simulink通信系统建模与仿真

通信系统建模与仿真课程设计

2008 级通信工程专业0813072 班级

题目基于SIMULINK的2ASK频带传输系统的仿真姓名李春艳学号081307211 指导教师胡娟闫利超贾晓兰

2011年6月1日

1 任务书

试建立一个ASK 频带传输模型，产生一段随机的二进制非归零码的基带信号，对其进行ASK 调制后再送入加性高斯白噪声（AWGN ）信道传输，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，改变AWGN 信道的信噪比，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。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。

2 二进制振幅键控（2ASK ）的理论分析

2.1 2ASK 调制原理

振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为1-P ，且相互独立。该二进

wct

nTs t ang wct t s t sASK cos ])([cos )()(∑-==

制符号序列可表示为 其中:

??

?=10an 0是以概率p 出现，而1是以概率1-p 出现。

二进制振幅键控信号时间波型如图1 所示。 由图1 可以看出，2ASK 信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK 信号）。 二进制振幅键控信号的产生方法如图2 所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现， 图(b)是采用数字键控的方法实现。

由图1 可以看出，2ASK 信号与模拟调制中的AM 信号类似。所以，对2ASK 信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图3 所示。2ASK 信号非相干解调过程的时间波形如图4 所示。

图2-1 二进制振幅键控信号时间波型

2ASK 信号的功率谱密度

由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,?所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。2ASK 信号功率谱密度推导：

已知t nT t g a t e c S n n ωcos )()(0???

???-=∑t t s c ωc o s )(=，设)(0t e 的功率谱为

)(f P e ，s(t)的功率谱为)(f P s 。

则

[])()(4

1

)(fc f Ps fc f Ps f P e -++=

，

2

)()1()(f G P P f f P s s -=2)1(P f s -+

∑m s

mf G )()(s mf f -δ，s

fT j s s s e fT fT T f G πππ-???

? ??=sin )(。 ???

???

?

?--+

++=2

2

)()(sin )()(sin 16)(s c s c s

c s

c s e T f f T f f T f f T f f T f P ππππ[])()(16

1

c c f f f f -+++δδ

图2-2 2ASK信号的功率谱密度示意图

在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：（1）模拟相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图2-3所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。（2）数字键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图2-4所示。

图2-3模拟相乘法图2-4数字键控法

2.2 2ASK解调原理

2ASK/OOK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），相应的接收系统如图2-5、图2-6所示。

图2-5非相干解调方式

图2-6 相干解调方式

抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b ，当信号抽样值大于b 时，判为“1”码；信号抽样值小于b 时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。

图2-7 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形

1

1

1

0101

a

b

c

d

32ASK频带系统设计方案

信源选择伯弄利发生器产生二进制码，经过频率转换器转换成需要频率。

产生信源的模块如上图所示，及产生的二进制码如上图所示。

调制方式选择模拟相乘法进行调制。

解调方式选择相关解调方式包络检波两种解调方式。两种解调方式形成对比，比较那种误码率较低。

信道按要求选择AWGN高斯白噪声信道。

抽样判决器选择选择Relay.

4SIMULINK下2ASK系统的设计

<1> 伯努利二进制发生器模块ernoulli Binary Generator的参数设置为：Probability of a zero 0概率设为0.5，initial seed设为61，Sample time抽样时间为1S，Sample per frame是输入信息码为1。

