畢業(yè)設計--2ask數字頻帶傳輸系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　電子與信息工程學院</b></p><p>　　《綜合課程設計》任務書</p><p>　　課程名稱 ： 通信電子線路 </p><p>　　題 目 ： 2ASK數字頻帶傳輸系統(tǒng)設計 </p><p><b>　　

2、目 錄</b></p><p>　　一、設計任務與要求和分工...................3</p><p>　　二、二進制振幅鍵控（2ASK）基本原理………….4</p><p>　　三、用protel 99SE設計硬件電路和PCB………..9</p><p>　　四、Matlab程序實現及運行...........

3、........12</p><p>　　五、使用Simulink實現2ASK模型仿真...........15</p><p>　　六、使用SystemView實現2ASK模型仿真.........16</p><p>　　七、設計總結................................20</p><p>　　八、參考文獻..

4、.............................21</p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p>　　1.掌握 2ASK 解調原理及其實現方法，了解線性調制時信號的頻譜變化；</p><p>　　2.認識和理解通信系統(tǒng)，掌握信號是如何經過發(fā)端處理被送入信道然后在接收端還原。</p><p&g

5、t;　　3.利用所學《通信原理》的基本知識以及相關學科的知識，來設計一2ASK數字調制器和解調器。完成對2ASK的調制和解調仿真電路設計，并對仿真結果進行分析。</p><p><b>　?。ǘ嶒灧止?lt;/b></p><p>　　本組由沈志鑫，計豪，何游，周正華四人組成。</p><p>　　本人主要完成protel 的pcb版圖設計，ma

6、tlab程序的設計。</p><p>　　沈志鑫主要完成matlab程序的編程以及protel 99se 的電路圖設計。</p><p>　　計豪主要完成matlab的仿真，systemview的設計。</p><p>　　何游主要完成protel的電路設計，matlab simlink仿真。</p><

7、p>　　(二) 二進制振幅鍵控（2ASK）基本原理 </p><p>　?。?）數字調制的概念</p><p>　　用二進制（多進制）數字信號作為調制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數字信號變換成頻帶數字信號的過程稱為數字調制，反之，稱為數字解調。</p><p>　?。?）數字調制的分類</p><

8、p>　　在二進制時分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK 屬于線性調制，FSK、PSK 屬于非線性調制。</p><p>　?。?）數字調制系統(tǒng)的基本結構</p><p>　?。?）ASK調制波形與方框圖：</p><p>　　2.二進制幅移鍵控(ASK)</p><p>　?。?）ASK 信號的

9、產生</p><p>　　圖為 ASK 信號的產生原理</p><p>　　一個二進制的ASK 信號可視為一個單極性脈沖序列與一個高頻載波的乘積，即ASK 的時域表達式為：</p><p>　　（2）ASK 信號的功率譜特性</p><p>　　ASK 信號的自相關函數為：</p><p>　?。?）ASK 信號的功率

10、譜密度為:</p><p>　　式中, ps ( f )為基帶信號S(t)的功率譜密度</p><p>　　當0、1 等概出現時，單極性基帶信號功率譜密度為:</p><p>　　則2ASK 信號的功率譜密度為:</p><p>　　ASK 信號譜,形狀為 ps ( f ),雙邊帶加載頻譜線 pE ( f )</p><p

11、>　　（4）ASK 信號的解調方式</p><p>　　解調也可以分成相干解調與非相干解調兩類。其中相干解調要求接收端提供相干載波。非相干解調，就是在接收端不需要相干載波，而根據已調信號本身的特點來解調</p><p>　　2ASK信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法），相應的接收系統(tǒng)如圖4、圖5所示。</p><p>&l

12、t;b>　　非相干解調方式</b></p><p><b>　　相干解調方式</b></p><p>　　抽樣判決器的作用是：信號經過抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設抽樣判決門限為b，當信號抽樣值大于b時，判為“1”碼；信號抽樣值小于b時，判為“0”碼。當本實驗為簡化設計電路，在調制的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設信道時理想的，

13、所以在解調部分也沒有加帶通濾波器。</p><p>　　非相干解調過程的時間波形</p><p><b>　?。粒樱擞布娐吩O計</b></p><p><b>　　濾波電路環(huán)節(jié)設計</b></p><p>　　本設計采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10us（f=1/10us=100k

