實驗總成績： 裝 訂 線報告份數： 西安郵電大學 通信與信息工程學院 科研訓練論文專業班級： 學生姓名： 學號(班內序號): 2013 年 09月 22日2ASK信號的調制與解調分析與研究The analysis and research of modulation and demodulation to 2ASK signal 摘要： 現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。從最早的模擬調幅調頻技術的日臻完善，到現在數字調制技術的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。二進制數字振幅鍵控是一種古老的調制方式，也是各種數字調制的基礎。本課程設計主要是利用MATLAB集成環境下,設計一個2ASK調制與解調系統.用示波器觀察調制前后的信號波形;用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化。關鍵字：2ASK matlab 調制 解調Abstract: Modern communication systems require communication distance, a communication capacity, transmission quality. As one of the key technologies of modulation and demodulation techniques have been studied in an important direction. From the earliest analog AM FM technology is improving, and now widely used digital modulation techniques, making the information transmission more efficient and reliable. Binary amplitude shift keying modulation scheme is an old, is the basis for a variety of digital modulation. This course is designed primarily integrated environment using MATLAB to design a 2ASK modulation and demodulation system with an oscilloscope modulated signal waveform before and after; observed modulation spectrum analysis module signal spectrum before and after the change.Keywords: 2ASK; MATLAB; Modulation; Demodulation引言： 本課程設計主要是運用matlb深入理解和掌握2ASK信號的調制和解調。鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時培養我們進行獨立工作習慣和科學素質的培養，為今后參加工作打下良好的基礎二進制振幅鍵控本次設計采用的流程圖如圖2-1所示。圖 2-1 2ASK調制解調框圖一.2ASK調制原理2ASK二進制振幅調制就是用二進制數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字基帶信號而變化，而其頻率和初始相位保持不變。信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。其信號表達式為：，S(t)為單極性數字基帶信號。由于調制信號只有0或1兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通，它的實際意義是當調制的數字信號“1”時，傳輸載波；當調制的數字信號為“0”時，不傳輸載波。2ASK信號的時間波形e2ASK(t)隨二進制基帶信號S(t)通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號。典型波形如圖2-2所示。圖 2-2 典型2ASK波形e2ASK(t)為已調信號，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。2ASK信號的產生方法通常有兩種：模擬調制法（相乘器法）和鍵控法。模擬調制法就是用基帶信號與載波相乘，進而把基帶信號調制到載波上進行傳輸。鍵控法由s(t)來控制電路的開關進而進行調制。兩種方法的調制如圖2-3和圖2-4所示。圖 2-3 模擬調制法（相乘器法）圖 2-4 鍵控法二.2ASK解調原理2ASK有兩種基本解調方法：相干解調法（同步檢測法）和非相干解調法（包絡檢波法）。相干解調需要將載頻位置的已調信號頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來實現。相乘后的信號只要濾除高頻部分就可以了。為確保無失真還原信號，必須在接收端提供一個與調制載波嚴格同步的本地載波，這是整個解調過程能否順利完好進行的關鍵。本次設計采用相干解調法。三. MATLB仿真結果及分析通過編寫M文件程序（見附錄），產生隨機信號，按圖2-1順序對每一模塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋。運行程序，實現2ASK的調制與解調過程。本次設計采用模擬調制法（相乘器法）和相干解調法。