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1、精选优质文档-倾情为你奉上 摘要本课设设计主要是为了研究2FSK数字调制系统的设计，并通过MATLAB软件来实现对2FSK调制系统的仿真。数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。本设计分别通过构建载波，调制，解调，加噪等模块完成课程设计。2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。2FSK的解调方式有两种：相干解调方式和非相干解调方式，本次课程设计采用的是相干解调方式。关键字：2FSK 调制 解调 目录 总结3专心-专注-专业 一目的及意义 本课程设计主要研究2FSK数字调制系统的设计和仿真。通过完成本课题的设计，拟达到以下目的： 1.学习使用
2、计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论，基本算法进行实际验证。 2.学习通信系统仿真软件MATLAB7.0的基本使用方法，学会使用这些元件解决实际系统出现的问题； 3.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。 4.用MATLAB7.0设计一种2FSK调制解调系统。通过该课题的设计与仿真，可以提高学生综合应用所学基础知识的能力和计算机编程的能力，为今后的学习和工作积累经验。 二设计原理2.1 2FSK介绍 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率
3、。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。其表达式为： （1）典型波形如下图所示。由图可见,2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成： （2）式中，假设码元的初始相位分别为和；和为两个不同的码元的角频率；幅度为A为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK信号的产生方法有两种：模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。键控法，用数字基带信号及其反相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本
4、相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 图1 原理框图2.2 2FSK调制2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择。 图2 调制原理框图2.3 2FSK解调2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式。 非相干解调经过调制后的2FSK数字信号通过两个
5、频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示： 图3非相干解调原理图 相干解调根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，相干解调先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。其原理如下： 图4 相干解调原理框图此次课设设计采用的是相干解调。 三详细设计步骤3.1信号产生1)根据MATLAB 函数rand(1,10
6、)生成10个二进制随机数，即基波调制信号a,然后进行抽样，使用MATLAB软件进行仿真，得出调制信号的波形图。2)定义两列频率分别为f1=10hz,f2=5hz的余弦波tuf1和tuf2 ；并使用MATLAB画出两个余弦波形。3.2信号调制1)用二进制序列a分别去调制f1和f2，产生2FSK信号，即是用以a生成的g1a方波信号直接与tuf1相乘，用a取反后的方波g2a与tuf2相乘，再将两列信号相加，即得到2FSK信号，使用MATLAB仿真出调制信号波形。2)调用matlab 库函数randn(1,t1)产生高斯噪声no，并与2FSK信号相加得到加入噪声后的sn信号。并仿真出调制信号以及加高斯
7、白噪声后的信号波形。3.3信号解调1)将加噪后的信号分别通过两个中心频率为f1和f2的带通滤波器H1和H2。仿真出经过带通滤波器后的两个波形。2)对这两列波形分别进行相干解调乘以与他们同频同相的余弦波tuf1和tff2，仿真出两个波形。3)让这两列波形再通过低通滤波器sw1和sw2得到滤出的调制信号，这两列基带调制波形g1a和g2a.仿真出其波形。4)最后将两列波g1a和g2a通过抽样判决器，会付出基带信号，与调制信号一样。仿真出其波形st，并与之前调制后的波形sn做对比。5)实现解调。3.4信号频谱产生将调制信号，载波信号和已调信号的函数进行傅里叶变化，分别仿真出它们的频谱图。 四设计结果及
