.......S..............S.......理工大學(xué)《通信原理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號學(xué)生指導(dǎo)教師課程成績完成日期2016年1月8日課程設(shè)計(jì)成績評定學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號學(xué)生指導(dǎo)教師課程成績完成日期2016年1月8日指導(dǎo)教師對學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評價(jià)課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程容的程度課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對課程設(shè)計(jì)的評定意見綜合成績指導(dǎo)教師簽字2016年1月8日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書城南學(xué)院通信工程專業(yè)課程名稱通信原理課程設(shè)計(jì)時(shí)間2015/2016學(xué)年第一學(xué)期17～19周學(xué)生指導(dǎo)老師題目基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)主要容：利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實(shí)現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，要求采樣頻率為360HZ，并繪制出解調(diào)前后的時(shí)域和頻域波形及疊加噪聲時(shí)解調(diào)前后的時(shí)頻波形，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來分析該解調(diào)過程的正確性及信道對信號傳輸?shù)挠绊?。要求?）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上，編寫出ASK調(diào)制解調(diào)程序。2）繪制出ASK信號解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，并觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以加深對ASK信號解調(diào)原理的理解。3）對信號疊加噪聲，并進(jìn)行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號的時(shí)頻波形，改變噪聲功率進(jìn)行解調(diào)，分析噪聲對信號傳輸造成的影響。4）在老師的指導(dǎo)下，要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部容，并按要求編寫課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文，能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)當(dāng)提交的文件：（1）課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文。（2）課程設(shè)計(jì)附件。..............基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)學(xué)生：指導(dǎo)老師：摘要MATLAB是美國MathWorks公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專門設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，本課程設(shè)計(jì)主要容是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實(shí)現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，要求采樣頻率為360HZ，并繪制出解調(diào)前后的時(shí)域和頻域波形及疊加噪聲時(shí)解調(diào)前后的時(shí)頻波形，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來分析該解調(diào)過程的正確性及信道對信號傳輸?shù)挠绊?。目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上，編寫出2ASK調(diào)制解調(diào)程序，繪制出ASK信號解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以及對信號疊加噪聲后的變化。最終得到隨著輸入信號噪聲的增加增大，誤碼越嚴(yán)重的結(jié)論，加深對ASK信號解調(diào)原理的理解。關(guān)鍵詞ASK調(diào)制解調(diào)；時(shí)域譜；頻域譜；高斯白噪聲；信噪比1引言通信原理是通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，是通信工程專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，掌握通信原理課程的知識不僅可以打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，還能提高處理通信系統(tǒng)問題能力和素質(zhì)。通過本課程設(shè)計(jì)的ASK振幅鍵控調(diào)制解調(diào)，可以進(jìn)一步理解數(shù)字通信的基礎(chǔ)理論，有助于加深對通信原理的理解。1.1課程設(shè)計(jì)目的通過設(shè)計(jì)基于MATLAB的ASK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)，讓我深入理解和掌握二進(jìn)制ASK調(diào)制解調(diào)以及噪聲對信號傳輸?shù)挠绊慬1]。在通信原理理論知識的基礎(chǔ)上加深對ASK調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法的理解。使我對通信信號波形及頻譜有深刻的認(rèn)識。不僅加強(qiáng)了對課本知識的了解，而且還涉及到了MATLAB編程語言和軟件的使用，以及基本的操作常識[2]。掌握調(diào)制解調(diào)函數(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)了我動手實(shí)踐的能力。1.2課程設(shè)計(jì)要求 根據(jù)所給的題目，查閱有關(guān)資料，掌握數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)以及通信原理。