2ASK数字基带信号频带传输系统的设计与建模

学号：课程设计2PSK、2DPSK数字信号频带题目传输系统的设计与建模学院信息工程学院专业电子信息工程班级电信1306班姓名指导教师2016年1月8日课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信1306班指导教师：工作单位：信息工程学院题目:2PSK、2DPSK数字信号频带传输系统的设计与建模初始条件：（1）MAX+plus、Quartus II、ISE等软件；（2）课程设计辅导书：《通信原理课程设计指导》（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、电子设计EDA、通信原理要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）课程设计时间：（2）课程设计题目：2PSK、2DPSK数字信号频带传输系统的设计与建模（3）本课程设计统一技术要求：按照要求对题目进行逻辑分析，了解2PSK数字信号的产生方法，画出2PSK调制解调的方框图，编写VHDL语言程序，上机调试、仿真，记录实验结果波形，对实验结果进行分析；（4）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献至少5篇；（5）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。

时间安排：第19周参考文献：段吉海.数字通信系统建模与设计.北京：电子工业出版社，2004江国强.EDA技术与应用. 北京：电子工业出版社，2010John G. Proakis.Digital Communications. 北京：电子工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日移动通信迅速发展的得以实现，离不开数字处理技术。

其中，数字调制与解调技术在通信领域中发挥着重大作用。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性匹配，再在接收端通过解调恢复出原始数字信号，实现数字信息的传递。

相移键控（2PSK）就是数字信号调制的一种有用并且广泛使用的方式。

为了很好地完成本次数字通信系统课程设计，我对2PSK、2DPSK的调制与解调原理进行了深入的了解和研究；利用仿真软件Quartus II，对2PSK、2DPSK进行调制与解调的设计和仿真，并对仿真结果进行了分析。

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)。

2ASK数字频带传输系统设计内容摘要：设计了以2ASK为调制方式的经济型数字频带传输系统；分析了系统组成，电路工作原理；详细阐述了系统各个模块的设计方案。

实验结果验证了该设计具有稳定性和合理性。

0 引言在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。

将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。

在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。

幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波数字形式的调制信号在控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。

本设计中选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制，载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为l的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，此调制称为二进制振幅键控信号(2ASK，Binary Amplitude Shift Keying)。

1 2ASK信号的算法 1．1 时域式中an=1或0，g(t)为脉冲形状，Ts为码元间隔，载波c(t)=COSωct。

当s(t)为矩形脉冲情况下，2ASK调制被称为开关键控OOK(on-off-key Control)，OOK信号用载波的通断(有无)来表示基带“1”码或“0”，如图1所示。

1．2 频域设S(t)频谱为S(ω)，S2AKS(t)频谱为：这说明，2ASK信号的频谱是将数字基带频谱中心搬移到载频处，带宽为基带带宽的两倍；又由可知，基带信号是由若干基本脉冲组成的，因而基带信号的带宽完全由基本脉冲带宽决定。

2ASK信号的带宽取决于基带基本脉冲的带宽，是基本脉冲带宽的两倍。

设矩形脉冲：由式(7)单个基本脉冲的功率谱如图2所示，其中码率Rs=1／Ts。

由图2可见，其各个零点满足：sin(ωTs／2)=0==>ωTs／2=πi，i≠0==>ω=2πiRs，i≠O，第一旁瓣峰值比主峰值约衰减14分贝。

基于MATLAB 的ASK 频带传输统仿真与性能分析学生姓名：xxx 指导老师：xx摘要本课程设计主要运用MATLAB 集成环境下的Simulink 仿真平台进行ASK 频带传输系统仿真，并把运行仿真结果输入到显示器，根据显示器结果分析设计的系统性能。

设计中，主要是仿真通信系统中频带传输技术中的ASK 调制。

产生一段随机的二进制非归零码的基带信号，对其进行ASK 调制后再送入加性高斯白噪声（AWGN ）信道传输，在接收端对其进行ASK 解调以恢复原信号，观察还原是否成功，改变AWGN 信道的信噪比，计算传输前后的误码率，绘制信噪比-误码率曲线，并与理论曲线比较进行说明。

关键词 Simulink ；ASK 调制；高斯白噪声（AWGN ）；信噪比-误码率1 引言这个课程设计主要的主要目的是深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节。

通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。

随着国际社会和世界经济的发展，通信对人们的生活方式和社会发展产生更加重大和深远影响，对于本专业学生来说掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。

设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解，便于应用于以后再工作中。

1.1 设计目的通过设计基于MATLAB/Simulink的ASK 频带传输系统仿真与性能分析，让我深入理解和掌握二进制数字调制通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。

在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。

是学习者对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。

设计或分析一个简单的通信系统，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。

1.2设计平台MATLAB 是美国MathWorks 公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。

