通信2FSK课程设计

1、二一一二一二学年第二学期电子技术学院电子信息工程课程设计报告书课程名称： 通信原理课程设计 班 级： 电信（db）0904班 学 号： 200912135164 姓 名： 杨 航 指导教师： 徐 望 明 二一二 年 六 月 目 录目 录1摘 要 21引言31.1 课程设计的目的31.2 课程设计的基本任务和要求31.3 设计平台42设计原理52.1 simulink工作环境5（1）模型库5（2）设计仿真模型5（3）运行仿真62.2 2fsk的调制与解调6（1）2fsk的调制原理6（2）2fsk的解调原理83 设计步骤103.1 2fsk信号调制10（1）2fsk的调制部分10（2）2fsk的调

2、制部分参数设置11（3）2fsk的调制部分仿真以及功率谱分析123.2 2fsk信号解调14（1）2fsk的解调部分14（2）2fsk的调制部分参数设置14（3）2fsk的解调部分仿真以及功率谱分析164出现的问题及解决方法215 结束语22参考文献23 摘 要simulink是mathworks公司推出的基于matlab平台的著名仿真环境simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。本文主要是以simulink为基础平台，对2fsk信号的仿真。本文的主要目的是对sim

3、ulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。本课程设计主要运用matlab集成环境下的simulink仿真平台设计进行2fsk调制与非相干解调系统仿真。在本次课程设计中先根据2fsk调制与解调原理构建调制解调电路，从simulink工具箱中找所各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，之后加入高斯，并分析对信号的影响，最后通过对输出波形和功率谱的分析得出2fsk调制解调系统仿真是否成功。1引言本次课程设计主要运用matlab软件，在simulink平台下建立仿真模型。实现模拟基带信号经2fsk调制与非相干解调的传输过程，通过分析比较调制解调输出波形以及功率谱特

4、征，理解2fsk调制原理。在分别加入高斯噪声，观察对波形的影响，并对其进行分析总结。1、课程设计目的： 通过课程设计，巩固对课堂上基本理论知识的理解，加强理论联系实际，增强动手能力和通信系统仿真的技能 2、课程设计内容及要求：1）设计任务：设计一种数字调制系统（2fsk, 2psk, 2ask） 2） 设计基本要求：（1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）观察仿真结果并进行波形分析（眼图，）；（4）分析影响系统性能的因素。3）实施要求 具体要求如下： 使

5、用matlab/simulink进行仿真a) 完成2fsk 、2psk或 qpsk中任何一种调制和解调系统。传输信道模型选用下面三种之一：awgn channel、rayleigh fading propagation channel和 binary symmetric channel；b) 分析已调信号的功率谱密度；c) 分析信道噪声对误码率的影响。2设计原理2.1 simulink工作环境（1）模型库在matlab命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入simulink模型库单击工具栏上的 按钮也可进入simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：continuous（连续模块）

6、discrete（离散模块）function&tables（函数和平台模块）math（数学模块）nonlinear（非线性模块）signals&systems（信号和系统模块）sinks（接收器模块）sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构simulink子模型库中包含了continous、discontinus等下一级模型库continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。图2-1 simulink工具箱（2）设计仿真模型在matlab

7、子窗口或simulink模型库的菜单栏依次选择“file” | “new” | “model”，即可生成空白仿真模型窗口图2-2 新建仿真模型窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择simulation | start 或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式。2.2 2fsk的调制与解调（1）2fsk的调制原理在二进制频移键控（2fsk）中，当传送

8、“1”码时对应于载波频率，传送“0”码时对应于载波频率。其中，为频率为的载波的初始相位，为频率为的载波的初始相位。令为的反码，即则有:当时，;当时，。则2fsk信号可表示为:其中，我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列，其表达式为:由式上式可知，相位不连续的2fsk信号可以看成是两个2ask调幅信号之和。二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现. 图 2-3 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元ts期间输出f1或f2两个载波之一.。图 2 3 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