14、Hz） 的高頻方波載波信號，故此處所用濾波器的時間常數=1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時間常數要求。</p><p><b>　　比較電路環(huán)節(jié)設計</b></p><p>　　其中 LM324 與 R2、R3 構成一個反向器，LM324 工作的正端電壓設置為5Vdc。其電路如下圖所示<

15、/p><p>　　5.電壓判決電路環(huán)節(jié)設計</p><p>　　該處電壓抽樣判決器中負端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經 R4、R5構成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM３３９的正端輸入電壓信號比較，當輸入信號大于 1Vdc 時，LM３３９ 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調制信號解調還原出來。電路如下圖所示 </p><p>　　ASK 調制解調仿真

16、電路PCB圖</p><p>　　ASK 調制解調仿真電路綜合設計</p><p>　　Matlab程序實現</p><p><b>　　clc;</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p><b>

17、　　%信源</b></p><p>　　a=randint(1,15,2);</p><p>　　t=0:0.001:0.999;</p><p>　　m=a(ceil(15*t+0.01)); </p><p>　　subplot(511)</p><p>　　plot(t,m);</p>

18、<p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('信源');</p><p><b>　　%載波</b></p><p><b>　　f=150;</b></p><p>　　carry=cos(2*pi*f*t);</p

19、><p><b>　　%2ASK調制</b></p><p>　　st=m.*carry;</p><p>　　subplot(512);</p><p>　　plot(t,st)</p><p>　　axis([0 1.2 -1.2 1.2])</p><p>　　title

20、('2ASK信號')</p><p><b>　　%加高斯噪聲</b></p><p>　　nst=awgn(st,70);</p><p><b>　　%解調部分</b></p><p>　　nst=nst.*carry;</p><p>　　subplot

21、(513)</p><p>　　plot(t,nst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('乘以相干載波后的信號')</p><p><b>　　%低通濾波器設計</b></p><p>　　wp=2*pi*2*f*

22、0.5;</p><p>　　ws=2*pi*2*f*0.9;</p><p><b>　　Rp=2;</b></p><p><b>　　As=45;</b></p><p>　　[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');</p><p&g

23、t;　　[B,A]=butter(N,wc,'s');</p><p><b>　　%低通濾波</b></p><p>　　h=tf(B,A); %轉換為傳輸函數</p><p>　　dst=lsim(h,nst,t);</p><p>　　subplot(514)</p><p&g

24、t;　　plot(t,dst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('經過低通濾波器后的信號');</p><p><b>　　%判決器</b></p><p><b>　　k=0.25;</b></p>

25、<p>　　pdst=1*(dst>0.25);</p><p>　　subplot(515)</p><p>　　plot(t,pdst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('經過抽樣判決后的信號')</p><p>&

26、lt;b>　　%頻譜觀察</b></p><p><b>　　%調制信號頻譜</b></p><p><b>　　T=t(end);</b></p><p><b>　　df=1/T;</b></p><p>　　N=length(st);</p>

27、<p>　　f=(-N/2:N/2-1)*df;</p><p>　　sf=fftshift(abs(fft(st)));</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(411)</p><p>　　plot(f,sf)</p><p>

28、　　title('調制信號頻譜')</p><p><b>　　%信源頻譜</b></p><p>　　mf=fftshift(abs(fft(m)));</p><p>　　subplot(412)</p><p>　　plot(f,mf)</p><p>　　title(

29、9;信源頻譜')</p><p>　　% 乘以相干載波后的頻譜</p><p>　　mmf=fftshift(abs(fft(nst)));</p><p>　　subplot(413)</p><p>　　plot(f,mmf)</p><p>　　title('乘以相干載波后的頻譜')<

30、;/p><p>　　%經過低通濾波后的頻譜</p><p>　　dmf=fftshift(abs(fft(dst)));</p><p>　　subplot(414)</p><p>　　plot(f,dmf)</p><p>　　title('經過低通濾波后的頻譜');</p><p&

31、gt;<b>　　建立模型描述</b></p><p>　　使用Simulink實現2ASK模型仿真</p><p>　　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，豐富的可擴充的預定義模塊庫。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，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink被廣泛應用于線性系統(tǒng)、

