2ASK调制通信系统论文

摘要：介绍了BPSK，QPSK，16PSK，FSK，MSK及GMSK6种数字调制方式的特点，采用Matlab中的Simulink建立了各种调制方式实现DS/FH混合扩频系统的仿真模型。下面是小编为大家整理的《2ASK调制通信系统论文 (精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

2ASK调制通信系统论文 篇1：

二进制相移键控调制解调的仿真分析

【摘要】本论文通过MATLAB仿真设计程序，实现信号的2PSK调制解调的程序仿真。误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标，预测对比各个解调方式的误码率结果，包括相干ASK、非相干ASK、相干FSK以及非相干FSK与PSK，结果表明在抗加性高斯白噪声方面，2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。

【关键词】2PSK;MATALB;仿真

1.引言

数字调制解调技术的发展不断更新，如今在现实中应用的数字调制系统大部分都是经过改进的，性能较好的系统，但是，作为理论发展最成熟的调制解调方式，对ASK，FSK，PSK的研究仍然具有非常大的意义，而且这样可以更容易将其仿真结果与成熟的理论进行比较，从而验证仿真的合理性。PSK系统干扰性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，故在中、高带数字通信中应用广泛。

因此，本论文主要研究二进制相移键控(2PSK)调制解调系统的实现，仿真完成对数字信号的调制及解调。

2.二进制相移键控(2PSK)原理

相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息。在2PSK中通常用初始相位0和π分别表示二进制“0”和“1”。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。

因此，2PSK信号的时域表达式为：

(1)

是表示第n个符号的绝对相位。因此，式子(1)可以改写为：

(2)

2PSK信号的调制原理框图如图1所示。在2ASK中f(t)是单极性的，而在2PSK中f(t)是双极性的基带信号。2PSK信号的解调通常采用相干解调法。

图1 2PSK信号的调制原理图

3.2PSK调制解调的仿真分析

(1)2PSK信号的调制解调仿真

产生十个随机数作为信号源，如图2所示;将信号源与载波相乘，实现对信号源的2PSK调制;模拟加入一个高斯白噪声，得到通过高斯白噪声信道后的调制信号;然后对调制信号进行解调，经过相乘器、低通滤波器、抽样判决器，得到接收信号。

图2 二进制序列

图3 2PSK的解调过程

图4 误码率曲线

2PSK的解调过程如图3所示。

分析：通过调制信号的时域波形图，可知原信号经过2PSK调制，再经过解调后的信号与原信号大体一致，这与理论相符合。

(2)误码率仿真分析

我们假设同一幅度的信号，分别经过2ASK相干解调、2ASK非相干解调、2FSK相干解调、2FSK非相干解调、2PSK解调后，比较信噪比和误码率的关系，如图4所示。

分析：随着信噪比的增大，各种方式的误码率都会减少。在误码率相同的情况下，所需要的信噪比2ASK最高，2FSK其次，2PSK最小;反过来，若信噪比一定时，2PSK系统的误码率比2FSK的小，2FSK系统误码率比2PSK的小。

4.结束语

信号调制解调的仿真可以实现对现实中信号进行调制解调，本论文设计运用了MATLAB实现了2PSK调制解调过程的仿真，在调制解调过程中观察了各个环节时域和频域的波形，并对比了2ASK、2FSK、2PSK三种误码率情况。由于误码率与信道信噪比之间的关系可以反映出调制系统的调制性能，根据误码率的分析，可以很好的反映出调制系统的调制性能。仿真结果的分析说明该2PSK仿真模型是成功的、符合理论的。

参考文献

[1]刘飞.数字中频调制解调系统的设计与实现[J].现代电子技术，2011.

[2]刘立林，胡世安，司兵.几种数字调制方式的仿真与分析[J].现代电子技术，2012.

[3]李鹏飞，李金平，等.基于Matlab与DSP Builder的2PSK调制解调器设计与仿真[J].计算机科学，2012.