8、分析4.1信号产生 图5 两个频率不同的载波波形图 分析：第一幅图显示了此时产生的二进制序列是，第二和第三幅图片是频率为20Hz的载波tuf1和频率为100Hz的载波tuf2的波形。4.2信号调制 图6 调制信号波形图以及加噪后的波形图 分析：由于产生的随即序列是，对比上面的波形图可以看出，波形较疏的是tuf1，波形较密的是tuf2，上图呈现的序列是：，与调制波相符。4.3 信号解调 1） 图7 载波经过带通滤波器后的波形图 分析：经过带通滤波器之后滤出了频率为f1和f2的载波。 2） 图8 信号经过相乘器后的波形 分析：这是两列信号经过相干解调乘以同频同相的载波之后得到的波形。3） 图9 信
9、号通过低通滤波器后的波形图 分析：经过低通滤波器之后，调制信号被滤出来了，第一幅为tuf1，滤波后的序列为：，与之前的调制信号相同。第二幅图为：，与调制信号相反，这是因为在程序中队调制信号取反之后才和tuf2相乘的。4） 图10 已调信号经过判决后的波形和原始波形图 分析：经过抽样判决之后，恢复出来的基带信号是：，与调制信号一样，从原始波形也可以看出，解调后的波形与调制信号相同。2FSK调制解调实现。5) 图11 调制信号a频谱图 分析：经过MATLAB语言产生从1到10的随机序列的调制信号，经过傅里叶变换生成 ，调制信号的频谱图。6） 图12 载波的频谱图 分析：将载波1信号进行傅里叶变换，
10、生成载波1的频谱图。7） 图13 载波的频谱图分析：将载波2信号进行傅里叶变换，生成载波2的频谱图。8） 图14 已调信号的频谱图 分析：已调信号进行傅里叶变化，生成已调信号的频谱图。9） 图15 2FSK信噪比误码率关系图 分析：在不同的信噪比情况下，在2FSK中误码率与信噪比的关系。 总结通过这次课程设计，自己收获了很多新的知识；首先让自己结识了MATLAB这个软件。它不仅能做数学上的计算、画图，还内置了很多强大的算法和一些集成的工具，如：FFT，fir，hamming等等。而我们在使用MATLAB时只需要调用简单的函数命令就可以实现很多功能，用MATLAB可以大大简化很多运算，同时我们可
11、以将书上的理论知识用MATLAB去仿真和实现。如果让自己去实现这些功能，就很难想象了。同时，这次课程设计让我对很多理论知识有了更深的了解，如：怎么用基带信号去调制载波，怎么将书上的理论图变成程序，怎样产生频谱图，以及认识到误码率和信噪比的关系，以及如何设计出系统等等。在做这次课程设计的时候，为花了很多时间去查阅MATLAB的相关知识，他的指令集，他的函数库等等，以后做其他东西的时候也可以用MATLAB来做。 在此次的课程设计中我最大的体会就是进一步认识到了理论联系实践的重要性。 一份耕耘一分收获。通过连续几周的上机实践，让我明白科学的思维方法和学习方法是多么重要，只有这样才能够让自己工作更完美
12、。 总而言之，在此次课程设计让我学到了好多平时在课堂上学不到得东西，增加了 我的知识运用能力，为我走向社会奠定了一个好的基础。 通过对MATLAB这个软件的学习，使我对通信原理又有了进一步的认识。在以往的 学习中我多是注重理论知识没注重实践，这次实践使我对课本知识有了新的理解。 参考文献1 李建新.现代通信系统分析与仿真MATLAB 通信工具箱.西安：西安电子科技大学出版社，2000.2 樊昌信.通信原理.北京：国防工业出版社.3 刘敏.MATLAB通信仿真与应用.北京：国防工业出版社4 曹志刚等. 现代通信原理. 北京：清华大学出版社2001.5 5 吴伟陵等著.移动通信原理.北京：电子工业
13、出版社.2005. 附件fs=2000; %抽样频率dt=1/fs;f1=10; %定义两列载波的频率f2=5;a=round(rand(1,10); %产生二进制随机序列g1=a;g2=a; % 信号反转，和g1反向g11=(ones(1,2000)*g1; %抽样g1a=g11(:); g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1=length(t);tuf1=cos(2*pi*f1.*t) %频率为20Hz的载波tuf1tuf2=cos(2*pi*f2.*t) %频率为10Hz的载波tuf2 subplot(311) %把屏幕分成3个窗口
14、，取第一个n=0:9;x=square(1,50); %产生方波stem(0:9,a*x); %以0:9为x轴，a*x为y轴grid;xlabel(二进制随机序列)ylabel(幅度) subplot(312);plot(t,tuf1); %二维曲线画图title(频率为f1的余弦波)ylabel(幅度) subplot(313);plot(t,tuf2);title(频率为f2的余弦波)ylabel(幅度) figure(2)FSK1=g1a.*tuf1; %经过相乘器进行相乘运算FSK2=g2a.*tuf2; %经过相乘器进行相乘运算FSK=FSK1+FSK2; %生成2fskno=0.0
15、1*randn(1,t1);%噪声sn=FSK+no; %加噪subplot(211);plot(t,FSK);title(2FSK波形)ylabel(幅度) subplot(212);plot(t,sn);title(加入高斯噪声后的2FSK波形)ylabel(幅度的大小)xlabel(t) figure(3) %FSK解调b1=fir1(101,10/800 20/800);b2=fir1(101,20/800 50/800); %设置带宽参数H1=filter(b1,1,sn); %b1为分子，1为分母，sn为滤波器输入序列H2=filter(b2,1,sn); %噪声信号同时通过两个滤
