二进制振幅键控(2ASK)信号的功率谱分析

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 (3)2.5 眼图 (4)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 (7)4.1 SystemView功能模块分析 (7)4.2 Simulink功能模块分析 (10)5 调试过程及结论 (11)5.1 SystemView调试过程及结论 (11)5.2 Simulink调试过程及结论 (15)6 心得体会 (17)7 参考文献 (18)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)。

二进制振幅键控一、实验目的1、掌握2ASK调制原理及其实现方法2、掌握2ASK解调原理及其实现方法3、了解线性调制时信号的频谱变化二、实验内容1、理解2ASK 的调制和解调原理并用SystemView 软件仿真其实现过程2、用SystemView 分析二进制振幅键控信号频谱的变化三、实验原理1、调制二进制振幅键控（2ASK）：用二进制的数字信号去调制载波的振幅。

即传“1”信号时发送载波，传“0”信号时送0 电平。

这种调制也称为通（on）断(off)键控OOK2ASK 的时域表达式为：其中g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲令则调制信号实现2ASK 调制方法有两种框图如图2-1 所示图2-1 调制框图由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,调制后的二进制数字信号也是一个随机过程因此在频率域中只能用功率谱密度表示如图2-2所示功率谱密度示意图：2ASK 信号功率谱密度的特点如下：（1）由连续谱和离散谱两部分构成：连续谱由信号的波形g(t)经线性调制后，决定离散谱由载波分量决定（2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍，即BASK =2fs（3）已调信号的第一旁瓣峰值比主峰值衰减14dB.2 解调2ASK 的解调方法有两种：非相干解调（包络解调）和相干解调（同步检测）解调原理如图2-3 所示：图2-3 2ASK 信号解调框图四、2ASK 调制解调系统的SystemView 仿真1、仿真原理图2 所用器件参数设定系统时钟No. of Sample: 1024; Sample Rate: 20000Hz; No.of System Loop: 1五、实验结果及结果分析1、输入的数字基带信号调制信号解调信号波形图在数字基带信号的作用下被调制，数字基带信号为1 时输出原波形，否则输出0。

2、抽样判决前后的信号波形可以看出抽样判决使数字信号的接收性能得到提高：调制信号的功率谱密度如下：六、思考题1 本实验中实现的是DSB 调制还是SSB 调制？为什么？实验分析两种调制方式下，调制输出信号的功率幅度与基带信号载波信号功率幅度的关系实现的是DSB调制，因为从调制信号的功率谱密度图可以看出，在载波1000Hz的左右对称位置上其实就是基带脉冲波形（矩形脉冲的功率谱平移后得到的。

课程设计课程设计名称：二进制振幅键控（2ASK）数字调制系统仿真和分析专业班级：电信1001学生姓名：Donalsly 学号：201046830113指导教师：课程设计时间：2013年09月07电子信息工程专业课程设计任务书1 需求分析1、 主要内容：对二进制数字信源进行振幅键控调制（2ASK ），画出信号波形及功率谱。

并分析其性能。

2、 任务要求：(1) 掌握二进制振幅键控（2ASK ）数字调制系统的原理及实现。

(2) 用MATLAB 产生独立等概的二进制信源。

画出2ASK 信号波形及其功率谱。

2 概要设计图1 二进制振幅键控信号调制器原理框图)(a )开关电路)(b )图2 二进制振幅键控（2ASK）数字调制程序设计框图3 运行环境1.Windows 7系统2.MATLAB7.1软件4 开发工具和编程语言开发工具:MATLAB软件编程语言:汇编语言5 详细设计算法实现的源程序：（1）主程序: 实现设计一个正弦信号ht和产生二进制随机信号gt、2ASK信号产生及功率频谱图clear all;close all;A=1;fc=2;N_sample=8;N=550;Ts=1;dt=Ts/fc/N_sample;t=0:dt:N*Ts-dt;Lt=length(t);d=sign(randn(1,N));dd=sigexpand((d+1)/2,fc*N_sample);gt=ones(1,fc*N_sample);figure(1)subplot(221);d_NRZ=conv(dd,gt);plot(t,d_NRZ(1:length(t)));axis([0 10 0 1.2]);ylabel('输入信号');figure(2)[f,d_NRZf]=T2F(t,d_NRZ(1:length(t)));plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).^2));axis([-2 2 -50 30]);ylabel('输入信号功率谱密度（dB/Hz)');ht=A*cos(2*pi*fc*t);s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht;figure(3)plot(t,s_2ask);axis([0 10 -1.2 1.2]);ylabel('OOK');[f,s_2askf]=T2F(t,s_2ask);figure(4)plot(f,10*log10(abs(s_2askf).^2));axis([-fc-4 fc+4 -50 10]);ylabel('OOK功率谱密度（dB/Hz)');（2）子函数sigexpand实现产生二进制随机信号function [out] = sigexpand(d,M)N = length(d);out = zeros(M,N);out(1,:) = d;out = reshape(out,1,M*N);end（3）子函数T2F实现信号变换得到频谱function [f,sf] = T2F(t,st)dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);end6 调试分析二进制数字信源进行数字调制（2ASK）系统，首先输入二进制信号是一个随机产生的0和1独立等概的二进制信源，其波形如下图3所示，其频谱如下图4所示，再给定一个正弦波信号，当该二进制信号与正弦波一起调制时，得到2ASK 信号，其波形如下图5所示，由图可看出，当二进制输入为0时，2ASK信号幅度为0，当二进制信号输入为1时，2ASK信号为输入的正弦波信号。