作者：刘艳

2ASK调制通信系统论文 篇2：

用不同调制方式实现跳/扩频混合通信的抗干扰性能

摘要：介绍了BPSK，QPSK，16PSK，FSK，MSK及GMSK 6种数字调制方式的特点，采用Matlab中的Simulink建立了各种调制方式实现DS/FH混合扩频系统的仿真模型。重点研究了跳/扩频通信系统在具有扫频干扰、跟踪干扰以及两者共存的环境下，采用不同调制方式时抗干扰性能的差异，并通过仿真计算误码率给出比较结果，由此得到的结论是：3种相移键控中的BPSK抗干扰性能最好，3种频移键控中的2FSK抗干扰性能最好，并且BPSK的抗干扰性能优于2FSK。

关键词：DS/FH混合扩频;数字调制;扫频干扰;跟踪干扰;Simulink仿真

0引言

数字调制是现代通信系统中一个极其重要的组成部分，采用什么样的调制方式将直接影响到通信系统的性能[1]。本文选取了在跳扩频通信电台中常用的、具有代表性的几种调制方式，如BPSK，QPSK，16PSK，2FSK，MSK和GMSK调制方式，分析它们的特点以及在DS/FH超短波通信电台实际应用中的抗干扰能力，着重研究在相同的仿真环境下采用不同调制方式对DS/FH通信系统抗扫频干扰[2]和跟踪干扰[3]性能的影响并进行比较，给出结论。

1几种数字调制方式

扩跳频通信系统中主要采用数字调制。基本的二进制数字调制方式有幅移键控(2ASK)、频移键控(2FSK)和相移键控(2PSK或BPSK)，其中应用最广泛的是BPSK[4-5]。

在二进制键控体制中，每个码元只能传输1bit的信息，为了使每个码元能够携带更多的信息量，进而提高传输效率，又在二进制键控体制的基础上发展出了多进制键控体制[6]，例如文章仿真中所用到的正交相移键控(4PSK或QPSK)以及十六进制相移键控(16PSK)，它们与BPSK相比提高了传输的频带利用率[7]。

由于2FSK调制在基带信号变换时会引起载波的相位突变等问题，便发展出MSK(最小频移键控)调制，它是恒包络信号，功率谱性能好，具有较强的抗噪声干扰能力，且比2FSK的传输带宽小，广泛应用于目前的无线移动通信等现代通信技术中[89]。

为了进一步降低传输带宽，又进一步发展出GMSK(高斯滚降最小频移键控)。GMSK是MSK的改进技术，是在基带码流进入VCO(压控振荡器)之前，先以预调制高斯滤波器进行处理，它具有恒包络、相位连续的特点。GMSK调制后的信号功率谱主瓣窄，带外衰减快，对邻道的干扰小，频谱效率较高[10-11]。

2仿真模型的建立

基于Simulink的DS/FH混合扩频通信系统仿真模型如图1所示。其中，在信道中叠加了扫频干扰和跟踪干扰，即图1中的“saopin”模块与“genzong”模块。仿真过程中，既可以对单独叠加扫频干扰或者跟踪干扰的系统模型进行仿真研究，也可以对同时叠加扫频干扰与跟踪干扰的系统模型进行仿真研究。

BPSK信息调制的仿真模型对应图1中的random integer generator及MPSK模块。random integer generator模块产生二进制随机比特序列，并且在如图2所示的此模块的参数设置对话框中，由参数sample time的值来决定信息比特的宽度。

QPSK，16PSK，2FSK，MSK和GMSK调制方式在仿真建模中主要由simulink中的modulator以及对应的demodulator模块来实现，modulator模块如图3所示。对不同调制方式仿真时，仅需对图1中的相应模块进行替换即可。其中，BPSK，QPSK和16PSK调制模块皆可由simulink中的MPSK modulator baseband模块实现，如图4所示。不同进制的调制方式只需对图4中Mary numberr的值作相应修改即可。对应的解调模块的参数与调制模块的参数一一对应。

3.1仿真条件说明

为便于比较误码率，对于跳/扩频通信系统除调制模块外，其它模块均保持不变，即相同的信号源和扩频序列(同阶m序列)、相同的扩频增益(10倍)和跳速(600跳/s)等，从而保证系统的仿真条件一致。

3.2仿真结果与比较

3.2.1在扫频干扰环境下的比较

对跳/扩频系统在不同调制方式下抗扫频干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图5所示。从图5中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，并且在10 dB附近误码率迅速下降为0，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制;在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合;另外BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。