仿真后調制過程及解調過程的圖形分別如圖相干解調后的信號與原信號的比較四.基于SystemView的2ASK調制與解調系統仿真設計 調幅法 對應基帶信號與已調信號波形 通斷鍵控法對應基帶信號與已調信號波形2ASK調制系統（相干，非相干）對應基帶信號與已調信號波形（非相干）對應基帶信號與已調信號波形（相干）圖符塊參數參數設置：Token0: 雙極性二進制基帶碼源（PN碼），參數：Amp=1v；Offset=1v；Rate=10Hz；No.of Level=2；Token1: 乘法器；Token2: 正弦載波信號源，參數：Amp=1V；F=20Hz；Phase=0；Token5: 半波整流；Token6: 模擬低通濾波器，參數：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=3；LoCuttoff=10Hz；Token7: 模擬低通濾波器，參數：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=3；LoCuttoff=10Hz；Token8：乘法器；Token9：正弦載波信號源，參數：Amp=1V；F=20Hz；Phase=0；Token10，11：抽樣判決器；Token12，13，15：信宿接收分析器（Sink12,Sink13,Sink15）；Token14：延時。2ASK已調信號的功率譜密度圖2ASK信號的功率譜密度示意圖 2ASK信號的功率譜由連續譜和離散譜兩部分組成；連續譜取決于g(t)經線性調制后的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，若只計譜的主瓣（第一個譜零點位置），則有式中 fs = 1/Ts即，2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。五.結論：通過本次課程設計，我們主要了解了2ASK調制與解調原理，特別是2ASK調制解調電路的MATLAB實現與調制性能分析，把以前學的通信原理等通信類科目的內容應用到本課程設計，進一步鞏固復習通信原理和MATLAB等課程六. 參考文獻：1樊昌信，曹麗娜.通信原理M.6.北京.國防工業出版社.2007：298-3222和煦，等.matlab通信仿真M.1.陜西.無.2010：4 張化光，孫秋野MATLAB/SIMULINK實用教程M北京：人民郵電出版社，20093邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模與仿真實例分析，清華大學出版社，5 陳懷琛MATLAB及其在理工課程中的應用指南M西安：西安電子科技大學出版社，20006 薛定宇,陳陽泉.基于Matlab/Simulink 的系統仿真技術與應用M.北京:清華大學出版社,2002:155-157.7 王興亮.通信系統原理教程M.西安:西安電子科技大學出版社,2009:135-143.8 Mokhtari Mohand,Marie Michel. MATLAB 與SIMULINK 工程應用M.趙彥玲,吳淑紅,譯.北京:電子工業出版社,2002:123-132.七. 附錄MATLB代碼clear all;close all;echo on%-系統仿真參數 A=1; %載波振幅fc=2; %載波頻率（Hz）snr=10; %信噪比dBN_sample=8;% 基帶信號中每個碼元的的采樣點數N=10000; % 碼元數Ts=1; % 碼元寬度df=0.01%頻率分辨率B=1/Ts;f_start=fc-B;f_cutoff=fc+B;fs=fc*N_sample%系統采樣頻率，即考慮載波后，一個碼元內的采樣點數ts=Ts/fs; % 系統采樣間隔t=0:ts:N*Ts-ts;Lt=length(t);%-畫出調制信號波形及功率譜% 產生二進制信源d=sign(randn(1,N);dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);gt=ones(1,fc*N_sample); % NRZ波形d_NRZ=conv(dd,gt);d_NRZ1=d_NRZ(1:Lt);pause%畫出單極性NRZ波形及其功率譜figure(1)subplot(211); plot(t,d_NRZ1);% 畫出單極性NRZ信號波形axis(0 10 0 1.2);xlabel(t);ylabel(單極性信號);subplot(212); d_NRZ1f,d_NRZ1,df1,f=T2F(d_NRZ1,ts,df,fs);%求出單極性NRZ信號功率譜plot(f,10*log10(abs(fftshift(d_NRZ1f).2/length(f);% 畫出單極性NRZ信號功率譜 axis(-2*B 2*B -50 0);xlabel(f);ylabel(單極性信號功率譜);pause%畫出雙極性NRZ波形及其功率譜ht=A*sin(2*pi*fc*t);%載波s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht;%生成已調信號2ASKpause%畫出已調信號2ASK及其功率譜figure(2)subplot(211);plot(t,s_2ask);%畫出2ASK信號axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(2ASK);%求2ASK信號功率譜s_2askf,s_2ask,df1,f=T2F(s_2ask,ts,df,fs);%求出單極性NRZ信號功率譜subplot(212);plot(f,10*log10(abs(fftshift(s_2askf).2/length(f);% 畫出單極性NRZ信號功率譜axis(-fc-2*B fc+2*B -50 0);xlabel(f);ylabel(2ASK的功率譜)snr_lin=10(snr/10); %換算成倍數signal_energy=0.5*A2*Ts;%求出接收信號平均能量noise_power=( signal_energy *fs)/(snr_lin*4);%求出噪聲方差（噪聲均值為0）noise_std=sqrt(noise_power);%求出噪聲均方差noise=noise_std.