畢業(yè)設(shè)計(jì)--2ask數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子與信息工程學(xué)院</b></p><p>　　《綜合課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</p><p>　　課程名稱 ： 通信電子線路 </p><p>　　題 目 ： 2ASK數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　

2、目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求和分工...................3</p><p>　　二、二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）基本原理………….4</p><p>　　三、用protel 99SE設(shè)計(jì)硬件電路和PCB………..9</p><p>　　四、Matlab程序?qū)崿F(xiàn)及運(yùn)行...........

3、........12</p><p>　　五、使用Simulink實(shí)現(xiàn)2ASK模型仿真...........15</p><p>　　六、使用SystemView實(shí)現(xiàn)2ASK模型仿真.........16</p><p>　　七、設(shè)計(jì)總結(jié)................................20</p><p>　　八、參考文獻(xiàn)..

4、.............................21</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1.掌握 2ASK 解調(diào)原理及其實(shí)現(xiàn)方法，了解線性調(diào)制時(shí)信號(hào)的頻譜變化；</p><p>　　2.認(rèn)識(shí)和理解通信系統(tǒng)，掌握信號(hào)是如何經(jīng)過(guò)發(fā)端處理被送入信道然后在接收端還原。</p><p&g

5、t;　　3.利用所學(xué)《通信原理》的基本知識(shí)以及相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，來(lái)設(shè)計(jì)一2ASK數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器。完成對(duì)2ASK的調(diào)制和解調(diào)仿真電路設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p><b>　　（二）實(shí)驗(yàn)分工</b></p><p>　　本組由沈志鑫，計(jì)豪，何游，周正華四人組成。</p><p>　　本人主要完成protel 的pcb版圖設(shè)計(jì)，ma

6、tlab程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　沈志鑫主要完成matlab程序的編程以及protel 99se 的電路圖設(shè)計(jì)。</p><p>　　計(jì)豪主要完成matlab的仿真，systemview的設(shè)計(jì)。</p><p>　　何游主要完成protel的電路設(shè)計(jì)，matlab simlink仿真。</p><

7、p>　　(二) 二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）基本原理 </p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制的概念</p><p>　　用二進(jìn)制（多進(jìn)制）數(shù)字信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號(hào)變換成頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。</p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制的分類</p><

8、p>　　在二進(jìn)制時(shí)分為：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。其中，ASK 屬于線性調(diào)制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調(diào)制。</p><p>　?。?）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）ASK調(diào)制波形與方框圖：</p><p>　　2.二進(jìn)制幅移鍵控(ASK)</p><p>　　（1）ASK 信號(hào)的

9、產(chǎn)生</p><p>　　圖為 ASK 信號(hào)的產(chǎn)生原理</p><p>　　一個(gè)二進(jìn)制的ASK 信號(hào)可視為一個(gè)單極性脈沖序列與一個(gè)高頻載波的乘積，即ASK 的時(shí)域表達(dá)式為：</p><p>　?。?）ASK 信號(hào)的功率譜特性</p><p>　　ASK 信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為：</p><p>　?。?）ASK 信號(hào)的功率

10、譜密度為:</p><p>　　式中, ps ( f )為基帶信號(hào)S(t)的功率譜密度</p><p>　　當(dāng)0、1 等概出現(xiàn)時(shí)，單極性基帶信號(hào)功率譜密度為:</p><p>　　則2ASK 信號(hào)的功率譜密度為:</p><p>　　ASK 信號(hào)譜,形狀為 ps ( f ),雙邊帶加載頻譜線 pE ( f )</p><p

11、>　　（4）ASK 信號(hào)的解調(diào)方式</p><p>　　解調(diào)也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。其中相干解調(diào)要求接收端提供相干載波。非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號(hào)本身的特點(diǎn)來(lái)解調(diào)</p><p>　　2ASK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)如圖4、圖5所示。</p><p>&l

12、t;b>　　非相干解調(diào)方式</b></p><p><b>　　相干解調(diào)方式</b></p><p>　　抽樣判決器的作用是：信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設(shè)抽樣判決門限為b，當(dāng)信號(hào)抽樣值大于b時(shí)，判為“1”碼；信號(hào)抽樣值小于b時(shí)，判為“0”碼。當(dāng)本實(shí)驗(yàn)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，在調(diào)制的輸出端沒(méi)有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道時(shí)理想的，

13、所以在解調(diào)部分也沒(méi)有加帶通濾波器。</p><p>　　非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形</p><p><b>　　ＡＳＫ硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　濾波電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10us（f=1/10us=100k