3.2.2在跟踪干扰环境下的比较

对跳/扩频系统在不同调制方式下抗跟踪干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图6所示。从图6中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制;在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合;BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。

3.2.3在扫频干扰和跟踪干扰环境下的比较

对跳/扩频系统在不同调制方式下抗扫频干扰和跟踪干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图7所示。从图7中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，并且在10 dB附近误码率迅速下降为0，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制;在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合;另外BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。

4结论

文章介绍了6种不同的数字调制方式特点，并对Simulink中信息调制模块的参数设置进行了说明，讨论了DS/FH混合扩频系统在不同调制方式的下分别对抗3种干扰情况，即存在扫频干扰、跟踪干扰以及2种干扰共存时的抗干扰能力。仿真发现，在其它参数一定的情况下，3种相移键控中的BPSK调制抗干扰性能最好，3种频移键控中的2FSK调制抗干扰性能最好，并且BPSK调制下的抗干扰性能要优于2FSK调制;另外单就BPSK而言，在3种干扰环境下，同时加入扫频干扰与跟踪干扰时的系统抗干扰性能最好，而对16PSK，MSK以及GMSK调制而言，3种干扰环境下的系统抗干扰性能总体变化不大。

参考文献：

[1]刘立林，胡世安，司兵.几种数字调制方式的仿真与分析[J].现代电子技术，2012，35(9)：95-98.

[2]席有猷，程乃平.直接序列扩频系统多音扫频干扰性能分析[J].电讯技术，2011，51(12)：9-12.

[3]闫云斌，全厚德，崔佩璋.GMSK跳频通信跟踪干扰性能分析[J].通信与网络，2012，38(5)：109-112.

[4]赵刚.扩频通信系统实用仿真技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[5]何秋生，郝建军，李辉，等.卫星导航系统中数字调制技术研究[J].电视技术，2006(11)：82-85.

[6]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2005.

[7]张钰磊，姜生瑞.QPSK中频全数字解调器的研究与FPGA实现[J].电子测试，2012，(11)：42-47.

[8]李逸.2FSK，MSK，GMSK调制性能的比较及其Matlab/simulink仿真[J].无线互联科技，2012，(8)：50-51.

[9]张扬，龚金忠.软件无线电中MSK调制技术的仿真研究[J].无线电工程，2013，43(2)：14 -15.

[10]张骞，邵宝杭.一种基于软件无线电思想的GMSK调制设计[J].电子设计工程，2012，20(19)：151-153.

[11]姚文华，秦开宇，李志强.软件无线电中MSK与GMSK信号分析与优化[J].现代电子技术，2009(23)：47-49.

(责任编辑张诚)

作者：章小梅　孙倩　危水根

2ASK调制通信系统论文 篇3：

基于声波的2ASK通信系统实验设计

摘 要 通信原理课程在电子信息工程专业作为专业基础课，占有很重要的地位。合理设计一些有趣的通信实验，不仅可以大大提高学生的学习兴趣，而且可以加深学生对基础通信知识的理解。在数字键控体制中，了解2ASK的调制与解调原理是关键。运用计算机，声卡、扬声器、麦克风等简单设备，设计基于声波的2ASK通信系统实验平台，并详细介绍实验设计方法和MATLAB仿真。该实验既可以满足教学要求，又可用于学生的简单的应用开发。

关键词 2ASK;通信原理课程;通信实验;MATLAB

Key words 2ASK; communication theory course; communication experiment; MATLAB

1 前言

电子信息工程专业的教学过程中，通信原理课程占有很重要的地位。因此，如何教好通信基础知识也就变得尤其重要。为了培养动手能力和应用能力强的电子信息专业优秀学生，设计合理而有趣的通信实验，不仅可以大大提高学生的学习兴趣，而且有助于学生生动地理解通信系统基础知识，进一步开阔他们的思维，提高动手能力和创新能力。

与模拟通信相比，数字通信有很多优点：由于数字信号的可能取值是可数的，也就是有限个，因此，产生的失真在允许范围内的时候，不影响接收端的最后判决;在数字通信系统中，可采用差错控制技术，从而提高整个系统的抗干扰能力;在数字通信系统中，可以采用数字加密技术，从而提高系统的保密度;在数字通信系统中，可以传输各种不同类型的消息，包括语音、文字、图形、图像等，而且便于存储和处理;数字通信设备和模拟通信设备相比，设计制造更加容易，体积小，重量轻;数字信号可通过信源编码进一步进行压缩，从而达到减小冗余度、提高信道利用率的目的。数字通信由于具有诸多优点，因此得到广泛应用[1]。

