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1、目 录1 技术要求 . 12 基本原理 . 12.1 原理介绍 . 12.2 方案设计 . 22.2.1调制方法 . 22.2.2 解调方法 . 33 建立模型描述 . 43.1 载波频率的确定 . 43.2 数据的传输 . 53.3 解调输出 . 54 模块功能分析 . 64.1 2FSK信号的产生 . 64.2 高斯白噪声的加入 . 74.3 经过带通滤波器 . 84.4 信号的整流 . 84.5 信号经过低通滤波器 . 94.6 两路信号相加 . 94.7 信号经过抽样判决器 . 94.8 信号经过通信系统的比较. 94.9 误码率 . 104.10 整体电路图 . 105 调试过程及结
2、论 . 115.1 调试过程 . 115.2 调试结论 . 116 心得体会 . 127 参考文献 . 13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书1 2FSK通信系统设计1 技术要求运用通讯原理中所学的知识通过计算机，Matlab 或 SystemView 仿真软件设计一个2FSK 数字调制系统，要求：（1）设计出 2FSK 通信系统的结构；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参
3、数（例如码速率，滤波器的截止频率等） ；（3）用 Matlab 或 SystemView 实现该数字通信系统；（4）观察仿真并进行波形分析；（5）系统的性能评价。2 基本原理2.1 原理介绍数字频率调制又称频移键控(Frequency Shift Keying)，二进制频键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“ 1”对应于载频 f1，而符号“ 0 对于载频 f2 的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的2FSK 键控法 则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、
4、稳定度高且易于实现，应用广泛。在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1 和 f2 两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK 信号） 。其表达是为212cos()=cos()FSKnnAw tetAw t发送1 时( )发送0 时典型波形图 1 所示，由图可见， 2FSK 信号的波形可以分解两路不同载频的2ASK 信号的叠加。因此 2FSK 信号的时域表达式又可以写成21122= ( )cos()( )cos()FSKnnets tw ts tw t( )式中： S1（t）和 S2（t）均为单极性脉冲序列，且当S1（t）为正电脉冲时， S2（t）为零名师资料总结 -
5、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书2 电平，反之亦然；n和n分别是第 n 个信号码元（ 1或 0）的初始相位。在移频键控中，n和n不携带信号，通常可令n和n均为零。因此， 2FSK 信号的表达式可简化为21122= ( )cos( )cosFSKets tw ts tw t( )图 1 2FSK 信号的时间波形在 MATLAB软件中进行仿真时，二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制
6、振幅键控信号的叠加，然后在MATLAB 中产生高斯白噪声，一个是WGN，另一个是AWGN。WGN 用于产生高斯白噪声， AWGN 则用于在某一信号中加入高斯白噪声。高斯白噪声，是指噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。这里值得注意的是，高斯型白噪声同时涉及到噪声的两个不同方面，即概率密度函数的正态分布性和功率谱密度函数均匀性，二者缺一不可。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行非相干解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号，并与原信号进行对比统计。2.2 方案设计2.2.1 调制方法2FSK 信号的产生
7、有两种方法，一种是模拟调频电路实现，而另一种就是数字键控法来实现。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书3 图 2 2FSK 调制模拟相乘法原理框图开关电路1开关电路2载波1调制输出载波2图 3 2FSK 调制数字键控法原理框图这两种方法产生 2FSK 信号的差异在于：由调频法产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，这是一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（CPFS
8、K） ；而键控法产生的 2FSK 信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。鉴于数字键控法原理简单，易于理解且易于实现，所以我在实验时选择的是数字键控调制法。2.2.2 解调方法2FSK 的解调方法是采用非相干解调（包络检波） 和相干解调。 其原理是将 2FSK 信号分解为上下两路 2ASK 信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小。可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率1f，则接收时上支路的样值较大， 应判“1” ；反之则判为“0” 。载波 1 反相器载波 2 乘法器乘法器
9、基带信号相加器2FSKet( )名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书4 2 FSKet( )定时脉冲输出图 4 2FSK 非相干解调图 5 2FSK相干解调单稳 1单稳 2相加LPF电压判决抽样判决单稳输出 2调制输入过零检测滤波输出判压输出解调输出图 6 2FSK 解调解调过零检测法3 建立模型描述3.1 载波频率的确定使用键控法产生 2FSK信号，即由电子开关在两个独立的频
10、率源之间转换形成，带通滤波器1w包络检波器抽样判决器包络检波器带通滤波器2w名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书5 开关电路1开关电路2载波1调制输出载波2图 7 频率源的转化3.2 数据的传输在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1 和 f2 两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK 信号） 。二进制移频键控信号的时间波形如下图所示。图 8 2F
