(diào)。（3）更好的了解通信原理的相關(guān)知識，磨練自己分析問題、查閱資料、鞏固知識、創(chuàng)新等各方面能力。1.2 課程設(shè)計的要求（1）掌握課程設(shè)計涉汲到的相關(guān)知識，相關(guān)概念、原理清晰，明了。（2）仿真圖設(shè)計合理、能夠正確運行。（3）按照要求撰寫課程設(shè)計報告。第二章 MATLAB/SI

3、MULINK簡介美國Mathworks公司于1967年推出了矩陣實驗室“Matrix Laboratory”（縮寫為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非?？斓膶崿F(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時間，受到了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了7.X版本。 Matlab是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己

4、的科研過程中擴充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。可以毫不夸張的說，哪怕是你真正理解了一個工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^Matlab來學(xué)習(xí)某個領(lǐng)域的科學(xué)知識，這就是Matlab真正在全世界推廣開來的原因。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計漂亮的用戶接口，同時因為有最豐富的函數(shù)庫（工具箱），所以計算的功能實現(xiàn)也很簡單，進一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,Matlab和其他高級語言也具有良好的接口，可以方便的實現(xiàn)與其他語言的混合編程，進一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力?？梢哉f，Matlab已經(jīng)也很有必要

5、成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進作用。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一 。確切的說，Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。Simulink工作環(huán)境進過幾年的發(fā)展，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)和工業(yè)界用來建模和仿真的主流工具包。在Simulink環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只

6、需進行簡單的點擊和拖動就能完成建模，并可直接進行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結(jié)果。它的主要特點在于：1、建模方便、快捷；2、易于進行模型分析；3、優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。Simulink模塊庫（或函數(shù)庫）包含有Sinks（輸出方式）、Sources（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connection（連接與接口）和Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運算的Simulink庫模塊（或庫函數(shù)），而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用Simul

7、ink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行仿真的批處理非常有用。采用Scope模塊和其他的顯示模塊，可以在仿真進行的同時就可立即觀看到仿真結(jié)果，若改變模塊的參數(shù)并再次運行即可觀察到相應(yīng)的結(jié)果，這適用于因果關(guān)系的問題研究。仿真的結(jié)果還可以存

8、放到MATLAB的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的應(yīng)用工具箱都包含這些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脫離MATLAB而獨立工作。 第三章 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展3.1通信的概念通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖像等都是消息(Message)。消息有模擬消息（如語音、圖像等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在

9、轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號（Signal）是傳輸消息的手段，信號是消息的物質(zhì)載體。相應(yīng)的信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的，如電話機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數(shù)字信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是離散的，如電船傳機、計算機等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號就是數(shù)字信號。通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息(Information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常

10、迅速，它的應(yīng)用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當(dāng)今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖3-1-2所示。圖3-1-2通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖3-1-2所示， 圖3-1-2 數(shù)字通信系

11、統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖3-1-3所示。圖3-1-3 模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強、便于加密、易于實現(xiàn)集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對通信技術(shù)的越來越高的要求。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個通信領(lǐng)域中所占比重日益增長，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。3.2 通信的發(fā)展史簡介遠古時代,遠距離的傳遞消息是以書信的形式來完成的,這種通信方式明顯具有傳遞時間長的缺點。為了在盡量短的時間內(nèi)傳遞盡量多的消息,人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段。1837年發(fā)明的莫爾斯

12、電磁式電報機標(biāo)志著電通信的開始,之后，利用電進行通信的研究取得了長足的進步。1866年利用海底電纜實現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報通信。1876年貝爾發(fā)明了電話,利用電信號實現(xiàn)了語音信號的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準(zhǔn)確，這標(biāo)志著模擬通信的開始，由于它比電報更便于交流使用，所以直到20世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話通信技術(shù)比電報的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。1937年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。20世紀(jì)60年代以后集成電路、電子計算機的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在70年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動電話在90年代中期被數(shù)字移動電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。數(shù)字

13、通信的高速率和大容量等各方面的優(yōu)越性也使人們看到了它的發(fā)展前途。3.3通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進入20世紀(jì)以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀(jì)后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實。（2）移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現(xiàn)。（3）光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。（4）電子計算機的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村

14、。（5）微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。例如，2003年我國的移動電話用戶首次超過了固定電話用戶。根據(jù)國家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2005年底移動電話用戶近4億。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。到那時人們的生活將越來越離不開通信。第四章2ASK的基本原理和實現(xiàn)4.1 2ASK的產(chǎn)生二進制振幅調(diào)制就是用二進制數(shù)字基帶信號控制正弦載波的幅度，使載波振幅隨著二進制數(shù)字基帶信號而變化。由于二進制數(shù)字信號

15、只有兩個不同的碼元，因此幅度受控后的正弦波也只有兩個不同的振幅，如圖4-1-1所示。s(t)為調(diào)制信號，持續(xù)時間為,在二進制中，碼元寬度等于比特寬度，所以在二進制數(shù)字調(diào)制中有=。(t)為已調(diào)信號，它的幅度受s(t)控制，也就是說它的幅度上攜帶有s(t)的信息。圖4-1-1 二進制振幅調(diào)制波形產(chǎn)生已調(diào)信號(t)的部件稱為2ASK調(diào)制器。圖4-1-2是用相乘器實現(xiàn)的2ASK調(diào)制器及2ASK信號產(chǎn)生過程的波形示意圖。輸入是二進制單極性全占空數(shù)字基帶信號s(t),載波是c(t),輸出是已調(diào)信號(t)。圖4-1-2 2ASK調(diào)制器及2ASK信號的產(chǎn)生4.2 2ASK的功率譜和帶寬2ASK信號的功率譜示意

16、圖如圖4-2-1所示：圖4-2-1ASK信號的功率譜由圖可知，2ASK信號的功率譜是基帶信號功率譜的線性搬移，其頻譜的主要帶寬是二進制基帶信號頻譜主瓣寬度的兩倍，即=2式中是數(shù)字基帶信號的帶寬，在數(shù)值上等于數(shù)字基帶信號的碼元速率。4.3 2ASK信號的解調(diào)及抗噪聲性能分析 2ASK信號的解調(diào)有兩種方法即相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。在此次課程設(shè)計中采用相干解調(diào)法。相干解調(diào)也稱為同步解調(diào)，因為這種解調(diào)方式需要一個和發(fā)送載波同頻同相的本地載波。為說明圖4-3-1中的2ASK信號的相干解調(diào)器框圖中所示部件能從已調(diào)2ASK信號中檢測出原發(fā)送信息，在忽略噪聲的情況下畫了方框圖中各點的波形，如圖4-3-2所示。圖4

17、-3-1 2ASK信號的相干解調(diào)器圖4-3-2 2ASK相干解調(diào)器各點波形示意圖帶通濾波器讓信號通過的同時盡可能地濾除帶外噪聲，在不考慮噪聲時，圖2-3-2中a點波形就是接收的2ASK信號。位定時信號由位定時提取電路提供。當(dāng)取樣值大于門限時，判決發(fā)送信號為“1”；當(dāng)取樣值小于門限時，判決發(fā)送信號為“0”，判決發(fā)送信號為“1”；當(dāng)取樣值小于門限時，判決發(fā)送信號為“0”，判決得到的信號如圖2-3-2（e）所示。但實際通信中是有噪聲的，噪聲會使判決產(chǎn)生錯誤。下面對噪聲引起的誤碼率進行數(shù)學(xué)分析。在此次課程設(shè)計中，假信信道為高斯白噪聲信道。下面分兩種情況加以討論。1） 發(fā)“1”碼發(fā)“1”碼時，輸入的2A