14、Hz） 的高頻方波載波信號(hào)，故此處所用濾波器的時(shí)間常數(shù)=1/f=10us ，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對(duì)應(yīng)選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時(shí)間常數(shù)要求。</p><p><b>　　比較電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　其中 LM324 與 R2、R3 構(gòu)成一個(gè)反向器，LM324 工作的正端電壓設(shè)置為5Vdc。其電路如下圖所示<

15、/p><p>　　5.電壓判決電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)</p><p>　　該處電壓抽樣判決器中負(fù)端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構(gòu)成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM３３９的正端輸入電壓信號(hào)比較，當(dāng)輸入信號(hào)大于 1Vdc 時(shí)，LM３３９ 輸出為高電平，否則為低電平。從而將原低頻調(diào)制信號(hào)解調(diào)還原出來(lái)。電路如下圖所示 </p><p>　　ASK 調(diào)制解調(diào)仿真

16、電路PCB圖</p><p>　　ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路綜合設(shè)計(jì)</p><p>　　Matlab程序?qū)崿F(xiàn)</p><p><b>　　clc;</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p><b>

17、　　%信源</b></p><p>　　a=randint(1,15,2);</p><p>　　t=0:0.001:0.999;</p><p>　　m=a(ceil(15*t+0.01)); </p><p>　　subplot(511)</p><p>　　plot(t,m);</p>

18、<p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('信源');</p><p><b>　　%載波</b></p><p><b>　　f=150;</b></p><p>　　carry=cos(2*pi*f*t);</p

19、><p><b>　　%2ASK調(diào)制</b></p><p>　　st=m.*carry;</p><p>　　subplot(512);</p><p>　　plot(t,st)</p><p>　　axis([0 1.2 -1.2 1.2])</p><p>　　title

20、('2ASK信號(hào)')</p><p><b>　　%加高斯噪聲</b></p><p>　　nst=awgn(st,70);</p><p><b>　　%解調(diào)部分</b></p><p>　　nst=nst.*carry;</p><p>　　subplot

21、(513)</p><p>　　plot(t,nst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('乘以相干載波后的信號(hào)')</p><p><b>　　%低通濾波器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　wp=2*pi*2*f*

22、0.5;</p><p>　　ws=2*pi*2*f*0.9;</p><p><b>　　Rp=2;</b></p><p><b>　　As=45;</b></p><p>　　[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');</p><p&g

23、t;　　[B,A]=butter(N,wc,'s');</p><p><b>　　%低通濾波</b></p><p>　　h=tf(B,A); %轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù)</p><p>　　dst=lsim(h,nst,t);</p><p>　　subplot(514)</p><p&g

24、t;　　plot(t,dst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('經(jīng)過(guò)低通濾波器后的信號(hào)');</p><p><b>　　%判決器</b></p><p><b>　　k=0.25;</b></p>

25、<p>　　pdst=1*(dst>0.25);</p><p>　　subplot(515)</p><p>　　plot(t,pdst)</p><p>　　axis([0 1.2 -0.2 1.2]);</p><p>　　title('經(jīng)過(guò)抽樣判決后的信號(hào)')</p><p>&

26、lt;b>　　%頻譜觀察</b></p><p><b>　　%調(diào)制信號(hào)頻譜</b></p><p><b>　　T=t(end);</b></p><p><b>　　df=1/T;</b></p><p>　　N=length(st);</p>

27、<p>　　f=(-N/2:N/2-1)*df;</p><p>　　sf=fftshift(abs(fft(st)));</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(411)</p><p>　　plot(f,sf)</p><p>

28、　　title('調(diào)制信號(hào)頻譜')</p><p><b>　　%信源頻譜</b></p><p>　　mf=fftshift(abs(fft(m)));</p><p>　　subplot(412)</p><p>　　plot(f,mf)</p><p>　　title(

29、9;信源頻譜')</p><p>　　% 乘以相干載波后的頻譜</p><p>　　mmf=fftshift(abs(fft(nst)));</p><p>　　subplot(413)</p><p>　　plot(f,mmf)</p><p>　　title('乘以相干載波后的頻譜')<

30、;/p><p>　　%經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜</p><p>　　dmf=fftshift(abs(fft(dst)));</p><p>　　subplot(414)</p><p>　　plot(f,dmf)</p><p>　　title('經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜');</p><p&

31、gt;<b>　　建立模型描述</b></p><p>　　使用Simulink實(shí)現(xiàn)2ASK模型仿真</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境，豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù)。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、

