1、本科毕业设计（20 届）基于 MATLAB 对 2ASK 的调制解调及其仿真设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 2目 录1.绪论 .31.1引言 .31.2选题背景及意义 .32. MATLAB/Simulink简介 .42.1 MATLAB简介 .42.2 Simulink简介 .43.通信技术的发展 .53.1通信的基本概念 .53.2通信系统的组成 .53.2.1一般通信系统的组成 .53.2.2模拟通信系统的组成 .63.2.3 数字通信系统的组成 .63.2.4 数字通信的主要优点 .74. 2ASK调制解调的基本原理和实现 .74
2、.1二进制振幅键控 .74.1.1基本原理 .74.1.2功率谱密度 .105. 2ASK调制解调的仿真 .115.1 2ASK调制仿真 .115.1.1模型方框图 .115.1.2参数设置 .115.1.3系统仿真测试后所得到各个点的时间波形图 .155.2 2ASK解调仿真 .155.2.1 模型方框图 .155.2.2参数设置 .165.2.3系统仿真测试后得到各个点的时间波形图 .195.2.4误码率分析 .216.结论 .226.1总结 .226.2致谢 .22参考文献 .223基于 Matlab 对 2ASK 调制解调及其仿真设计【摘要】2ASK/OOK 是二进制振幅键控,一般是用
3、“1”或者“0”来表示振幅的差异。本设计是使用Matlab 软件里的 Simulink 平台，用不同模块的功能来构建 2ASK 的调制模型和解调模型，并进行仿真。最终经过运行测试后得出仿真的波形，并对仿真的波形进行明确的分析和概括总结。【关键词】Matlab/Simulink、2ASK、调制和解调41.绪论1.1 引言鉴于通信技术在社会中不断发展，通信原理逐渐成为理工科专业的必修课程，比如光电子、计算机科学与技术、自动控制等。首先它作为一门专业课程，其他后续专业课程以这门课程为基础，所以对专业学习来说学好通信原理这门课程是非常关键的。另一方面，对各专业进行工程设计、科学探索和系统可行性研究，系
4、统建模和仿真技术是必不可少的一个重要环节 1。鉴于计算机技术的全面发展，计算机仿真为科学研究的提供了一种重要手段同时它将越来越广泛应用在人们的生活中。控制系统的数字仿真是分析和设计各种复杂系统的强有力的工具，也是计算数学、计算机和控制理论等知识的交叉学科。MATLAB 作为工程与科学计算机的一种高级语言，它可以很容易地实现 FORTHAN 或 C 语言几乎全部的功能，它的计算效率很高，编程效率也极高 2。众多科学研究工作者对 MATLAB 语言引起了注意，MATLAB 语言具有许多优点，MATLAB 语言越来越成为学术交流、科学研究、建模仿真、数值计算等的事实标准。而Simulink 则是源自
5、于对仿真中控制系统的需求，是 MATLAB 语言上的一个可视化管理的建模仿真平台。Simulink 是以方框图建模的形式存在，更加于工程实践中体现出来。由于MATLAB/Simulink 通信、专业工具箱和信号处理专业函数库同时成熟的发展，专家学者们和在通信技术领域的工程师对它们越来越应用在通信技术方面，在系统设计、性能分析验证、建模仿真、算法设计、通信理论研究等方面更加广泛的应用 1。1.2 选题背景及意义随着信息技术的迅速发展，用于测试和研发的设备不断更新，同时技术含量也随着提高，价格也变得更加昂贵。但并不是所有从事开发和研究的工程技术人员都能更新信息技术最先进的仪器设备。在现代通讯技术、
6、通讯系统和电子工程的实验研究工作中很多是使用计算机仿真 3。计算机仿真的方法可以克服一些问题，比如说在一定程度上克服没有仪器设备所带来的问题。数字信号调制和解调技术的广泛应用是源于数字通讯系统的在控制系统的蓬勃发展。二进制数字调制系统的相干解调技术，由于它的性能较好而经常被使用，但其性能的好坏在于取得的载波是否为同相同频，因此它的成本高而且结构复杂。DSP 技术的循序渐进的发展，通讯系统中自适应滤波技术的应用在工程中使用，自适应滤波算法在控制系统的使用已成为现实。它具有单频跟踪技术，可以有效跟踪信号的相位、频率和幅度的功能。Matlab 是专门应用于可视化及编程、数值计算的交互环境和高级的一种