目录1 课设设计要求 (2)1.1 题目的意义 (2)1.2 设计要求 (2)2 FSK设计原理和方案 (3)2.1 FSK的调制 (3)2.1.1 直接调频法 (3)2.1.2 频率键控法 (3)2.1.3 基于FPGA的FSK调制方案 (4)2.2 FSK的解调 (4)2.2.1 同步（相干）解调法 (5)2.2.2 FSK滤波非相干解调法 (5)2.2.3 基于FPGA的FSK解调方案 (6)3 FSK设计的程序与仿真 (7)3.1 FSK基于HDL语言调制 (7)3.1.1 FSK调制程序 (7)3.1.2 FSK调制仿真 (9)3.1.3FSK调制电路 (10)3.2 FSK基于VHDL语言解调 (11)3.2.1 FSK解调程序 (11)3.2.2FSK解调仿真 (13)3.2.3 FSK解调电路 (13)4心得体会 (14)参考文献 (15)1 课设设计要求1.1 题目的意义数字调制技术是现代通信的一个重要内容，在数字通信系统中由于数字信号具有丰富的低频成份，不宜进行无线传输或长距离电缆传输，因而需要将基带信号进行数字调制(Digital Modulation)。

数字调制同时也是数字信号频分复用的基本技术。

数字调制与模拟调制都属于正弦波调制，但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制,因而数字调制具有自身的特点一般说来数字调制技术分为两种类型：一是把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值去键控载波，从而实现数字调制。

后一种方法通常称为键控法。

例如可以对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、相移键控(PSK)等调制方式。

移频键控(FSK)是数字信息传输中使用较早的一种调制形式，它由于其抗干扰及衰落性较好且技术容易实现，因而在集散式工业控制系统中被广泛采用。

以往的键控移频调制解调器采用“定功能集成电路+连线”式设计；集成块多，连线复杂，容易出错，且体积较大，本设计采用Lattice公司的FPGA芯片，有效地缩小了系统的体积，降低了成本，增加了可靠性，同时系统采用VHDL语言进行设计，具有良好的可移植性及产品升级的系统性。

1.PSK调制电路的建模library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity PL_CPSK isport(clk:in std_logic;start:in std_logic;x:in std_logic;y:out std_logic);end PL_CPSK;architecture behav of PL_CPSK is signal q:std_logic_vector(1 downto 0); signal f1,f2:std_logic;beginprocess(clk)beginif clk'event and clk='1' thenif start='0' then q<="00";elsif q<="01" then f1<='1';f2<='0';q<=q+1; elsif q="11" then f1<='0';f2<='1';q<="00"; else f1<='0';f2<='1';q<=q+1;end if;end if;end process;process(clk,x)beginif clk'event and clk='1' thenif q(0)='1' thenif x='1' then y<=f1;else y<=f2;end if;end if;end if;end process;end behav;2．CPSK解调library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity PL_CPSK2 isport(clk:in std_logic;start:in std_logic;x:in std_logic;y:out std_logic);end PL_CPSK2;architecture behav of PL_CPSK2 is signal q:integer range 0 to 3; begin process(clk)beginif clk'event and clk='1' then if start='0' then q<=0; elsif q=0 then q<=q+1;if x='1' then y<='1';else y<='0';end if;elsif q=3 then q<=0;else q<=q+1;end if;end if;end process;end behav;3.DPSK调制绝对码到相对码library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity PL_DPSK isport(clk:in std_logic;start:in std_logic;x:in std_logic;y:out std_logic);end PL_DPSK;architecture behav of PL_DPSK is signal q:integer range 0 to 3; signal xx:std_logic;beginprocess(clk,x)beginif clk'event and clk='1' thenif start='0' then q<=0;xx<='0';elsif q=0 then q<=1;xx<=xx xor x;y<=xx xor x;elsif q=3 then q<=0;else q<=q+1;end if;end if;end process;end behav;4．DPSK解调相对码到绝对码library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity PL_DPSK2 isport(clk:in std_logic;start:in std_logic;x:in std_logic;y:out std_logic);end PL_DPSK2;architecture behav of PL_DPSK2 is signal q:integer range 0 to 3; signal xx:std_logic;beginprocess(clk,x)beginif clk'event and clk='1' thenif start='0' then q<=0;elsif q=0 then q<=1;elsif q=3 then q<=0;y<=xx xor x;xx<=x;else q<=q+1;end if;end if;end process;end behav;。

实验七数字频带系统——2ASK系统
●实验目的：
1、掌握2ASK信号的波形和产生方法；
2、掌握2ASK信号的频谱特点；
3、掌握2ASK信号的解调方法；
4*、掌握2ASK系统的抗噪声性能。