11、SK 对应信号波形3.3 解调输出本设计使用相干解调。其解调原理是将2FSK 信号分解为上下两路2ASK 信号分别进行解调，然后进行判决。抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“ 1” ；反之则判为“ 0” 。这里我选择的是包络检波法来实现2FSK 信号的解调，具体原理图如图4。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - -
12、武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书6 4 模块功能分析4.1 2FSK 信号的产生图 9 数字键控法图 10 模拟调频法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书7 图 11 信号产生波形4.2 高斯白噪声的加入图 12 加入高斯白噪声电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
13、 - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书8 图 13 高斯白噪声的加入波形对比4.3 经过带通滤波器图 14 经过带通滤波器后的波形4.4 信号的整流图 15 信号整流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书9 4.5 信号经过低通滤波器图 16 经过低通滤波器4.6 两路信号相加图 17 相加后的信号4.7
14、 信号经过抽样判决器图 18 处理后的波形经过抽样判决器4.8 信号经过通信系统的比较图 19 基带信号和解调输出名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书10 4.9 误码率图 20 误码率由误码率测量模块可以测得本系统的误码率仅为0.027，基本上满足了实验要求。4.10 整体电路图图 21 整体电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
15、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书11 图 22 二号方案原理图一号方案采用的是键控法加包络检波法完成本次试验，二号方案采用的是模拟调频法加相干解调法来完成设计的。5 调试过程及结论5.1 调试过程调试一直都比较的不顺利， 运用 matlab 的时候发现好多的东西都忘光了，所有的东西都没有一个应有的概念这就导致，每一个步骤都是需要自己摸索着查阅资料，并且尝试着一点一点的来包括找相应的模块，加入高斯白噪声模块，都是从网上搜索后，一步步找到原器件的。在
16、开始加入测误码率模块运行后会提示错误，在网上搜索了很久后才知道这个模块工作条件是要输入离散信号，必须在接入时通过零阶保持器模块，这才完成了本次实验的设计。5.2 调试结论运行程序后，按照事先想要显示的波形，出现2 个波形框，分别对应着系统在各方面完成的步骤，我对课本上数字通信传输系统特别是二进制频移键控（2FSK）有了重新的认识。对 2FSK 调制数字基带信号加深了理解。对于使用键控法产生2FSK 信号、添加高斯名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页
17、- - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书12 白噪声、使用相干和非相干解调、抽样判决等，我比较系统地认识了数字通信传输系统。本课程设计使用 Simulink 仿真，通过画原理框图，加深了我对每一步进行的理解，明白了每一步都是怎么来的。通过使用Simulink 仿真环境，我可以直观地放置相应的模块，搭建通信系统，并能够动态的显示仿真结果，使学习设计不再枯燥。6 心得体会每一次的课程设计都是一次知识与生活的相结合，平时总感觉所学的和生活很遥远，慢慢的发现所学习的一部分慢慢和生活重叠了，原来生活中的一些组成就是由我们所学的一点一点的小方面逐渐拼合起来的。这次的课设主
18、要是通过软件的模拟仿真，比自己通过元件制作出一个系统出来要简单很多，排除了很多多余的干扰。不用担心原理正确了，连线反而失败了的事实。大三的课程设计相比第一次就显得比较轻松和有方向了，对于方案的设计和相关准备的查找，都显得比较轻松，明确的知道自己所需要的是什么，最开始只知道凡事寻求网络的帮助，但是网络虽然便捷但是重复的知识太过繁多很多资料都是被各个网站反复引用，想从多个方面更多的了解一下这个功能模块，却只能从众多雷同的资料中一点点搜集有用的材料。在反复比较询问同学后有时才能有一个直观的认识，想设计一个系统需要采用什么样的函数，以及这个设计方案中有哪些常用的波形可以满足它的要求，并从中选择合适的实
19、施方案。在实验中知识是一环扣一环的，平常学习中所忽略的每一个细节在这里都有可能是你造成失误的原因。包括实验设计的方案实施其实就是日常所学知识的一个储备，储备的越多实验方案就会越完善，经过实验的动手操作，会对实验中所涉及的知识原理有更深一步的了解和体会，而且在设计中，只要方案可行，就只管大胆尝试，虽然与一些最简洁的方法没什么可比性，但这就是一次自己思考创新的设计，自己可以更好地通过实践来了解利弊。在动手实验前一定要有一个清晰地正确的实验方案，包括详细到每一个器件的参数，为什么这个器件在这里可以而别的就不行，不能只是一个大体的参数，实践中容不得半点马虎，一旦前期工作没有准备好，在后期的动手实践中就
20、要耗费相应的时间来补齐。以前很多模凌两可的问题在这次实践中都有了一个满意的答案，你弄不懂紧接着的实验就没法顺利完成，增添了很大难度，以前不敢多问问题到实验中的想着多问点问题，我想我有了一些进步。同学之间的分享精神也感染着我。以后我肯定还会遇到类似的实践，我会珍惜名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书13 每一次锻炼的机会。老师曾经说过你要是每一次的课程设计都是自己踏踏实实完成的
21、，每一个步骤，每一个环节，每一个疑问，那么你毕业后绝对能找到一份不错的工作，之前联想上学期的课设还在心中觉得不太现实，这次的课设做下来，觉得老师所言不虚，此次的课设是对之前所学知识的一次高度的总结概括，每个方面都有涉及到，你不会还真就做不出来，你没有一个好的方法，就要花比别人多得多的时间。谢谢老师的指导和严格的要求，我会更加严格的要求自己的，严谨的对待今后的每一次课设。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。要想完成一项作品，并不是想的那样简单，做起来总是会遇到问题的，这时就需要要解决问题的能力和坚持不懈的决心。通过本次试验，我收获了很多，对通信原理这门课所学的知识有了更好的理解。书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。7 参考文献1 通信原理 / 樊昌信 曹丽娜北京：国防工业出版社.2007. 2 电子信息技术实践教程 / 吴薇 范莉莉 陶珺北京：清华大学出版社.2016. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -