《通信原理課程設(shè)計》

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1、西安歐亞學(xué)院信息工程學(xué)院課程設(shè)計 信息工程學(xué)院 2014 / 2015學(xué)年第一學(xué)期 課程設(shè)計報告 課程名稱： 通信原理課程設(shè)計 專業(yè)班級： 統(tǒng)本通信1201 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 馬小青 12 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 基于MATLAB/

2、Simulink的2ASK數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)建模與仿真 學(xué)生姓名 尚鵬飛 學(xué)號 113250010238 12610901151002 專業(yè) 通信工程 班級 統(tǒng)本1201 張博 設(shè)計系統(tǒng)參數(shù) 1、基于Simulink的系統(tǒng)建模的系統(tǒng)參數(shù)： （1）隨機產(chǎn)生一段二進制數(shù)字信號：二進制數(shù)字“0”出現(xiàn)的概率可設(shè)置為0.5、0.4（任選）；Initial seed:不使用默認值；Sample time:自設(shè) （2）載波信號參數(shù)：幅度為2，頻率為8Hz （3）信道加入高斯白噪聲：噪聲參數(shù)自設(shè) 2、基于M文件的程序編寫的系統(tǒng)參數(shù)自設(shè) 設(shè)計要求 要求：調(diào)制采用模擬相乘法或

3、鍵控法，解調(diào)采用非相干解調(diào)法或相干解調(diào)法。 1、基于Simulink的系統(tǒng)建模要求： 調(diào)制模塊建模：（1）數(shù)字基帶信號及載波信號顯示 （2）未加噪聲已調(diào)信號及疊加噪聲的已調(diào)信號顯示 解調(diào)模塊建模：如果采用非相干解調(diào)法，要求顯示： （1）數(shù)字基帶信號和已調(diào)信號；（2）整流后信號； （3）濾波后信號；（4）抽樣脈沖；（5）解調(diào)信號 如果采用相干解調(diào)法，要求顯示： （1）數(shù)字基帶信號和已調(diào)信號；（2）載波信號； （3）帶通濾波輸出信號及乘法器輸出信號；（4）低通濾波器輸出； （5）解調(diào)信號 2、基于M文件的程序編寫要求顯示波形和1相同。 基于MATLAB/Simu

4、link的2ASK數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)建模與仿真 摘要： 本畢業(yè)設(shè)計主要運用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺進行ASK頻帶傳輸系統(tǒng)仿真，并把運行仿真結(jié)果輸入到顯示器，根據(jù)顯示器結(jié)果分析設(shè)計的系統(tǒng)性能。在畢業(yè)設(shè)計中，目的主要是仿真通信系統(tǒng)中頻帶傳輸技術(shù)中的ASK調(diào)制。產(chǎn)生一段隨機的二進制非歸零碼的基帶信號，對其進行ASK調(diào)制后再送入加性高斯白噪聲（AWGN）信道傳輸，在接收端對其進行ASK解調(diào)以恢復(fù)原信號，觀察還原是否成功，改變AWGN信道的信噪比，計算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比-誤碼率曲線，并與理論曲線比較進行說明 關(guān)鍵詞：Simulink，ASK調(diào)制，高斯白噪聲，信噪

5、比-誤碼率 西安歐亞學(xué)院信息工程學(xué)院課程設(shè)計 目錄 1. 引 言 6 1.1 設(shè)計目的 6 1.2設(shè)計平臺 6 2. 基本原理 7 2.1二進制振幅鍵控原理（2ASK） 7 3.系統(tǒng)設(shè)計 8 3.1 ASK調(diào)制與解調(diào) 8 3.2加入高斯白噪聲后的ASK調(diào)制與解調(diào) 8 4.出現(xiàn)的問題及解決方法 12 結(jié)束語 13 1 西安歐亞學(xué)院信息工程學(xué)院課程設(shè)計 1. 引 言 本次課程設(shè)計主要是深入理解和掌握2ASK頻帶傳輸?shù)倪^程。通信原理是通信工程專業(yè)的一門骨干的專業(yè)課，是通

6、信工程專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。掌握通信原理課程的知識可使學(xué)生打下一個堅實的專業(yè)基礎(chǔ)，可提高處理通信系統(tǒng)問題能力和素質(zhì)。由于通信工程專業(yè)理論深、實踐性強，做好課程設(shè)計，對學(xué)生掌握本專業(yè)的知識、提高其基本能力是非常重要的。設(shè)計或分析一個簡單的通信系統(tǒng)，有助于加深對通信系統(tǒng)原理及組成的理解。通過課程設(shè)計，可以進一步理解通信系統(tǒng)的基本組成、模擬通信和數(shù)字通信的基礎(chǔ)理論、通信系統(tǒng)發(fā)射端信號的形成及接收端信號解調(diào)的原理、通信系統(tǒng)信號傳輸質(zhì)量的檢測等方面的相關(guān)知識。 1.1 設(shè)計目的 通過設(shè)計基于MATLAB/Simulink的ASK頻帶傳輸系統(tǒng)仿真與性能分析，讓我深入理解和掌握二進制數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)的各

7、個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括調(diào)制、解調(diào)、濾波、傳輸、噪聲對通信質(zhì)量的影響等。在數(shù)字信號處理實驗課的基礎(chǔ)上更加深入的掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計原理及實現(xiàn)方法。使學(xué)生對系統(tǒng)各關(guān)鍵點的信號波形及頻譜有深刻的認識。在進行了專業(yè)基礎(chǔ)課和《通信原理》課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，設(shè)計或分析一個簡單的通信系統(tǒng)，有助于加深對通信系統(tǒng)原理及組成的理解。 1.2設(shè)計平臺 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基

8、于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink[2]。 　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)

9、，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 2. 基本原理 2.1二進制振幅鍵控原理（2ASK） 數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（ASK），二進制幅度鍵控記作2ASK。2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。2ASK信號可表示為 （2-1） 式中，為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列 （2-2） 其中，g(t)是

10、持續(xù)時間、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)；為二進制數(shù)字 （2-3） 2ASK/OOK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制（相乘器法）和鍵控法。本課程設(shè)計運用模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)制如圖2-3： 乘法器 圖2-3模擬相乘法 AM信號的解調(diào)一樣，2ASK/OOK信號也有兩種基本的解調(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）。本課程設(shè)計要求的是相干解調(diào)，如圖2-4：帶通濾波器 相乘器 低通濾波器 抽樣判決器 定時脈沖 輸出 圖2-4相干解調(diào)方式 3.系統(tǒng)設(shè)計 3.1 ASK調(diào)制與解調(diào)

11、 整個ASK的仿真系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)過程為：首先將信號源的輸出信號與載波通過相乘器進行相乘，在接收端通過帶通濾波器后再次與載波相乘，接著通過低通濾波器、抽樣判決器，最后由示波器顯示出各階段波形，并用誤碼器觀察誤碼率。 3.2加入高斯白噪聲后的ASK調(diào)制與解調(diào) 整個加入高斯白噪聲后的ASK仿真系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)過程為：首先將信號源的輸出信號與載波通過相乘器進行相乘，送入加性高斯白噪聲（AWGN）信道中傳輸。在接收端通過帶通濾波器后再次與載波相乘，接著通過低通濾波器、抽樣判決器，最后由示波器顯示出各階段波形，并用誤碼器觀察誤碼率。 如圖3-5所示： 圖3-5 ASK調(diào)制與解調(diào)中加入高斯白

12、噪聲仿真圖 第一路為基帶信號波形圖，第二路為ASK已調(diào)后的波形圖，第三路為加入載波信號的波形圖，第四路為加入高斯白噪聲后的波形圖，第五路為經(jīng)過帶通濾波器后與載波相乘后的波形圖，第六路為經(jīng)過低通濾波器后的波形圖，第七路為ASK解調(diào)后的波形圖。在ASK調(diào)制與解調(diào)中加入高斯白噪聲后，波形出現(xiàn)了失真，解調(diào)也有誤碼存在，系統(tǒng)基本符合設(shè)計要求。 圖3-6 各點信號的波形 圖3-7為MATLAB的波形圖 4.出現(xiàn)的問題及解決方法 在本次課程設(shè)計運用了MATLAB軟件建立工作模型，在仿真的過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和老師同學(xué)的幫助都一一解決，總結(jié)分析分析如