随着通信技术的发展，在广播、电视、电信等很多领域，模拟通信已经被数字通信所取代，数字通信设备随处可见。因此在通信原理课程中，数字通信教学是很关键的。

2ASK作为数字通信系统中最基本的键控方式，理解其调制解调原理是必须的。2ASK也是理解2PSK和2FSK等其他键控体制的基础。2ASK信号可以看作加上载波的2PSK信号，而2PSK信号可以看作抑制载波的2ASK信号。同样，2FSK信号也可以看成是两个不同载波频率的2ASK信号之和。因此，无论是分析2PSK或者是2FSK调制，都可以将信号分解成简单的2ASK信号进行分析和讨论[1-2]。由此决定设计合理的实验，进一步提高学生对整个2ASK通信系统结构的认识。

在无线信道中，通常用电磁波传输信号。从波的性质上看，电磁波和声波都是波，它们都具有反射、投射、衍射和绕射等性质。因此，为了方便，决定用声波代替电磁波。在无线通信中，通过发射天线发射电磁波信号，用接收天线接收从空间传播过来的电磁波信号。因为此系统用的是声波信号，扬声器可以替换发射天线达到发射信号的目的，而麦克风可以替换接收天线达到接收声波信号的目的。这样仿真更接近实际的通信系统。

在空氣中，声波是一种纵波，这时媒质质点的振动方向与声波的传播方向一致。与之对应，将其点振动方向与声波传播方向相互垂直的波称为横波。在固体和液体中既可能存在纵波，也可能存在横波。媒质中的振动递次由声源向外传播。这种传播是需要时间的，即传播的速度是有限的。这种振动状态在媒质中的传播速度称为声速，记为c，单位为米/秒(m/s)。在空气中，c=331.45+0.61t(m/s)其中，t是空气的温度(℃)。可见，声速c随温度会有一些变化，但是一般情况下，这个变化不大，实际计算时常取c为340米/秒。

2 操作原理

通信系统的结构如图1所示。在发送端，计算机负责产生信源信号，并对其信号进行调制;扬声器替代发送天线，负责信号的发送。在接收端，麦克风负责声波信号的接收，并将信号送入计算机的声卡进行模数变换;计算机负责信号的采集、解调和分析等信号处理部分。

下面详细介绍信号的调制和解调。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，实现这种调制的方法有相乘法和开关法两种[1-2]。在此实验中采用相乘法。相乘法是通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号。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，其电路如图2所示。在该电路中，载波信号和二进制数字信号同时输入相乘器中完成调制。

S2ASK(t)=A(t)cos(2πfct) (1)

式(1)表示已调2ASK信号。在式(1)中，A(t)代表基带信号;cos(2πfct)代表载波信号，是已调2ASK信号。已调2ASK信号通过计算机的声卡送入图1所示扬声器，扬声器用来将已调声波信号发射到空间。在接收端，图1所示麦克风负责接收声波已调2ASK信号，并将信号送入计算机的声卡进行模数变换。在接收端，信号解调采用图3所示相干解调。因为此实验中只采用单一频率的载波信号进行调制，不存在多路复用，所以接收端的带通滤波器可加也可不加。在接收端为了方便理解原理，考虑理想情况，发送信号和接收信号一样是S2ASK(t)。那么如图3所示，相乘电路的输出是S2ASK(t)和相干载波cos(2πfct)的乘积：

x(t)=S2ASK(t)cos(2πfct) (2)

式(2)中，x(t)表示相乘电路的输出。将式(1)中S2ASK(t)带入式(2)可得：

通过低通滤波器，可滤除高频分量，再放大2倍就可以获得基带信号A(t)。最后可通过抽样判决恢复信源信号。

实验设备如表1所示，声卡采用M-Audio 1010t，频率响应为22 Hz～40 kHz;麦克风采用Takstar E-340，灵敏度为-54 dB±3 dB，频率响应为80 Hz～15 kHz;扬声器采用Takstar E180M，频率响应是80 Hz～12 kHz，最大输出频率为12 W。