*randn(1,Lt);%以噪聲均方差作為幅度產生高斯白噪聲%-將已調信號送入信道r=s_2ask(1:Lt)+noise(1:Lt);%疊加了噪聲的已調信號，相當于將已調信號送入理想信道H,f=bp_f(length(s_2askf),f_start,f_cutoff,df1,fs,1);%經過理想帶通濾波器DEM = H.*s_2askf; %濾波器輸出的頻譜dem=F2T(DEM,fs);%濾波器的輸出波形 dem1=dem(1:Lt)pause%經過理想帶通濾波器后的信號波形及功率譜figure(3)subplot(211)%經過理想帶通濾波器后的信號波形plot(t,dem1)%畫出經過理想帶通濾波器后的信號波形axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(理想BPF輸出信號);demf1,dem1,df1,f=T2F(dem1,ts,df,fs);%求經過理想帶通濾波器后信號功率譜subplot(212)plot(f,10*log10(abs(fftshift(demf1).2/length(f);% 畫出經過理想帶通濾波器后信號功率譜axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(理想BPF輸出信號功率譜);%-進行相干解調，先和本地載波相乘,即混頻figure(4)der=dem1(1:Lt).*ht(1:Lt);%和本地載波相乘，即混頻subplot(211)%畫出混頻后的波形plot(t,der);axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(混頻后的信號);derf,der,df1,f=T2F(der,ts,df,fs);%求混頻后信號的功率譜subplot(212)plot(f,10*log10(abs(fftshift(derf).2/length(f);%畫出混頻后的功率譜axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(混頻后信號的功率譜);LPF,f=lp_f(length(derf),B,df1,fs,1);%求低通濾波器pause%混頻信號經理想低通濾波器后的波形及功率譜DM = LPF.*derf; %理想低通濾波器輸出信號頻譜dm=F2T(DM,fs); %理想低通濾波器的輸出波形figure(5)subplot(211)plot(t,dm(1:Lt);%畫出經過低通濾波器后的解調出的波形axis(0 10 -1 1);xlabel(t);ylabel(LPF輸出信號);subplot(212)dmf,dm,df1,f=T2F(dm,ts,df,fs);%求LPF輸出信號的功率譜plot(f,10*log10(abs(fftshift(dmf).2/length(f);%畫出LPF輸出信號的功率譜axis(-fc-3*B fc+3*B -50 0);xlabel(f);ylabel(LPF輸出信號功率譜);%-最后對LPF輸出信號抽樣判決dm= dm(1:Lt);panjue=zeros(1,N);%建立存儲判決值的矩陣%抽樣判決，規則：大于等于0判1，小于0判-1for i=1:N; if dm(fc*N_sample*(i-1)+fc*N_sample/2+1)=0;%抽樣判決時刻 panjue(i)=1; else panjue(i)=0; endend%-畫出判決出的基帶信號波形，并和調制信號比較rr=sigexpand(panjue,fc*N_sample);rrt=ones(1,fc*N_sample); % NRZ波形huifu_NRZ=conv(rr,rrt);pause%觀察調制信號和解調信號波形figure(6)subplot(211)plot(t,d_NRZ(1:Lt);%調制信號波形axis(0 10 -1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(調制信號);subplot(212)plot(t,huifu_NRZ(1:Lt);%解調信號波形axis(0 10 -1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(解調信號);%-統計誤碼數numoferr=sum(abs(panjue-d)/2)/N%計算出錯誤碼元數ylabel(解調后的信號);function H,f=bp_f(n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p)%帶通濾波器函數 輸入設計的濾波器參數，產生帶通濾波器頻率特性函數H和頻率向量f%-輸入參數%n 帶通濾波器的輸入信號長度%f_start 通帶起始頻率%f_cutoff 帶通濾波器的截止頻率%df1 頻率分辨率%fs 抽樣頻率%p 濾波器幅度%-輸出(返回)參數%H 帶通濾波器頻率響應%f 頻率向量n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); %設計濾波器n_start = floor(f_start/df1); f = 0:d