实验二二进制键控系统2ASK与2FSK分析【实验目的】1.掌握2ASK和2FSK调制的原理与实现；2.掌握相干解调法的原理与实现；3.加强对2ASK和2FSK信号的时域波形和功率谱等知识点的掌握。

【实验内容】分别创建2ASK和2FSK系统的调制和解调系统仿真电路图，观察系统中各指定点信号的时域波形和频谱结构，并对实验结果进行分析。

一、2ASK调制与相干解调系统分析【实验原理】相干接收2ASK系统组成如图所示：2ASK调制与相干解调系统工作原理图【实验结果和分析】1.信源的PN码输出波形2.2ASK调制波形3.2ASK解调波形4.对比输入端PN码波形和输出端解调恢复的波形，并分析两者的区别；恢复波形相对于原波形来说，在高低电平跳变处变得平缓，这是由于信号进过了一个低通滤波器进行了平滑滤波而形成的，而在高低电平处原本平缓的直线出现了不同程度的跳变，这是叠加了噪声的原因，如果系统后再加一抽样判决电路则可以很好的恢复原波形。

并且可以清楚的看到恢复波形的幅度在原波形幅度的一半的基础上进行波动，这是与理论值相符的。

5.获得2ASK信号的功率谱，并对之进行分析；对比实验一的PN码功率谱可以看到，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的的线性搬移，这与ASK是线性调制是相符的。

而且功率谱值最大时对应的频率就是载波的频率。

6.改变Token6的参数，设置F=800Hz，其他参数不变。

对比解调恢复的波形与输入端PN码波形，并对对比结果进行分析。

对比两幅图，可以很清楚的知道，800HZ的非相干的信号不能解调出2Ask信号。

因为解调需要与同频同相的信号相乘。

【实验仿真电路图及各主要部件参数】一、实验仿真电路图如下仿真系统组成系统二、主要部件及其参数设置：Token0: 双极性二进制基带码源（PN码），参数：Amp=1v；Offset=0v；Rate=100Hz；No.of Level=2；Token1: 乘法器；Token2: 正弦载波信号源，参数：Amp=1V；F=1000Hz；Phase=0；Token3: 加法器；Token4: 高斯噪声源，参数：Std Deviation=0.5V；Mean=0V；Token5: 乘法器；Token6: 正弦本地同步载波信号源，参数设置同Token2；Token7: 模拟低通滤波器，参数：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=5；LoCuttoff=300Hz；Token8，9，10：信宿接收分析器（Sink8,Sink9,Sink10）。

二进制振幅键控（2ASK）摘要: 振幅键控（也称幅移键控），记作ASK（Amplitude shift keying）, 也称通断键控（或开关键控），记作OOK(On-Off Keying)。

二进制振幅键控通常记作2ASK。

一、2ASK 信号时域与频域分析1．基本原理二进制...振幅键控（也称幅移键控），记作ASK（Amplitude shift keying）,也称通断键控（或开关键控），记作OOK(On-Off Keying)。

二进制振幅键控通常记作2ASK。

一、2ASK 信号时域与频域分析1．基本原理二进制振幅键控就是用代表二进制数字信号的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波。

有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”，由此可得2ASK 信号时间波形如图1 所示。

根据线性调制原理，一个2ASK 信号可以表示成一个单极性不归零序列和一个正弦载波相乘，即2ASK 信号的一般表达式为（1）其中是持续时间为的矩形脉冲，而的取值服从下述关系（2）现令（3）则式(1)变为（4）图1 2ASK 信号的时间波形2ASK 信号的产生方法：有键控法和模拟调制法，如图2 所示。

图2 2ASK 信号的产生2.功率谱密度和带宽由于2ASK 信号可以表示成若设的功率谱密度为，2ASK 信号的功率谱密度为。

因为是单极性的随机脉冲序列，即单极性不归零码，功率谱密度为此时，2ASK 信号的功率谱密度当概率时，同时又考虑到和，则2ASK 的功率谱密度为功率谱密度示意图图3 2ASK 信号的功率谱密度示意图（1）因为2ASK 信号的功率谱密度是相应的单极性数字基带信号功率谱密度形状不变地平移至处形成的，所以2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。

它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱；它的离散谱是位于处的一对频域冲激函数，这意味着2ASK 信号中存在着可作载频同步的载波频率的成分。