16、波器subplot(211);plot(t,H1); title(经过带通滤波器H1后的波形) %画出经过H1滤波器后的波形ylabel(幅度);subplot(212);plot(t,H2); %画出经过滤波器二后的波形title(经过带通滤波器H2后的波形) ylabel(幅度)xlabel(t)sw1=H1.*H1; %相干解调乘以同频同相的载波sw2=H2.*H2;%经过相乘器 figure(4)subplot(211);plot(t,sw1);title(经过相乘器h1后的波形) %画出乘以同频同相载波后的波形ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,sw2);ti
17、tle(经过相乘器h2后的波形)ylabel(.幅度)xlabel(t)bn=fir1(101,2/800 10/800); %经过低通滤波器 figure(5)st1=filter(bn,1,sw1); %b1为分子，1为分母，sw1为滤波器输入序列st2=filter(bn,1,sw2); %b1为分子，1为分母，sw2为滤波器输入序列subplot(211);plot(t,st1);title(经过低通滤波器sw1后的波形) %经过低通滤波器，滤出频率ylabel(幅度) %为f1,f2的基带调制信号波形subplot(212);plot(t,st2);title(经过低通滤波器sw2后
18、的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)%判决for i=1:length(t) if(st1(i)=st2(i) st(i)=0; else st(i)=st2(i); end end figure(6)st=st1+st2;subplot(211);plot(t,st);title(经过抽样判决器后的波形) %画出经过抽样判决的波形 ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,sn);title(原始的波形)ylabel(幅度)xlabel(t) figure(7)y1=fftshift(a);%对调制信号进行傅里叶变换plot(abs(fft(y1); grid;t
19、itle(调制信号的频谱图);ylabel(幅度)xlabel(f)axis(0,125,1,5);figure(8)y2=fftshift(tuf1);%对载波信号进行傅里叶变换plot(abs(fft(y2);grid;title(载波1的频谱图);ylabel(幅度)xlabel(f)axis(0,1000,0,0.);%横坐标的范围是（0,1000），纵坐标是（0，0.）figure(9)y3=fftshift(tuf2);%让tuf2正半轴部分和负半轴部分的图像分别关于各自的中心对称plot(abs(fft(y3);grid;title(载波2的频谱图);ylabel(幅度)xlab
20、el(f)axis(500,1500,0,0.);figure(10)y4=fftshift(st);%对已调信号进行傅里叶变换plot(abs(fft(y4);grid;title(已调信号的频谱图);ylabel(幅度)xlabel(f)axis(0,1000,0,1000); snrdB_min=-10; snrdB_max=10; snrdB=snrdB_min:1:snrdB_max; Nsymbols=200; snr=10.(snrdB/10); h=waitbar(0,SNR Iteration); len_snr=length(snrdB); for j=1:len_snr
21、waitbar(j/len_snr); sigma=sqrt(1/(2*snr(j); error_count=0; for k=1:Nsymbols d=round(rand(1); %随即数据 x_d=2*d-1; %0，1 分别转化为-1，1 n_d=sigma*randn(1); %加噪 y_d=x_d+n_d; %加噪后接收 if y_d0 d_est=1; else d_est=0; endif(d_est=d) error_count=error_count+1; end end errors(j)=error_count; end ber_sim=errors/Nsymbols; ber_theor=(erfc(sqrt(snr).*(1-0.5*erfc(sqrt(snr); figure(11); semilogy(snrdB,ber_theor,-,snrdB,ber_sim,*); axis(snrdB_min snrdB_max 0.0001 1); xlabel(信噪比); ylabel(误码率); title(2FSK 信噪比误码率关系图); legend(理论值,实际值)