数字频带传输系统的仿真设计(数字通信原理课程设计)

课程设计报告一．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：《MATLAB通信工程仿真》《MATLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析》《MATLAB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 OOK ⎪⎩⎪⎨⎧-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1-12ASK 信号的一般表达式为：t t s t c ASKeωcos )()(2= （1-2）∑-=ns n T a n t g t s )()( （1-4）时钟：T s － 码元持续时间；g (t ) － 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；an－ 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1.22 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4 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。

Token8、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，Token10、13为抽样判决器；Token11、17为相乘器；Token10、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f1和f2两个频率点之间变化。

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an是an的反码。

2 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：带通 滤波器ω1相乘器低通 滤波器抽样 判决器cosω1输出定时脉 冲带通滤波器ω2相乘器cosω2低通 滤波器eASK2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4 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（Gaussian 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。

5 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。