32、非線性系統(tǒng)、數字控制及數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) ，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)的仿真結果。</p><p>　

33、　在此次設計中，使用Simulink實現模擬調制法和兩種解調方法（相干解調和非相干解調），同時在信道傳輸中加入高斯噪聲。原理圖如圖所示。</p><p>　　Simulink仿真原理圖</p><p>　　使用SystemView實現2ASK模型仿真</p><p>　　SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析

34、的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，無需與復雜的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調整參數，方便地加入注釋。</p><p>　　利用SystemView，可以構造各種復雜的模擬、數字、數?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計時，只需從SystemView配置的圖標庫中調出有關圖

35、標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結果。</p><p>　　在此次設計中，使用SystemView實現兩種調制方法和兩種解調方法（相干解調和非相干解調），同時在信道傳輸中加入高斯噪聲。在結果分析中，對使用模擬相乘法調制的信號所進行的兩種不同解調方式的誤碼率，眼圖，功率譜密度做了比較。原理圖如圖所示。</p><p>

36、<b>　　調制模塊</b></p><p>　　模擬調制法在SystemView上使用的元件如圖10所示。各元器件編號，圖符，名稱，功能及參數如表1所示。通過參數可以發(fā)現，1000HZ的基帶信號由2000HZ的載波進行調制。模擬調制法中，直接將載波與基帶信號相乘，這里載波輸出為COS波形。</p><p>　　SystemView調制模塊</p>&l

37、t;p>　　表1 SystemView調制模塊元件參數表</p><p>　　續(xù)表1 SystemView調制模塊元件參數表</p><p><b>　　信道模塊</b></p><p>　　在信道中加入高斯噪聲，如圖11所示。其中編號7為加法器，編號8為高斯噪聲，參數為Con=Std，Std=0.3V，sink20 為高斯白噪聲波形

38、。</p><p><b>　　信道模塊</b></p><p><b>　　解調模塊</b></p><p>　　解調使用了相干解調和非相干解調兩種方式，如圖12所示。相干解調經過帶通—相乘—低通—抽樣判決后輸出。非相干解調經過帶通—全波整流—低通—抽樣判決后輸出。</p><p>　　Syste

39、mView解調模塊</p><p>　　各元件具體情況見表2。</p><p>　　表2 SystemView解調元件參數表</p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　這次我們要在學?？荚囍軆韧瓿梢粋€課程設計，邊復習微波邊做課程設計壓力是很大的。但是俗話說得好，有壓力就有動力。但在查閱大量資料和

40、通過小組協(xié)作以及同學之間的討論，最終完成了通信電路課程設計。就2ASK設計而言，我們這組成功實現了使用Matlab編程和仿真，protel99se的設計，以及學習用SystemView仿真，也可以說有些小小的成就感。</p><p>　　這次課程設計，給我影響最深的就是再次感受到了Matlab的強大功能和廣泛應用。通信原理等課程的應用都可以借助于Matlab來實現，在大二的課程設計中我們曾經利用matlaB做了高

41、頻放大器和語音信號濾波器。</p><p>　　我感覺這次的難點是protel的仿真上。在原有計算的數據的基礎上進行仿真。發(fā)現失真非常嚴重。這說明現實和理論還是有很大差距的。然后進行數據的調整。調整許多次最終才得到相對滿意的結果。 </p><p>　　總的來說， 經過這次課程設計

42、學到了不少實用的東西，也真正體會到了各門課程之間的緊密聯系。一句話，將所學的所有知識聯系起來，融會貫通，必將發(fā)現，原來一切并不難，難在我們沒有這樣的意識。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 曹志剛，錢亞生編著，現代通信原理，清華大學出版社，1992。</p><p>　　[2] 羅偉雄，韓力，原東昌編著，

43、通信原理與電路，北京理工大學出版社，1999。</p><p>　　[3] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,吳成柯. 通信原理(第五版) [M] . 北京:國防工業(yè)出版社,2002。</p><p>　　[4]付家才.電子實驗與實踐[M].北京:高等教育出版社,2004,7-11</p><p>　　[5]林理明. 數字通信技術[M].北京:高等教育出版社,2006,66-