3 实验过程

美国MathWorks公司于1967年推出矩阵实验室Matrix Laboratory(缩写为MATLAB)，这就是MATLAB最早的雏形。MATLAB是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB已经经受多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具，成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题[3]。在此实验中利用MATLAB进行编程，可锻炼学生的编程计算能力。

下面详细介绍实验部分。在实际通信中，因发送端的信源信号带有不确定性，可以看作随机信号。因此，先利用计算机产生图4所示随机的二进制信号，然后对每一个二进制码进行展宽，使得每一个二进制码元具有图5所示的0.5秒的码元持续时间。这里取码元宽度为0.5秒，是为了观察波形的方便，更好地理解此实验的实验过程。当然这个间隔可以取的更小，再将相应参数改一下，可以达到更高的码元传输速率。然后将已展宽的二进制信号和图6所示的频率为1000 Hz的载波信号相乘，产生图7所示2ASK已调信号。

在一般的通信系统中，除了载波同步和位同步外，还需要更高层次的同步，统称为群同步。载波同步在此实验中较容易实现，因为发射端采用的载波频率是1000 Hz，因此在接收端也可使用同频同相的载波信号。群同步的功能是将接收的码元分组，以构成有意义的消息。此外，在有多个用户的通信网内，还有使网内各点之间保持同步的网同步问题。因为此实验中只有单一用户，所以不需要网同步。

因为信号在信道传播过程中会产生一定的时延，而这种时延几乎是随着通信距离随机变化的，所以在接收端为了准确找到信号的起始时刻，需要进行相应的时间同步。为了进行同步，可以在信号的前端插入相关性很好的chirp信号[4-5]。下面介绍chirp信号的产生方法和同步原理。

首先，利用计算机MATLAB编程环境，产生如下线性调频信号(chirp信号)：

p(t)=Asin(2πf0t+πkt2) (4)

选择线性调频波是因为它具有非常好的相关特性。式(4)中A是信号振幅，f0是最低频率，k是频率增加率，t是时间。

为了更好地理解，给出图8所示chirp信号的波形。从图8中可以看到，chirp信號的瞬时频率随着时间线性变化。可以选择1000～4000 Hz的频率变化区域，然后将此chirp信号插入2ASK信号的前端，这样发送端的信号产生部分就结束了。可以将已插入同步信号的已调2ASK信号描述为S(t)。将插入同步信号的已调2ASK信号通过声卡送入扬声器，此时可以从扬声器听到声波信号。下面介绍接收端的操作过程。

麦克风负责将接收信号送入计算机的声卡。声卡对接收的模拟信号进行模/数(A/D)变换之后存入计算机。然后对接收数据s′(t)和chirp信号p(t)求式(5)所示相关运算：

最终，通过计算机对接收信号和发射信号进行相关运算，可获得尖脉冲信号。图9给出chirp信号的自相关波形，可看到波形是个尖脉冲。从尖脉冲最大值出现的位置可以获得信号的延迟时间，从而从延迟时间可计算出信号的头部。然后从信号中除去同步信号长度的部分之后，留下的就是带有信息的信号部分。再将此部分和同步载波相乘，通过低通滤波器之后可以得到基带信号。最后的部分是判决部分，在此部分对接收到的采样数据进行归一化。然后，码元间隔内的所有采样数据求平均之后，如果大于门限0.5，则此码元间隔判决为1，否则判决为0。

图10给出解调后的信号波形。最终，通过比较图5所示发送端的基带信号和图10所示接收端的基带信号，就可知道信号的传送是成功的。

4 结语

本文通过计算机、扬声器、麦克风等简单设备，利用相关计算方法，设计出易操作的2ASK声波通信实验。因设备简单、便宜，此实验的设计成本较低。详细介绍2ASK通信系统的调制和解调过程，并进一步介绍实验设计方法和同步过程。学生可以通过动手实验，理解2ASK通信原理。本文设计的2ASK声波通信系统，既可以满足教学要求，又可用于简单的工程研究，具有一定的实用价值。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]王兴亮.数字通信原理与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[3]陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4]承德宝.雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2008.

[5]姜义成.无线电定位原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者：吾米提·尤努斯 汪烈军