13、下： 1、在解調(diào)時沒有加噪聲出現(xiàn)誤碼率。 解答辦法：出現(xiàn)誤碼數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)示波器的輸出波形，合理修改誤碼器中的receive delay的數(shù)據(jù)就可以使誤碼數(shù)據(jù)為零。 2、示波器中的波形只出現(xiàn)一部分。 解決辦法：雙擊示波器，修改data history中的limit data points to last的數(shù)據(jù)，再重新運行Simulink觀察示波器即可看到準確圖形。 3、解調(diào)波形時無失真，但解碼后波形嚴重失真。 解決辦法：這是由于信號經(jīng)過低通濾波器后會產(chǎn)生時延，而本次課程設(shè)計中信號是以幀的形式進行傳輸，因而在解調(diào)輸出端若直接使用解調(diào)信號，將會產(chǎn)生嚴重失真。因而，要在解調(diào)輸出端加入延

14、時模塊，使其延時的比特數(shù)恰好等于一幀所含的比特數(shù)。系統(tǒng)的時延可從解調(diào)信號的波形圖中看出，加入的模塊數(shù)等于一幀所含的比特數(shù)減去系統(tǒng)時延的比特數(shù)。 收獲和致謝 非常感謝馬小青老師的指導(dǎo)，在老師的身上我們學(xué)到的不僅僅是知識的層面，更重要的是老師追求知識的熱情，以及對本身工作嚴謹?shù)膽B(tài)度，讓我受益匪淺。 雖然我們在設(shè)計中碰到的很多個人困難，但在這些困難面前，我卻越來越有耐心地去解決。完成一個設(shè)計會讓我們自己獲益匪淺，理論用于指導(dǎo)實踐，也必須應(yīng)用于實踐。必須自己動腦動手，這樣加深了對知識的理解，也能使自己對知識的運用更加嫻熟。同時，也多虧了眾多同學(xué)和老師的幫

15、助。特別是在馬小青老師的耐心指導(dǎo)下，我解決了很多問題。同時，我也在馬小青老師的身上學(xué)到了許多有用的知識和設(shè)計的思路，在此我表示十分感謝！由衷地感謝各位給我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師！ 在本次課程設(shè)計中，我了解到了通信系統(tǒng)仿真的重要性。它可以很好地讓我們理解通信原理，能夠?qū)υ磉M行仿真，這對于我們專業(yè)的學(xué)生來說是非常重要的。因為我們以后會經(jīng)常用到系統(tǒng)仿真來設(shè)計我們所需的通信系統(tǒng)，需要從仿真結(jié)果檢驗出我們所設(shè)計的系統(tǒng)是否達到目標，從中及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計問題，不斷地改進和優(yōu)化方案，這樣可以提高效率，節(jié)約投資，縮短開發(fā)設(shè)計時間。因此，了解和掌握通信系統(tǒng)仿真對于通信專業(yè)學(xué)生而言尤其重要。 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜

16、合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 在做課程設(shè)計準備工作的時候，我們應(yīng)該明確以下幾點：首先，應(yīng)該明確設(shè)計的要求，到底讓我們做什么，要達到什么樣的效果，目的要明確。其次，將設(shè)計問題分解，分成幾個模塊，畫出方框圖并說明各個模塊間的聯(lián)系，有針對性的分別去設(shè)計各個模塊，分塊檢錯，消除模塊內(nèi)的問題。然后，將各個模塊聯(lián)系起來，整體來調(diào)試，發(fā)現(xiàn)模塊間的問題，不斷的修改調(diào)試，已達到最終的要求。通過這次課程設(shè)計，我對于設(shè)計有了一個具體的了解，知道了設(shè)計的具體流程。我認為這對于我們來說是非常重要的，因為有了這樣的設(shè)計思路和設(shè)計流程，我們才能設(shè)計其他不同的課題，才能達到舉一反三的地步。 9