學(xué)會MATLAB中M文件的編寫方法，能應(yīng)用MATLAB軟件中調(diào)制解調(diào)函數(shù)，掌握ASK調(diào)制解調(diào)原理，根據(jù)原理編寫出ASK調(diào)制解調(diào)程序。繪制出ASK信號解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，觀察解調(diào)前后頻譜的變化理解ASK信號解調(diào)原理。對二進(jìn)制基帶信號疊加噪聲后解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號的時(shí)頻波形，然后改變噪聲功率進(jìn)行解調(diào)，記錄并分析分析噪聲對信號傳輸造成的影響。根據(jù)要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文，能正確闡述和分析設(shè)計(jì)結(jié)果并得出結(jié)論。1.3課程設(shè)計(jì)步驟產(chǎn)生數(shù)字基帶信號并繪制時(shí)域譜和頻域譜；設(shè)置載波頻率并繪制其時(shí)域譜和頻域譜；對信號進(jìn)行數(shù)字調(diào)制并繪制時(shí)域譜和頻域譜；對已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)并繪制時(shí)域譜和頻域譜；對已調(diào)信號加入高斯小噪聲并繪制時(shí)域譜和頻域譜；對加小噪聲信號進(jìn)行解調(diào)并繪制時(shí)域譜和頻域譜；對已調(diào)信號加入高斯大噪聲并繪制時(shí)域譜和頻域譜；對加大噪聲信號進(jìn)行解調(diào)并繪制時(shí)域譜和頻域譜；比較當(dāng)信噪比不同時(shí)，誤碼率大小。2ASK調(diào)制解調(diào)原理2.1ASK調(diào)制原理ASK指的是振幅鍵控方式。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。對于二進(jìn)制幅度鍵控信號的頻帶寬度為二進(jìn)制基帶信號寬度的兩倍。幅移鍵控法(ASK)的載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的，其最簡單的形式是，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號控制下通斷，此時(shí)又可稱作開關(guān)鍵控法(OOK)。二進(jìn)制幅度鍵控記作2ASK。2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”，無載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”。2ASK信號可表示為式中，為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列其中，g(t)是持續(xù)時(shí)間、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)；為二進(jìn)制數(shù)字2ASK/OOK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制（相乘器法）和鍵控法。本模擬幅度調(diào)制的方法用乘法器實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)制如圖2-1和圖2-2：乘法器乘法器圖2-1模擬相乘法圖2-2鍵控/開關(guān)法2.2ASK解調(diào)原理2ASK/OOK信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）。本課程設(shè)計(jì)要求的是相干解調(diào)，如圖2-3：帶通濾波器相乘器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出圖2-3相干解調(diào)3仿真實(shí)現(xiàn)過程3.1ASK信號的產(chǎn)生圖3-1二進(jìn)制基帶信號時(shí)域譜和頻域譜先將源程序創(chuàng)建M文件，自定義路徑；編寫語句x=ceil(rand(1,100000)-0.5)生成一段隨機(jī)的二進(jìn)制基帶信號，其中rand產(chǎn)生隨機(jī)矩陣，ceil為取整函數(shù)；再編寫語句FFT1=fft(x,128);FFT1=abs(FFT1)對隨機(jī)序列進(jìn)行傅里葉變換并取絕對值。其時(shí)域譜和頻域譜如圖3-1。3.2載波信號波形圖3-2載波信號時(shí)域譜和頻域譜在調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中，載波信號的頻率一般要大于信號源的頻率。信號源頻率為12Hz，所以將載波頻率設(shè)置為36Hz，編寫正弦函數(shù)carry=cos(2*pi*Fc*t)并進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換FFT2=fft(carry,256);FFT2=abs(FFT2)。其時(shí)域譜和頻域譜如圖3-2。3.3ASK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'ask',2)進(jìn)行2ASK調(diào)制，其中x為輸入信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)d為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率，F(xiàn)s/Fd必須是一個(gè)正整數(shù)。再進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換FFT3=fft(y,256);FFT3=abs(FFT3)，其時(shí)域譜和頻域譜如圖3-3：圖3-3已調(diào)信號時(shí)域譜和頻域譜圖3-4解調(diào)信號解調(diào)時(shí)域譜和頻域譜編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'ask',2)進(jìn)行2ASK解調(diào)，其中x為輸入信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)d為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率。再進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換FFT4=fft(z,64);FFT4=abs(FFT4)，由于調(diào)制到解調(diào)的信道中沒有加入噪聲，所以調(diào)制前信號（即原始信號）與調(diào)制后信號相同，其時(shí)域譜和頻域譜如圖3-4。