二进制数字频带传输系统设计——2ASK知识讲解

目录1技术要求 (1)2基本原理 (1)2.1 2ASK定义 (1)2.2 2ASK的调制 (2)2.3 2ASK的解调 (3)2.4 2ASK功率谱密度 (4)2.5 眼图 (5)3 建立模型描述 (5)3.1 SystemView方案 (5)3.2 Simulink方案 (6)4 功能模块分析或源程序代码 (8)4.1 SystemView功能模块分析 (8)4.2 Simulink功能模块分析 (12)5 调试过程及结论 (13)5.1 SystemView调试过程及结论 (13)5.2 Simulink调试过程及结论 (18)6 心得体会 (20)7 参考文献 (21)二进制数字频带传输系统设计——2ASK系统1技术要求设计一个2ASK数字调制系统，要求：（1）设计出规定的数字通信系统的结构；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统；（4）观察仿真并进行波形分析；（5）系统的性能评价。

2基本原理2.1 2ASK定义振幅键控是正弦载波的幅度随着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。

该二进制符号序列可表示S(t)=其中：⎩⎨⎧=P P a n －出现概率为出现概率为110Ts 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲：则二进制振幅键控信号可表示为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑t t S c ωcos )(= 二进制振幅键控信号时间波型如图2-1所示，可以看出2ASK 信号的时间波形S2ASK(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)。

图2-1 2ASK 信号时域波形2.2 2ASK 的调制二进制振幅键控信号的产生方法有两种。

第一种，2ASK 信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现其调制，成为“乘积法”。

第二种，2ASK 信号的特征是对载波的“通—断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列S(t)控制门的通断：S(t)=1时开关导通，S(t)=0时开关截止，这种调制方法成为“通—断键控法”。

2ASK “乘积法”调制的原理框图如图2-2所示， “通—断键控法”调制的原理框图如图2-3所示。

图2-2 2ASK调制乘积法图2-3 2ASK调制通断键控法2.3 2ASK的解调由图2-1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)。

2ASK非相干解调原理框图与相干解调原理框图分别如下图2-4、图2-5所示：图2-4 2ASK 信号非相干解调原理框图图2-5 2ASK 信号相干解调原理框图2.4 2ASK 功率谱密度由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。

设()g t 为归一化矩形脉冲，若()g t 的傅氏变换为()G f ，()S t 则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P ，则()S t 的功率谱密度表达式为：)()0()1()()1()(2222f G P f f G P P f f P s s s ζ-+-= 式中，sin ()s s s T G f T fT πρπ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦；1s s f T =Hz ，并与二进制序列的码元速率R s 在数值上相等。

可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。

2ASK 信号的双边功率谱密度表达式为：[]+-++-=222)()()1(41)(c c s ASK f f G f f G P P f f P [])()()0()1(41222c c s f f f f G p f -++-ζζ 表明，2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由()g t 经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。

图2-6为2ASK 信号的单边功率谱示意图。

c -4R s f c -2R s f c f c +2R s f c +4R s f c -3R s f c -R s f c +R s f c +3R s 2A S K f图2-6 二进制振幅键控信号的功率谱密度对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。

在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。

显然，2ASK 信号的谱零点带宽为：20[()()]22/ASK c s c s s s B f R f R f R T =+--==（Hz ）式中，R s 为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）R b （bit/s ）在数值上相等。

2.5 眼图眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。

观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。

从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

另外，也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

一般而言，眼皮越厚，则噪声与ISI 越严重，系统的误码率越高。

3 建立模型描述3.1 SystemView 方案1) 非相干解调（包络检波法）调制部分：采用模拟（乘积法）调制，包含的元件序号有0、1、2；解调部分：采用非相干解调法，包含的元件序号有3、4、5、6、7；图3-1 非相干解调法的总体模型模块说明：0为二进制随机NRZ 信号，1为乘法器，2为正弦载波，3和5为低通滤波器，4为半波整流器，6为电压比较器，7为位同步信号，14为比特误码仪。

2) 相干解调（同步检测法）调制部分：采用模拟（乘积法）调制，包含的元件序号有0、1、2；解调部分：采用相干解调法，包含的元件序号有3、4、5、6、7、8；图3-2 相干解调法的总体模型模块说明：0为二进制随机NRZ信号，1和4为乘法器，2和5为正弦载波，3和6为低通滤波器，7为电压比较器，8为位同步信号，16为比特误码仪。

3.2 Simulink方案调制部分采用的是乘积法，解调部分采用的是相干解调法。

图3-3 基于Simulink的2ASK系统仿真总体框图1）二进制基带信号：图3-4二进制基带信号 2）正弦载波发生器：图3-5正弦载波发生器3）带通滤波器：图3-6 带通滤波器4）低通滤波器：图3-7 低通滤波器4 功能模块分析或源程序代码4.1 SystemView功能模块分析1) 非相干解调模块Token 0 是产生二进制的随机基带信号，选用的是Source Library里的PN Seg，其参数为：Amp=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0 deg。

如图4-1：图4-1 Token 0参数设置Token 1 是乘法器，将载波和基带信号相乘，产生调制信号。

选用的是Multiplier，默认没有参数可以设置。

Token 2 是正弦载波产生器，选用的是Source Library里的Sinusoid，其参数为：Amp=1V，Freq=50Hz，Phase=0 deg，output 0=Sine t1。

如图4-2所示：图4-2 Token 2参数设置Token 3 是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是Operator Library里的Liner Sys Filters。

它的详细的参数设置如图4-3所示：图4-3 Token 3参数设置Token 4 是半波整流器，作用是将2ASK信号的下半部分载波翻转到正半轴，选用的是Function Library里的Half Rctfy，参数为Zero Point =0V，Max Rate=500Hz。

Token 5 是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是Operator Library里的Liner Sys Filters。

它的详细的参数设置如图4-4所示：图4-4 Token 5参数设置Token 6 是电压比较器，起到的作用是抽样判决器。

选用的是Operator Library的子目录Logic里的Compare，其详细参数为：a>=b，True Output=1V。

如图4-5所示：图4-5 Token 6参数设置Token 7 是位同步信号，选用的是Source Library 子目录Aperiodic里的Step Fct，其参数为Amplitude=200e-3 V，Start Time=0 sec，Offset=0V。

如图4-6所示：图4-6 Token 7参数设置Token 14 是比特误码仪，显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率，参数设置为No. trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。

2) 相干解调模块Token 0是产生二进制的随机基带信号，选用的是Source Library里的PN Seg，其参数为：Amp=1V，Offset=1V，Rate=10Hz，Levels=2，Phase=0 deg。

Token 1和Token4是乘法器，将载波和基带信号相乘，产生调制信号。

选用的是Multiplier，默认没有参数可以设置。

Token 2和Token5是正弦载波产生器，选用的是Source Library里的Sinusoid，其参数为：Amp=1V，Freq=50Hz，Phase=0 deg，output 0=Sine t1。

Token 3和Token6是低通滤波器，滤除有效信号以外的噪声，选用的是Operator Library里的Liner Sys Filters。

它们的参数设置同图4-3和图4-4。

Token 7是电压比较器，起到的作用是抽样判决器。

选用的是Operator Library的子目录Logic里的Compare，其详细参数为：a>=b，True Output=1V。

Token 8是位同步信号，选用的是Source Library 子目录Aperiodic里的Step Fct，其参数为Amplitude=200e-3 V，Start Time=0 sec，Offset=0V。

Token 16是比特误码仪，显示二进制移相键控数字调制与解调系统的比特误码率，参数设置为No. trials（bits）=100，Threshold=0.5，Offset=0。