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Keywords:
matlab,applications,algorithmdevelopment
1.2ASK系统介绍
1.1.2ASK系统的意义、主要功能
数字幅度调制又称幅度键控,二进制幅度键控记作2ASK。
2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波,使载波时断时续的输出。
有载波输出时表示发送“1”,无载波输出时表示发送“0”。
本设计主要采用相乘法来产生2ASK信号,实现2ASK的数字调制,采用相干解调法对2ASK信号进行解调。
1.2.调制解调原理、系统性能分析
(1)2ASK调制原理
ASK基带信号经过电压比较器(LM339),输出高/低电平驱动模拟开关(74HC4066)导通/关闭,ASK载波通过电压跟随电路(TL082)提高带负载能力,然后通过模拟开关电路选择通过/截止,最后得到ASK调制信号输出。
(2)2ASK解调原理
本实验采用的是包络检波法,ASK调制信号经过RC组成的耦合电路,输出波形可从OUT1观察,然后通过半波整流器(由1N4148组成),输出波形可从OUT2观察,半波整流后的信号经过低通滤波器(由TL082组成),滤波后的波形可从OUT3观察,再经过电压比较器(LM339)与参考电位比较后送入抽样判决器(74HC74)进行抽样判决,最后得到解调输出的二进制信号。
标号为“ASK判决电压调节”的电位器用来调节电压比较器的判决电压。
判决电压过高,将会导致正确的解调结果的丢失;
判决电压过低,将会导致解调结果中含有大量错码,因此,只有合理选择判决电压,才能得到正确的解调结果。
抽样判决用的时钟信号就是ASK基带信号的位同步信号。
(3)系统性能分析
在相同的信噪比下,2ASK信号相干解调时的总误码率低于包络检波法时的总误码率,但两者的误码性能相差并不大,且两者的最佳判决门限电平都依赖于接收信号的包络值,这个特性使得2ASK不适用于变参信道,只能用在像电缆一类的恒参信道中。
2.设计流程
2.1.产生2ASK信号产生
本设计采用300Hz的正弦信号,通过μ律PCM编码。
调制有两种方法:
其中一种是对载波的通和断的键控,用一个模拟开关作为调制载波的输出通、断控制门,由二进制序列S(t)控制门的通断,S(t)=1时开关导通,即输出载波信号;
S(t)=0时开关截止,即输出零电平;
另一种是,2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积,其调制的数学原理为:
e(t)=S(t)cosωct,其中e(t)就是调制后的信号,s(t)是随时间变化的二进制序列,就是调制信号;
cosωt是时间连续的余弦函数,也就是载波信号;
因此2ASK原理可理解为:
用二进制数字信号与一个余弦函数相乘,当二进制为1时,输出载波信号;
当二进制为0时,输出零电平,产生信号就是2ASK信号。
为了窗口的美观,我们取200为单位画出坐标,同时,当遇到1时,输出200个值为1的点,当遇到0时,输出200个值为0的点,并让这些点相连,使之连续,形成直线。
2.2.功率谱分析
由于二进制序列一般为随机序列,其频域分析的对象为信号功率谱密度,S(t)则为二进制随机单极性矩形脉冲序列,且任意码元为0的概率为p,二进制序列码元速率Rs在数值上相等,2ASK信号的双边功率谱密度表达式为:
上式表明,2ASK信号的功率谱密度由两部分组成:
(1)由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱;
(2)由被调载波分量确定的载频离散谱。
2.3.对已调信号的相干解调
其实,我们先对信号进行频域分析,主要目的是要确定信号的带宽,进而才能设计相应的滤波器对已调信号进行解调。
用本地产生一个频率、相位都与载波相同的余弦信号与接收到的信号相乘,其他部分相同,然后设计低通滤波器进行解调。
3.源程序
3.1.μ律PCM编码
functionf=pcmcode(y)
%8位二进制PCM编码
%y为输入抽样值
f=zeros(length(y),8);
z=sign(y);
y=y*128;
y=fix(y);
y=abs(y);
fori=1:
length(y);
ify(i)==128;
y(i)=127.999;
end
end
forj=6:
-1:
0;
f(i,8-j)=fix(y(i)/(2^j));
ifz(i)==-1;
f(i,1)=0;
else
f(i,1)=1;
图1.300Hz正弦信号
图2.调制信号经量化后的波形
3.2.信号的调制
由于不可能将每个二进制序列都进行调制,因此,本文选用随机的二进制序列作为测试用例,对其进行调制解调。
