2ASK调制解调系统设计与仿真
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内容摘要
数字信号有两种传输方式,分别是基带传输方式和调制传输方式,即带通,在实际应用中,因基带信号含有大量低频分量不利于传送,所以必须经过载波和调制形成带通信号,通过数字基带信号对载波某些参量进行控制,使之随机带信号的变化而变化,这这一过程即为数字调制。数字调制为信号长距离高效传输提供保障,现已广泛应用于生活和生产中。另外根据控制载波参量方式的不同,数字调制主要有调幅(ASK),调频(FSK),调相(PSK) 三种基本形式。本次课题针对于二进制的2ASK进行讨论,应用MATLAB矩阵实验室进行仿真,分析和修改,通过仿真系统生成一个人机交互界面,以利于仿真系统的操作。通过对系统的仿真,更加直观的了解数字调制系统的性能及影响其性能的各种因素,以便于比较,评论和改进。
关键词
调制;2ASK;Matlab;仿真;分析
一、M ATLAB软件简介
MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ,这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
二、 理论分析
2.1 二进制幅移键控(2ASK )调制与解调原理
2ASK 是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而其频率和初始
相位保持不变。其信号表达式为: ,S (t)为单极
性数字基带信号。 2.1.1 2ASK 幅移键控
幅移键控(ASK )相当于模拟信号中的调幅,只不过与载频信号相乘的是二进数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量,而把振幅作为变量,信息比特是通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平,相乘的结果相当于将载频或者关断,或者接通,它的实际意义是当调制的数字信号"1时,传输载波;当调制的数字信号为"0"时,不传输载波。
图2.1.1 信号调制波形
由图可以看出2ASK 信号的时间波形e2ASK (t )随二进制基带信号s (t )通断变化。所以又被称为通断键控信号
t t S t e c ωcos )()(0⋅=载波信号
2ASK 信号
s (t )
1
1
1
T b
1
t
t
t
2.1.2 2ASK 信号的产生方法通常有两种:模拟调制法和键控法。 (1)模拟调制法使用乘法器实现 S(t)
乘法器 滤波器 ()t e 0
()t c ωcos
图2.1.2(1) 模拟调制流程图 (2)键控法使用开关电路实现
()t c ωcos 1 K ()t e 0
图2.1.2(2) 键控法流程图
因此,也称OOK 信号
开关K 的动作由S(t)决定,当 (){
10
1
接接K K t s =
2.1.3 2ASK 的解调方法
2ASK 有两种基本解调方法:相干解调法(同步检测法)和非相干解调法(包络检波法)。相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置,因此用相乘器与载波相乘来实现。为确保无
失真还原信号,必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波,这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。 (1)相干解调
输出
()t e ASK 2
图2.1.3(1) 相干解调流程图 (2)非相干解调
()t e ASK 2
a b
c d 输 出
图2.1.3(2) 非相干解调流程图
图2.1.3(3) 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形
带通
滤波器 低通
滤波器 抽样 判决器
相乘器
带通 滤波器 全波
整流器 抽样 判决器 低通 滤波器 11100000101
a
b c d
2.1.4 理论总结
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而频率和初始相位保持不变。
(1)在2ASK中:
S2ASk=m(t)*cos(2*pi*f*t),
其中m(t)为数字信号,后者为载波。
载波在二进制基带信号控制下通断变化,所以又叫通-断键控(OOK)。
(2)2ASK的产生方法有两种:模拟调制和键控法
而解调也有两中基本方式:非相干解调(包络检波)和相干解调(同步检测法)
DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t)
乘以相干载波后,只要滤去高频部分就可以了
2.1.5 本次仿真使用相干解调方式
2ask信号带通滤波器载波相乘低通滤波器抽样判决输出
三、数字调制技术的MATLAB仿真实现
Matlab程序实现
clc;
clear all;
close all;