图3-5 伯努利二进制发生器模块参数设置

<2>调制过程：

调制过程的模块图如下图所示：

调制过程包含信源（波弄利发生器和频率转换器）、载波（信号发生器）乘法器。伯弄利二进制发生器模块的参数设置如下图：零的概率为0.5，采样时间设置为0.1，

,

载波是运用信号发生器来产生的：

波形设置为：sine波形，时间默认，幅值设置为2，频率选择为100HZ,

截图如下：

调制的波形如上图所示：第一栏为为信源，第二栏为调制之后的波形，第三栏为载波波形。

<3> 解调过程；

运用了两种解调方法：相干解调和包络解调。相干解调主要有相乘器，低通滤波器和载波。载波要与调制时的载波频率相同。

包络解调有saturation作为整流器，低通滤波器与相干解调的低通滤波器的设

置相同，

低通滤波器的参数设置如下。

整流器（saturation）的参数设置如下图：上限值设置为1，下限值设置为0

<4> 信道：包含零阶转换器、加性高斯白噪声，带通滤波器

零阶转换器的设置如下图所示：采样时间设置为0.0001

加性高斯白噪声的设置：信噪比设置为20，采样时间设置为0.001

带通滤波器的设置如下图所示：

<5> 抽样判决器：

抽样判决器的参数设置如下图所示：

<6> ASK信号调制与解调整体图形如下图所示：

5仿真结果分析

上图为信号经过频率转换器之后的波形。

下图为信源与载波经过乘法器相乘之后的结果，及调制之后的波形。由上面的理论可得，载波与1相乘有波形，与0相乘为0.

下图为信号波形进过加性高斯白噪声并且经过带通的波形。噪声对信号有影响，使得波形产生毛刺。

上图是经过相干解调和包络解调之后并且与源码元对比的图。第一栏为相干解调波形，第二栏是包络解调波形，第三栏是源码元的波形。

下图分别是发送设备和接受设备的功率谱图，有图可得，在发送和接受端功率谱不变。

理想信噪比-误码率曲线和实际中的信噪比-误码率曲线的对比

clear all;

a=0.01;

SNR_dB=0:0.3:20;

SNR1=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,15,19,25,30];

ask_pe1[0.2889,0.2601,0.2599,0.2593,0.2588,0.2599,0.2578,0.2583,0.258 3,0.2578,0.2583,0.2583,0.2593,0.2583,0.2583];

SNR=10.^(SNR_dB./10);

SNR2=a.^2./(2*SNR);

for i=1:length(SNR_dB)

ask_pe0=0.5*erfc(sqrt(a.^2./(8*SNR2)));

end

semilogy(SNR_dB,ask_pe0,'r');

hold on;

semilogy(SNR_dB,ask_pe1,'b');

hold on;

legend(' àí??2ASK','êμ?ê2ASK');

axis([-6,20,1/1e7,1]);

xlabel('SNR_dB');

ylabel('Pe');

6遇到的问题及解决的方法

1、载波波形为一条直线。

解决办法：是应为系统采样时间太长了，及频率太小了。将采样时间设置为1e-5，输出波形即为正弦波。

2、加入加性高斯白噪声时系统出错。

解决办法：在加性高斯白噪声两边分别加入零阶转换器。使得输入加性高斯白噪声信道的信号为离散的。

3、在解调时没有加噪声出现误码率。

解答办法：出现误码数据时，可以根据示波器的输出波形，合理修改误码器中的receive delay的数据就可以使误码数据为零。

4、示波器中的波形只出现一部分。

解决办法：双击示波器，修改data history中的limit data points to last的数据，

再重新运行Simulink观察示波器即可看到准确图形。

5、解调波形时无失真，但解码后波形严重失真。

解决办法：这是由于信号经过低通滤波器后会产生时延，而本次课程设计中信号是以帧的形式进行传输，因而在解调输出端若直接使用解调信号，将会产生严重失真。因而，要在解调输出端加入延时模块，使其延时的比特数恰好等于一帧所含的比特数。系统的时延可从解调信号的波形图中看出，加入的模块数等于一帧所含的比特数减去系统时延的比特数。

7结束语

本次课程设计，我的任务是用Simulink来实现2ASK调制解调系统。开始我对2ASK和Simulink了解特别少，通过查阅相关资料，我熟悉了2ASK调制解调原理，弄懂了2ASK与Simulink的关系，加深了对通信原理的认识。经过几天忙碌的课程设计我体会到了很多。

因为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设计问题，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。因此，了解和掌握通信系统仿真对于通信专业学生而言尤其重要。

这次课程设计使得我了解了自己，通过这次的课程设计，我知道我没耐心，在仿真过程中会经常出错，出几次就急了。为了克服这个缺点。我反复的做了几遍这次的设计。为此从未通宵的我，花了整整一个晚上。知道这不是好习惯，但是心里还是小有成就感的。

8指导教师评语