●知识要点：
1、2ASK信号的波形和产生方法；
2、2ASK信号的频谱；
3、2ASK信号的解调方法；
4*、2ASK系统的抗噪声性能。

下图为2ASK系统调制框图
原始信号的波形和功率谱密度：
模拟调制产生2ASK信号的波形和功率谱密度：
键控法产生2ASK信号的波形和功率谱密度：
2ASK 信号的功率谱有连续谱和离散谱两部分组成；2ASK 信号的带宽ASK B 2是基带信号带宽的2倍。

相干解调后恢复信号的波形和功率谱密度：
包络检波恢复信号的波形和功率谱密度：
相干解调和包络检波后恢复信号的波形和功率谱密度基本相似，但是包络检波比较容易实现，而相干解调的系统比较复杂。

接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声；（Density in 1 ohm = 0.00002W/Hz）；
原始信号的波形：
包络检波后恢复信号的波形：
相干解调后恢复信号的波形：
接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声；（Density in 1 ohm = 0.002W/Hz）
原始信号的波形：
包络检波后恢复信号的波形：
相干解调后恢复信号的波形：
在加入噪声后，包络检波和相干解调后恢复信号的波形出现误码，但是相干解调的误码率性能比包络检波的误码率性能优越。

实验成绩评定一览表
系统设计系统设计合理，模块布局合理，线迹美观清楚系统设计合理，模块布局较合理，线迹清楚。

目录1 技术要求...................................................................................................................................................... - 1 -2 基本原理...................................................................................................................................................... - 1 -2.1 数字通信系统.................................................................................................................................. - 1 -2.2 2ASK基本调制原理......................................................................................................................... - 2 -2.2.1 基本调制原理...................................................................................................................... - 2 -2.2.2 两种基本调制法-模拟调制法和键控法 ............................................................................ - 3 -2.2.3 两种基本调制方法的比较.................................................................................................. - 3 -2.2.4 2ASK功率谱密度................................................................................................................. - 3 -2.3 2ASK基本解调方法-相干解调法和非相干解调法 ....................................................................... - 4 -3 建立模型描述.............................................................................................................................................. - 6 -3.1 使用Matlab软件来完成仿真设计 ................................................................................................ - 6 -3.2 使用SystemView软件来完成仿真设计 ........................................................................................ - 6 -3.3 使用Simulink软件来完成仿真设计 ............................................................................................ - 7 -4 模块功能分析或源程序代码...................................................................................................................... - 8 -4.1 Matlab软件来实现2ASK模型仿真设计 ....................................................................................... - 8 -4.1.1 MATLAB编程程序代码......................................................................................................... - 8 -4.1.2 程序运行结果及结论........................................................................................................ - 12 -4.2 SystemView软件实现2ASK模型仿真设计 ................................................................................. - 13 -4.2.1 2ASK调制模块.................................................................................................................... - 13 -4.2.2 信道模块与加噪模块.......................................................................................................... - 15 -4.2.3 相干与非相干解调模块...................................................................................................... - 15 -4.2.4运行结果及结论.................................................................................................................. - 17 -4.3 Simulink软件实现2ASK模型仿真设计 ...................................................................................... - 22 -4.3.1 调制及信道模块.................................................................................................................. - 22 -4.3.2 解调模块.............................................................................................................................. - 24 -4.3.4 运行结果及结论.................................................................................................................. - 25 -5 调试过程及结论........................................................................................................................................ - 27 -6 心得体会.................................................................................................................................................... - 27 -7 参考文献.................................................................................................................................................... - 28 -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。

2ASK调制解调系统设计与研究方法建设在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。

将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。

在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不一样的频带调制方法。

当选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制时，产生的信号就是二进制振幅键控信号（2ASK）。

例如用电建控制一个载频振荡器的输出，使它时断时续输出，这便是一部振幅键控的发报机。

由于振幅键控信号抗噪声性能不够理想，逐步被FSK和PSK代替。

但是，作为一种最古老的调制方式，它还是具有很高的参考价值。

特别是在近几年随着对信息速率要求的提高，要在叫窄的频带内实现较高的信息速率的传输，多进制的数字振幅键控（MAK）又得到了运用，在信道条件较好而频带又较紧张的恒参信道中优先采用它。

1 2ASK调制方法调制信号为二进制数字信号时，对载波信号的振幅进行调制，这种调制称为振幅键控调制即ASK（Amplitude Shift Keying）。

在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波不连贯的输出。

有载波输出的部分用“1”表示，无载波输出的部分用“0”表示。

2ASK（二进制振幅键控）信号的码元可以表示为：e0（t）=b（t）cosωct （1-1）式中，wc为载波角频率，s（t）为单极性NRZ矩形脉冲序列b（t）=ang（t-nTb）（1-2）其中，g（t）是持续时间为Tb、高度为的矩形脉冲，常称为门函数；an为二进制数字，当an=1，出现概率为P；当an=0，出现概率为（1-P）。

在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：1.1 相乘法通过相乘器直接将载波信号coswct和数字信号s（t）相乘，得到输出信号，输出的信号称为调制信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为相乘法。