（2）由图3 可以看出。

数字频带传输系统及其性能估计——2ASK 的模拟调制相干解调及抗噪声性能分析一、 二进制振幅键控（2ASK ）的模拟调制1、实验目的：1．了解2ASK 系统的电路组成、工作原理和特点；2．分别从时域、频域视角观测2ASK 系统中的基带信号、载波及已调信号； 3．熟悉系统中信号功率谱的特点。

2、实验内容：以PN 码作为系统输入信号，码速率Rb ＝20kbit/s 。

载波信号的频率为40kHz. （1）采用乘法器实现2ASK 的调制；并观察调制信号、载波信号及2ASK 等信号的波形。

（2）获取主要信号的功率谱密度。

3、实验原理：振幅键控是正弦载波幅度随着基带信号的变化而变化的数字调制。

设发送的二进制符号序列由0,1序列组成,发送0序号的概率为P,发送1序号的概率为1-P,且相互独立.该二进制序号可表示为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑n s n ASK nT t g a t S )()(2其中 ⎩⎨⎧=PP a n －出现概率为出现概率为11s T 是二进制基带信号的时间间隔, )t (g 是时间间隔为s T 的矩形脉冲⎩⎨⎧≤≤=其它100)(Ts t t g则2ASK 信号的一般时域表达式为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑则由上式可知,2ASK 信号可以通过一个基带信号与载波信号相乘后生成,其原理框图如下:图1 2ASK 调制原理框图图2 2ASK 信号调制过程波形)101()s t 载波2ASK4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：模拟相乘法采用乘法器进行调制的组成如图3所示。

图3 模拟调制的系统组成其中图符0产生消息信号序列，传码率为20kbit/s。

图符1输出正弦波，频率为40k Hz。

图符3为一乘法器。

图符的参数设置如表1所示。

表1：模拟法图符参数设置表系统定时：起始时间0秒，终止时间747.5e-6秒，采样点数300，采样速率400e+3Hz，获得的仿真波形如图4所示。

二进制数字调制原理数字带通传输系统：包括数字调制和数字解调过程的数字传输系统。

数字调制：利用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。

数字解调：通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。

二进制数字调制：调制信号是二进制数字基带信号的调制，其载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。

1．二进制振幅键控（1）2ASK的表达式2ASK信号的一般表达式其中若取则相应的2ASK信号就是OOK信号，其表达式为（2）2ASK的波形图7-1 2ASK/OOK信号时间波形（3）2ASK的产生方法①模拟调制法（相乘器法）图7-2 模拟调制法原理框图②键控法图7-3 键控法原理框图（4）2ASK的解调方法①非相干解调（包络检波法）图7-4 非相干解调法原理框图非相干解调过程的波形分析图7-5 非相干解调过程的时间波形②相干解调（同步检测法）图7-6 相干解调法原理框图（5）2ASK的功率谱密度①表达式②示意图图7-7 2ASK信号的功率谱密度示意图③特性a．2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。

b．2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，即其中，（码元速率）。

2．二进制频移键控（1）2FSK的表达式2FSK信号的一般表达式为式中，和分别是第n个信号码元的初始相位，在频移键控中，和不携带信息，通常令和均为0。

所以可简化为（2）2FSK的波形图7-8 2FSK信号的时间波形（3）2FSK的产生方法①模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，称为连续相位FSK（CPFSK）。

②键控法图7-9 键控法产生2FSK信号的原理图产生的2FSK信号相邻码元之间的相位不一定连续。

（4）2FSK的解调方法①非相干解调图7-10 非相干解调法原理框图②相干解调图7-11 相干解调法原理框图（5）2FSK的功率谱密度①表达式②示意图图7-12 相位不连续2FSK信号的功率谱示意图③特性a．相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加，离散谱位于两个载频f1和f2处。

2ASK 系统的抗噪声性能分析作者：XX 指导老师：XXX摘要：2ASK 是利用载波的幅度变化来传递数字信息的，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”。

有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。

2ASK 信号解调的常用方法主要有包络检波法和相干检测法。

虽然2ASK 信号中确实存在着载波分量，原则上可以通过窄带滤波器或锁相环来提取同步载波，但这会给接收设备增加复杂性。

因此，实际中很少采用相干解调法来解调2ASK 信号。

但是，包络检波法存在门限效应，相干检测法无门限效应。

所以，一般而言，对2ASK 系统，大信噪比条件下使用包络检测，即非相干解调，而小信噪比条件下使用相干解调。

关键字：2ASK,数字调制,system view1 引言 通信就是克服距离上的障碍， 从一地向另一地传递和交换消息。

消息有模拟消息 （如 语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。

所有消息必须在转换成电信号 （通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。

相应的信号可分为模拟信号和数字信号， 模拟信号的自变量可以是连续的或离散的；但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输 出的信号就是模拟信号。

数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的， 如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。

通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。

数字通信系统是利用数字信号来传 递消息的通信系统。

数字通信系统较模拟通信系统而言， 具有抗干扰能力强、 便于加密、 易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。

因而，数字通信更能适应对通信技术的越 来越高的要求。

近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益 增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。

本文主要分析2ASK 数字通信的工作原理，并给出同步检测法和包络检波法的分析模型及系统性能分析。