3.4疊加噪聲的ASK調(diào)制解調(diào)圖3-5疊加小噪聲調(diào)制信號時(shí)域譜和頻域譜圖3-6疊加大噪聲調(diào)制信號時(shí)域譜和頻域譜由于信道中的噪聲是疊加在信號上的，噪聲始終是存在的，通常稱它為加性噪聲或加性干擾。對已調(diào)信號y分別疊加高斯小噪聲（信噪比為6）和大噪聲（信噪比為-2）則編寫Ynt1=awgn(y,6);Ynt2=awgn(y,-2)并進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，其時(shí)域譜和頻域譜分別如圖3-5和圖3-6。圖3-7疊加小噪聲解調(diào)信號時(shí)域譜和頻域譜圖3-8疊加大噪聲解調(diào)信號時(shí)域譜和頻域譜對小噪聲Ynt1和大噪聲信號Ynt2分別解調(diào)，編寫數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)z1=ddemod(Ynt1,Fc,Fd,Fs,'ask',2);z2=ddemod(Ynt2,Fc,Fd,Fs,'ask',2);并進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，其時(shí)域譜和頻域譜如分別如圖3-7和圖3-8。3.5誤差分析圖3-9疊加疊加小噪聲大噪聲的誤差數(shù)和誤差率圖3-10誤差數(shù)和誤差率誤碼率是衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。在信道高斯白噪聲的干擾下，二進(jìn)制2ASK數(shù)字調(diào)制誤碼率取決于解調(diào)器輸入信噪比，編寫誤碼率函數(shù)[br,Pe1]=symerr(x,z1);[br,Pe2]=symerr(x,z2)，其中br為符號誤差數(shù)，Pe1為符號誤差率。繪制如圖3-9。調(diào)用函數(shù)semilogy(SNR,Pe);繪制信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線如圖3-10，由此可得出：與無噪聲時(shí)（誤碼率為零）相比較，當(dāng)信噪比較大時(shí)，噪聲小誤碼率低；反之，信噪比較小時(shí)噪聲大誤碼率高。4遇到的問題及解決辦法在本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了MATLAB集成環(huán)境下的M文件實(shí)現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，在編寫過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和老師同學(xué)的幫助才得以解決，總結(jié)如下：產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列時(shí)沒有只有0和1的情況并且顯示的是三角波。解答辦法：采用ceil取整函數(shù)，可以0和1的序列，并用stairs方波畫圖函數(shù)使方波顯示出來。序列是0時(shí)的調(diào)制波形反向，而不是振幅為零。解決辦法：在調(diào)制后的函數(shù)基礎(chǔ)上編寫循環(huán)判斷語句，把一個(gè)序列周期作為一次循環(huán)，序列為0時(shí)調(diào)制函數(shù)賦值為零，使反向波形消失。繪制信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線時(shí)錯(cuò)誤。解決辦法：把調(diào)用數(shù)字調(diào)制函數(shù)dmod用于加入噪聲，即Ynt3=awgn(y,SNR(i))，而調(diào)制后的函數(shù)基礎(chǔ)上編寫循環(huán)判斷語句只用來顯示已調(diào)波形。5結(jié)束語課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。本次課程設(shè)計(jì)中讓我對信號的ASK的調(diào)制解調(diào)過程有了很深刻的理解，掌握了ASK的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)流程，它可以我使我更容易理解通信原理，提高了對通信系統(tǒng)的分析能力和解決能力，能有機(jī)會對通信的原理進(jìn)行模擬仿真，對于我們專業(yè)的人來說尤為重要。經(jīng)過三周時(shí)間的基于Matlab的ASK調(diào)制解調(diào)課程設(shè)計(jì)，我最大的收獲是基本的掌握了的Matlab中函數(shù)的使用，在此期間我利用了通信原理和MATLAB的相關(guān)書籍，及其網(wǎng)絡(luò)資源，在老師和同學(xué)的幫助下才得以完成任務(wù)，讓我意識到數(shù)字信號處理的重要性。同時(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中，我也遇到了許多的困難，從及時(shí)發(fā)現(xiàn)到解決問題，不斷地改進(jìn)自己的方法，以實(shí)際操作為基礎(chǔ)，以理論為準(zhǔn)則，不斷完善，不斷創(chuàng)新，提高效率，可以為我以后從事通信類職業(yè)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)；我才能設(shè)計(jì)其他不同的課題，才能達(dá)到舉一反三的地步，以增強(qiáng)我的實(shí)踐動手能力，讓我受益匪淺。該設(shè)計(jì)雖然如期完成，其功能基本上可以滿足處理的需要。由于我的能力有限，如果有不盡人意的地方，需要將來再做進(jìn)一步的改善。參考文獻(xiàn)[1]樊昌信，麗娜.通信原理.：國防工業(yè)，2012.[2] 黃文梅，熊，勇.信號分析與處理—MATLAB語言及應(yīng)用.：國防科技大學(xué)，2000.[3]唐向宏岳恒立，雪峰.MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用.：電子工業(yè)，2006，8.[4]鄧華.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解.人民郵電，2003.=附錄：ASK調(diào)制解調(diào)程序清單%程序名稱：ASK.m%程序功能：ASK解調(diào)解調(diào)%程序作者：莊維%最后修改時(shí)間：2016-1-8程序代碼clc; %清除命令工作窗里的容clear; %清除存空間變量%產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列x=ceil(rand(1,100000)-0.5) %產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列并取大于x的最小整數(shù)figure(1) %窗口1，包含時(shí)域譜和頻域譜subplot(2,1,1) %分塊圖函數(shù)subplot，圖形窗口分成2塊子窗口的第1個(gè)圖像stairs(x); %第2個(gè)圖像xlabel('時(shí)間t'); %x軸標(biāo)注ylabel('序列值'); %y軸標(biāo)注title('二進(jìn)制隨機(jī)序列'); %添加圖像標(biāo)題axis([121-12]) %控制坐標(biāo)軸的圍gridon %圖像中添加?xùn)鸥?