7、编程语言。Matlab 具有创建模型、分析数据，应用程序和开发算法的四种功能。所以提出了“基于 Matlab 的 2ASK 调制解调及其仿真设计”的题目，并且将最后得出调制与解调的效果与传统的解调性能进行比较，还将对其进行分析总结。本毕业设计是直接利用 Matlab 仿真仿真平台中的软件，巧妙设计一个 2ASK 调制和解调仿真系统。利用示波器模块观察前后的信号波形，再利用频谱分析模块观察调制前后的信号频谱的变化，利用误码测试模5块测出误码率，最后，根据运行测试的结果对 2ASK 调制和解调仿真系统的操作性能进行简单的分析和表现。2. MATLAB/Simulink 简介2.1 MATLAB 简
8、介Math Works Company 开发了 MATLAB 语言，是应用于计算机的一种简单高效，跨平台的矩阵数值计算，和其它的计算机高级语言相比，比如 Basic、Pasca 、Fortran、C 、C+等等，MATLAB 语言的编程更加简洁，它的编程语句体现的更加鲜明，贴近于数学描述，而且可读性好，MATLAB 语言具有强大的可视化数据处理能力和图形功能也是其它计算机高级语言遥不可及的。学习 MATLAB 对于任何一名具有高级语言基础的学者来说是非常简单的。但是要利用好 MATLAB却不是那么容易就可以做到的。这不是因为 MATLAB 语言很复杂，很难读懂，而是因为实际问题需要运用到专业知
9、识和数学知识来进行解决。使用MATLAB 可以使常规计算机编程变得更加简洁，能够让学者将大部分的时间放在研究数学建模的问题上。可以说在进行系统仿真和数学计算时使用 MATLAB 这个强大的工具，会使科学研究的工作效率得到大大的改善。目前，理工科大学从高等数学到几乎各门专业课程进行虚拟实验的时候几乎都是用MATLAB 软件来完成的。在科学研究部门， MATLAB 语言应用更加广泛，已经成为世界各国工程师和科学家进行学术交流首选的共同语言。有许多著名的学术期刊论文，有大部分的图形和数值结果都是 MATLAB 软件实现的 3。2.2 Simulink 简介Simulink 是 Matlab 语言当中
10、的一种可视化的仿真调制工具，Simulink 在数字控制，非线性系统，数字信号处理和线性系统的仿真已广泛应用于建模。Simulink 用模块化方式的建模方式体现的，它的每个模块由自身的输入端口和输出端口联合控制来实现特殊功能的。Simulink 中的仿真模型表现为仿真模块与模块之间的连接关系和多个模块之间的交集集合，使得分析的过程和仿真的设计变得更加简便、直观，而且也便于应用于扩展仿真模型 4。Matlab 语言为 Simulink 提供的一个功能工具包，以便于我们在进行仿真、建模与分析时合理使用。Simulink 有提供一些模块是用于显示输出信号的，所以在仿真过程中观察仿真的结果是非常方便的
11、。在仿真过程中，也可以运用 Simulink 的存储模块，能够方便地把仿真数据用不同的形式在文件中或者工作区间保存，使用者在仿真结束后可以对数据进行分析处理。另外，Simulink 具有内在的模块化设计要求，它既可以将具有特定功能的代码组织成模块的形式，也可以将这些模块组织成具有等级结构的子系统。基于上述的Simulink 优点可知它在数字信号处理、模糊逻辑、通信仿真、神经网络、机械控制和虚拟现实实践中得到了有效合理的应用，所以它是一种通用实用的仿真建模工具。Simulink 根据输入/输出信号中两者之间的关系，把模块分成了离散模块，连续模块，混合模块的 3种类型。6作为一种专门用于仿真的软件
12、，Simulink 具有以下这些特点：1.基于矩阵的数值计算。2.拥有直观的图形操作界面和简明的高级编程语言。3.包含各个领域的仿真工具箱，可以方便、快捷的使用而且还可以进行扩展。4.丰富的数据 I/O 工具。5.提供和其他高级语言的接口。6.支持多平台（PC/UNIX ） 。3.通信技术的发展3.1 通信的基本概念通信是以传输消息中所包含的简单易懂信息为目标。消息是在各个不同的时间阶段，通过精神或者物质的状态一种反应形式表现出来的。 例如文字、语音、图片、数字、图像及音乐等等都是隶属于消息(message)中的。信息（information）是指人们接收到消息中所包含的内容，即消息中所包含的