18、SK信號為，它能順利地通過帶通濾波器。n(t)為均值為零均值高斯白噪聲，經(jīng)帶通濾波器后變?yōu)檎瓗Ц咚乖肼暎帽硎?，?因此，發(fā)“1”碼時，帶通濾波器的輸出為經(jīng)乘法器，輸出為經(jīng)低通濾波器濾后，高頻成分被濾除。設(shè)輸出信號為x(t), 則其中x(t)用于取樣判決。需要說明的是，忽略系數(shù)1/2不會影響誤碼率的計算結(jié)果。2）發(fā)“0”碼發(fā)“0”碼時，2ASK信號為0，帶通濾波器只輸出噪聲 ,所以乘法器的輸出為忽略系數(shù)1/2后，低通濾波器的輸出為x(t)= 此輸出用于取樣判斷。綜合上述分析，可得3）概率密度函數(shù)及誤碼率由上分析可知，發(fā)“0”碼和發(fā)“1”碼時，用于判決的取樣值的概率密度函數(shù)分別為樣值的曲線示意圖

19、如圖4-3-3所示：圖4-3-3 取樣值概率密度函數(shù)示意圖當(dāng)P(0)=P(1)時，最佳門限應(yīng)選在兩條曲線的交點處。由于這兩條曲線形狀完全相同，所以判決門限=根據(jù)圖4-3-3及上式可得2ASK相干解調(diào)器的誤碼率公式為式中，r定義為：第五章 Smulink的模型建立和仿真5.1 建立模型方框圖2ASK信號調(diào)制與解調(diào)的模型方框圖如下所示，各模塊的名稱已標(biāo)注在圖上。上半部分為調(diào)制部分，下半部分為解調(diào)部分。圖5-1-15.2參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。正弦載波參數(shù)設(shè)置：圖5-2-1正弦載波是幅度為2頻率為4Hz采樣周期為0.002的信號。設(shè)置依據(jù)：實際上載波的頻率應(yīng)該很

20、高，但這里為了調(diào)制時便于波形的對比觀察，故設(shè)為4HZ。伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器參數(shù)設(shè)置：圖5-2-2Bernoulli Random Binary Generator(伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為3，占1比為2/3。帶通濾波器參數(shù)設(shè)置：圖5-2-3帶通濾波器參數(shù)：帶通范圍為27HZ設(shè)置依據(jù)：載波頻率為4HZ，而基帶號帶寬為1HZ，考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為27HZ。低通濾波器參數(shù)設(shè)置圖5-2-4低通濾波器參數(shù)設(shè)置：截止頻率為1HZ設(shè)置依據(jù)：二進制序列的帶寬為1HZ，故取1HZ。取樣判決器參數(shù)設(shè)置：圖5-2-5取樣判決器參數(shù)設(shè)置：門限值取為0.5，取樣時間

21、為1設(shè)置依據(jù)：由前面的理論分析知判決門限為二元信號幅度的一半，故門限值取為0.5。5.3仿真波形圖 為了把所有波形圖放在一頁進行對比，故轉(zhuǎn)下頁。調(diào)制部分：解調(diào)部分：5.4 不同信噪比下的誤碼率1) 信噪比設(shè)為90:圖5-4-1此時誤碼率為:2）當(dāng)信噪比設(shè)為60時：圖5-4-2此時誤碼率為：結(jié)果分析：由此可見，隨著信噪比的降低，誤碼率是急劇上升的?？偨Y(jié)通過理論指導(dǎo)與仿真實踐，我完成了這次設(shè)計的任務(wù)，其運行結(jié)果如前面所示，較好的完成了這次課程設(shè)計。由于信道干擾及碼間干擾的影響，存在著一定的誤碼率。當(dāng)信道的信噪比提高時，誤碼率下降。這次課程設(shè)計使用SIMULINK對2ASK系統(tǒng)建模仿真，使我對數(shù)字鍵控的概念又有了更深的了解，而且也熟悉了SIMULINK軟件的操作，在此感謝指導(dǎo)老師對我的幫助。參考文獻1 黃葆華，楊曉靜等通信原理西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20072 胡曉冬，董辰輝 MATLAB 從入門到精通北京：人民郵電出版社，201020