%signal=[00011111];
%bitRate=100000;
%fc=100000;
%N=32;
t=linspace(0,1/bitRate,N);
c=sin(2*pi*t*fc);
transmittedSignal=[];
length(signal)
transmittedSignal=[transmittedSignal(i).*c];
figure
(2)
plot(1:
length(transmittedSignal),transmittedSignal);
title('
调制后波形'
);
gridon;
figure(3)
m=0:
length(transmittedSignal)-1;
F=fft(transmittedSignal);
end
图3.输入的二进制序列
图4.调制后波形
.图5.已调信号频谱
3.3.信道加噪
functionsignal=gussian(transmittedSignal,noise)
signal=sqrt
(2)*transmittedSignal;
signal=awgn(signal,noise);
figure(5)
length(signal),signal);
加噪后的波形'
图6.加噪后的波形
3.4.信号的解调
functionbitstream=demoASK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N)
f=cos(2*pi*fc*t);
loadnum
signal1=receivedSignal;
signal2=signal1.*f;
signal3=filter(num1,1,signal2);
IN=fix(length(num1)/2);
bitstream=[];
LL=fc/bitRate*N;
i=IN+LL/2;
while(i<
=length(signal3))
bitstream=[bitstream,signal3(i)>
=0.5];
i=i+LL;
figure(6)
length(signal3),signal3);
WaveofLPF'
bit=[];
length(bitstream)
ifbitstream(i)=0
bit1=zeros(1,N);
bit1=ones(1,N);
bit=[bit,bit1];
figure(7)
plot(bit);
解调后波形'
axis([0,N*length(bitstream),-2.5,2.5]);
图7.解调后的波形
图8.经低通滤波器的波形
3.5.ASK的误码率
loadPeRate;
loadPeRatep;
fpeask(15)=le-3;
fpefsk(9)=le-3;
figure(12)
semilogy(-6:
length(fpefsk)-7,fpeask);
BitErrotRateOfASK'
xlabel('
r/dB'
ylabel('
PeASK'
图9.ASK误码率曲线
4.心得体会
通过此次的课程设计,感触颇深,因为让我认识到了MATLAB的强大功能,同时也对通信方面的信号处理等知识有了进一步的加深。
对于时间连续的信号,利用傅里叶变换可以把信号从时域转换到频域,能在频域上进行分析,对于时间离散的信号,信号是用序列表示的,相应的又离散傅里叶变换算法,经过变换后的结果也是一个序列,在通信技术中,由于数字通信有抗干扰性强,易于加密等优点而得到广泛的应用,数字通信中信号的调制方式有2ASK,2FSK,2PSK三种。
2ASK信号的解调,总的来说有两种基本方法,相干解调和非相干解调,不过此设计相求的是相干解调法,此设计中,关键的是如何选择合适的滤波器带宽等参数,才能准确的滤出信号,这也是本人在设计过程中遇到的问题,由于没有选择合适的参数,导致设计过程中,无法准确滤波。
个人觉得2ASK和2FSK的调整有些共同点,我们可以把2ASK的零电平看做又一个载波信号,于是就相当于两个频率的调制,这和2FSK有点类似,调制时,如果用离散傅里叶变换先对调制信号进行分析,然后再判断不同频率的幅值是否满足一定条件,进而判断出该位的数字逻辑,就可以很轻松的实现对信号的解调。
5.参考文献
【1】樊昌信,《通信原理》,国防工业出版社,2001
【2】吕跃广,《通信系统仿真》,电子工业出版社,2009
【3】陶亚雄,《现代通信原理与技术》,电子工业出版社,2008
【4】王福昌,《通信原理学习辅导》,华中科技大学出版社,2008
【5】李杰,《信号处理MATLAB》,北京大学出版社,2007
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