13、内容才是人们所关心的。所以，可以把通信定义为把消息从一方发送到另一方。基于以上的认识， “通信”也可以叫做“消息传输”或者“信息传输”5。实现通信的手段和方式有很多，比如语言、击鼓传令、烽火台、打手势和消息树，还有现代社会的手机、电话、电视、电脑、广播、报纸、因特网和遥控等等，这些都是实现信息交流的手段或者消息传递的方式 5。3.2 通信系统的组成3.2.1 一般通信系统的组成通信就是为了传递消息 5。通信系统是信息源，发送设备，信道，噪声源，接收设备和受信者组成的一个系统 6。如图 3-1 所示显示出通信系统的一般模型。图 3-1 通信系统的一般模型 53.2.2 模拟通信系统的组成在传输信
14、道上用模拟信号传输的通信系统称为模拟通信系统 6。其组成的模型如图 3-72 所示。图 3-2 模拟通信系统模型 53.2.3 数字通信系统的组成在通信系统的信道上用数字信号传输称为数字通信系统。社会上数字通信具有许多特性，是数字通信中所发送的消息或者信号的某一参量是“数字”或者“离散”反应出效果的。在模拟通信中强调线性变换的特征，也可以说是强调模拟信号的承载消息与已调信号的某一参量的比例关系；而在数字通信中强调数字信号的进制数与某一参量的取值数相等，即强调承载消息的数字信号和信号的某一参量之间的对应关系 6。数字通信的主要特点有：(1)传输差错可控；(2)可实现保密通信；(3)收发双方必须保
15、持同步 6。数字通信有时候也有很多技术上的缺陷，大概包括信源编码，加密，信道编码，数字调制，数字解调，信道译码，解密，信源译码等许多问题 5。如图 3-3 所示给出了数字通信系统模型。图 3-3 数字通信系统模型 53.2.4 数字通信的主要优点目前，数字通信和模拟通信有效的应用到了不同的通信业务当中。但是，与模拟通信相比数字通信系统发展的步伐已经远远超过了它，也成为了当今通信技术的主流 5。数字通信的优点有：（1）具有较强的防干扰能力，而且无噪声累积。（2）传输差错可控。（3）可以有效采用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理，变换和存储。8（4）以致通信设备微型化、重量轻，易集成。（5）易
16、于加密处理，且保密性好。鉴于微电子技术、计算机技术在现实中的有效应用，逐渐显现出了超大规模集成电路，而数字系统的设备复杂程度却逐渐变得简单。同时大容量传输煤质的使用，比如说光纤和高效的数据压缩技术等，正是因为这些才使得宽带问题慢慢得到解决。所以数字通信也将在未来社会中循序的发展 5。4. 2ASK 调制解调的基本原理和实现4.1 二进制振幅键控4.1.1 基本原理根据保持载波的初始相位、频率不变和改变幅度来传输数字信息称之为振幅键控。在2ASK 中是对应二进制信息用 “1” 或者 “0”的 2 种变化状态的载波幅度来有效表示。二进制振幅键控方式称为通-断键控（On Off Keying,OOK
17、） ，是一种最简单和常用的键控方式，具体的表达方式为 时发 送以 概 率 为 时发 送以 概 率 为 1cos0-0PtAokte2ASK信号的一般表达式为 ttsecASKo)(2其中 ianTtgts式中： 为码元持续时间；g(t)为持续时间为 的基带脉冲波形。方便简单易懂，假sTs设高度为 1 的 g(t)，矩形脉冲的宽度等于 ；是第 n 个符号的电平取值。若sTPna概 率 为概 率 为 -10则相应的 2ASK 信号就是 OOK 信号。2ASK/OOK 信号时间波形（如图 4-1） 。9图 4-1 2ASK/OOK 信号时间波形 72ASK/OOK 信号包含模拟调制法（相乘器法）和键控法的两种调制方法，2ASK/OOK信号调制器原理框图（如图 4-2） 。（a ）模拟相乘法 （b）数字键控法图 4-2 2ASK/OOK 信号调制器原理框图 52ASK/OOK 信号的解调方法包括非相干解调(也叫包络检波法 )和相干解调（也叫同步检测法）的 2种方法，2ASK/OOK 信号的接收系统组成方框图（如图 4-3） 。10(a）非相干解调方式 (b)相干解调方式 如图 4-3 2ASK/OOK 信号的接收系统组成方框图 5 2ASK/OOK 信号非相干解调过程的时间波形。(如图 4-4)