32、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　

33、　在此次設(shè)計(jì)中，使用Simulink實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制法和兩種解調(diào)方法（相干解調(diào)和非相干解調(diào)），同時(shí)在信道傳輸中加入高斯噪聲。原理圖如圖所示。</p><p>　　Simulink仿真原理圖</p><p>　　使用SystemView實(shí)現(xiàn)2ASK模型仿真</p><p>　　SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析

34、的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。</p><p>　　利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖

35、標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中，使用SystemView實(shí)現(xiàn)兩種調(diào)制方法和兩種解調(diào)方法（相干解調(diào)和非相干解調(diào)），同時(shí)在信道傳輸中加入高斯噪聲。在結(jié)果分析中，對(duì)使用模擬相乘法調(diào)制的信號(hào)所進(jìn)行的兩種不同解調(diào)方式的誤碼率，眼圖，功率譜密度做了比較。原理圖如圖所示。</p><p>

36、<b>　　調(diào)制模塊</b></p><p>　　模擬調(diào)制法在SystemView上使用的元件如圖10所示。各元器件編號(hào)，圖符，名稱，功能及參數(shù)如表1所示。通過(guò)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，1000HZ的基帶信號(hào)由2000HZ的載波進(jìn)行調(diào)制。模擬調(diào)制法中，直接將載波與基帶信號(hào)相乘，這里載波輸出為COS波形。</p><p>　　SystemView調(diào)制模塊</p>&l

37、t;p>　　表1 SystemView調(diào)制模塊元件參數(shù)表</p><p>　　續(xù)表1 SystemView調(diào)制模塊元件參數(shù)表</p><p><b>　　信道模塊</b></p><p>　　在信道中加入高斯噪聲，如圖11所示。其中編號(hào)7為加法器，編號(hào)8為高斯噪聲，參數(shù)為Con=Std，Std=0.3V，sink20 為高斯白噪聲波形

38、。</p><p><b>　　信道模塊</b></p><p><b>　　解調(diào)模塊</b></p><p>　　解調(diào)使用了相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式，如圖12所示。相干解調(diào)經(jīng)過(guò)帶通—相乘—低通—抽樣判決后輸出。非相干解調(diào)經(jīng)過(guò)帶通—全波整流—低通—抽樣判決后輸出。</p><p>　　Syste

39、mView解調(diào)模塊</p><p>　　各元件具體情況見(jiàn)表2。</p><p>　　表2 SystemView解調(diào)元件參數(shù)表</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　這次我們要在學(xué)?？荚囍軆?nèi)完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，邊復(fù)習(xí)微波邊做課程設(shè)計(jì)壓力是很大的。但是俗話說(shuō)得好，有壓力就有動(dòng)力。但在查閱大量資料和

40、通過(guò)小組協(xié)作以及同學(xué)之間的討論，最終完成了通信電路課程設(shè)計(jì)。就2ASK設(shè)計(jì)而言，我們這組成功實(shí)現(xiàn)了使用Matlab編程和仿真，protel99se的設(shè)計(jì)，以及學(xué)習(xí)用SystemView仿真，也可以說(shuō)有些小小的成就感。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，給我影響最深的就是再次感受到了Matlab的強(qiáng)大功能和廣泛應(yīng)用。通信原理等課程的應(yīng)用都可以借助于Matlab來(lái)實(shí)現(xiàn)，在大二的課程設(shè)計(jì)中我們?cè)?jīng)利用matlaB做了高

41、頻放大器和語(yǔ)音信號(hào)濾波器。</p><p>　　我感覺(jué)這次的難點(diǎn)是protel的仿真上。在原有計(jì)算的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真。發(fā)現(xiàn)失真非常嚴(yán)重。這說(shuō)明現(xiàn)實(shí)和理論還是有很大差距的。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)整。調(diào)整許多次最終才得到相對(duì)滿意的結(jié)果。 </p><p>　　總的來(lái)說(shuō)， 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)

42、學(xué)到了不少實(shí)用的東西，也真正體會(huì)到了各門課程之間的緊密聯(lián)系。一句話，將所學(xué)的所有知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，融會(huì)貫通，必將發(fā)現(xiàn)，原來(lái)一切并不難，難在我們沒(méi)有這樣的意識(shí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 曹志剛，錢亞生編著，現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出版社，1992。</p><p>　　[2] 羅偉雄，韓力，原東昌編著，

43、通信原理與電路，北京理工大學(xué)出版社，1999。</p><p>　　[3] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,吳成柯. 通信原理(第五版) [M] . 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002。</p><p>　　[4]付家才.電子實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京:高等教育出版社,2004,7-11</p><p>　　[5]林理明. 數(shù)字通信技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2006,66-