對隨機(jī)序列進(jìn)行頻譜分析FFT1=fft(x,128); %對隨機(jī)序列進(jìn)行傅里葉變換FFT1=abs(FFT1); %對傅里葉變換取絕對值figure(1)subplot(2,1,2) %第2個(gè)圖像plot(FFT1);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT1');title('隨機(jī)序列頻譜');axis([0128050])gridon%載波信號t=1/360:1/360:20; %載波時(shí)間圍Fc=36; %載波頻率carry=cos(2*pi*Fc*t); %正弦載波信號figure(2) %窗口2，包含時(shí)域譜和頻域譜subplot(2,1,1)plot(carry);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度carry');title('載波信號');axis([1600-22])gridon%對載波信號進(jìn)行頻譜分析FFT2=fft(carry,256); %對載波信號進(jìn)行傅里葉變換FFT2=abs(FFT2); %對傅里葉變換取絕對值figure(2)subplot(2,1,2)plot(FFT2);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT2');title('載波信號頻譜');axis([02560100])gridon%ASK的調(diào)制Fd=12; %Fd為碼速率，F(xiàn)s為采樣頻率Fs=360;y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'ask',2);%調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod進(jìn)行2ASK調(diào)制fori=1:20ifx(i)==0yy(30*(i-1)+1:30*i)=0;elseyy(30*(i-1)+1:30*i)=y(30*(i-1)+1:30*i);endend %對20個(gè)隨機(jī)碼元進(jìn)行判別，若碼元為0則該碼元周期調(diào)制信號為零figure(3)subplot(2,1,1)plot(yy);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度y');title('已調(diào)信號');axis([1600-22])gridon%對已調(diào)信號進(jìn)行頻譜分析FFT3=fft(y,256); %對已調(diào)信號進(jìn)行傅里葉變換FFT3=abs(FFT3); %對傅里葉變換取絕對值figure(3)subplot(2,1,2)plot(FFT3);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT3');title('已調(diào)信號頻譜');axis([0256050])gridon%ASK的解調(diào)z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'ask',2);%調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod進(jìn)行2ASK解調(diào)figure(4) %對傅里葉變換取絕對值subplot(2,1,1)stairs(z);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度z');title('解調(diào)信號');axis([121-12])gridon%對解調(diào)信號進(jìn)行頻譜分析FFT4=fft(z,64); %對解調(diào)信號進(jìn)行傅里葉變換FFT4=abs(FFT4); %對傅里葉變換取絕對值figure(4)subplot(2,1,2)plot(FFT4);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT4');title('解調(diào)信號頻譜');axis([064050])gridon%加入高斯小噪聲,SNR為6Ynt1=awgn(y,6); %加入高斯小噪聲，信噪比為6figure(5)subplot(2,1,1)plot(Ynt1);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度Ynt1');title('加小噪聲信號');axis([1600-22])gridon%對加小噪聲信號進(jìn)行頻譜分析FFT5=fft(Ynt1,256); %對加入小噪聲的調(diào)制信號進(jìn)行傅里葉變換FFT5=abs(FFT5); %對傅里葉變換取絕對值figure(5)subplot(2,1,2)plot(FFT5);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT5');title('加小噪聲信號頻譜')axis([0256050])gridon%ASK加小噪聲信號的解調(diào)及誤碼率z1=ddemod(Ynt1,Fc,Fd,Fs,'ask',2);%調(diào)用數(shù)字帶通調(diào)制函數(shù)dmod對加小噪聲信號進(jìn)行解調(diào)[br,Pe1]=symerr(x,z1) %對解調(diào)后加小噪聲信號誤碼分析，br為符號誤差數(shù)，Pe1為符號誤差率figure(6)subplot(2,1,1)stairs(z1);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度z1');title('加小噪聲解調(diào)信號');axis([121-12])gridon%對加小噪聲解調(diào)信號進(jìn)行頻譜分析FFT6=fft(z1,64); %對加入小噪聲的解調(diào)信號進(jìn)行傅里葉變換FFT6=abs(FFT6); %對傅里葉變換取絕對值figure(6)subplot(2,1,2)plot(FFT6);xlabel('頻率f');ylabel('幅度FFT6');title('加小噪聲解調(diào)信號頻譜');axis([064050])gridon%加入高斯大噪聲,SNR為-2Ynt2=awgn(y,3); %加入高斯大噪聲，信噪比為-2figure(7)subplot(2,1,1)plot(Ynt2);xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度Ynt2');title('加大噪聲信號');axis([1600-22])gridon%對加大噪聲信號進(jìn)行頻譜分析FFT7=fft(Ynt2,