9、图 2- 4 二进制移频键控信号的时间波形从图中可以看出b是a的反码即若a=1,则b=0, 若a=0,则b=1;c为载波f1，d为载波f2，g为2fsk的调制出的信号。（2）2fsk的解调原理经过调制后的2fsk数字信号通过两个频率不同的带通滤波器w1、w2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。本设计要求非相干解调，其原理图如下图所示：图 2 5 二进制移频键控信号解调器原理图图 2 6 2fsk非相干解调时间波形图3 设计步骤3.1 2fsk信号调制（1）2fsk的调制

10、部分打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将2fsk信号调至所需要的模块拖入空白模型中，也可点击鼠标左键单击“add to untitled”。pulse generator模块为正弦基带信号模块，sine wave1，sine wave2为频率为f1和f2载波模块，product为乘法器模块，scope为示波器模块，not为反相器模块，power spectral是功率谱模块。2fsk信号是由频率分别为sine wave1和sine wave2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中sine wave1和sine wave2是两个

11、频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号。调制模型图如下图所示：图 3 1 2fsk信号调制部分的simulink模型方框图（2）2fsk的调制部分参数设置 图 3 2 载波sin wave1的参数设置其中f1幅度为2；频率3hz；采样时间为0.002的信号。图 3 3 载波sin wave2的参数设置其中f1幅度为2；频率2hz；采样时间为0.002的信号。本信号源s(t)序列是用随机的0 1信号产生，在此为了方便仿真就选择了基于采样的pulse generator信号模块其参数设置如下：图 3-4 基带信号pulse generator信号模块参数设置其中方波是幅度为1，周期为3，占

12、1比为1/3的基于采样的信号。（3）2fsk的调制部分仿真以及功率谱分析经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如下：其中第1段图形为载波f1的波形图；第2段位信号源的波形图；第3段为载波f2的波形图；第4段为f1和f2的调制波形。调制后频谱分析如下图：图 3-6 基带信号频谱分析由图可知基带信号在由载波f1和f2作用下频率发生了变化，相位发生位移，波形表现为基带与载波f1的乘积与基带与载波f2的乘积得和。（1）2fsk的解调部分analog filter design模块为带通滤波器，abs模块为绝对值，其作用等同于保罗检测器，scope模块为示波器，subtract模块对

13、信号进行加法或减法运算，power spectral模块是功率谱，zero order hold模块的功能为零阶保持模块，quantizing encoder为量化编码器模块，zero order hold和quantizing encoder的作用等同于在定时脉冲下的抽样判决器。解调模型图如下图所示：（2）2fsk的调制部分参数设置在带通滤波器的参数设置中，由于载波f1和f2的频率分别为3hz和2hz，基带信号的采样时间为1，所以其频率为1hz，1hz等于2*pi，又因为2fsk的带通滤波器取值就是载波频率加减基带信号的频率，则带通滤波器的取值范围是4*pi到8*pi，带通滤波器1的取值范围

14、是2*pi到6*pi。图 3-9带通滤波器参数设置图 3-10带通滤波器1参数设置图 3-11 零阶保持模块的参数设置 其中零阶保持模块的采样时间设置必须与基带信号的采样时间保持一致。（3）2fsk的解调部分仿真以及功率谱分析第3段是载波f1经过解调的波形图；第5段是载波f1和f2经过解调的波形图；第1段是解调出现的波形图，在01时间段出现延时，其他时间段与原基带信号图3-5第2段一致，符合实验要求。第4段是载波f2解调的波形图。解调后频谱分析如下图：4出现的问题及解决方法在本次课程设计运用了matlab软件下simulink建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和在

15、老师和同学的帮助下总算得以解决，总结分析分析如下：（1）运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大，可以点击scope菜单栏的或者点击鼠标右键，选择autoscale即可出现清晰波形。（2）若出现波形很差，可以把修正因子（默认为1）加大，具体步骤为选择模型菜单中的“simulink|configuration parameters|data import/export”修改decimation中数据（默认为1），可加大为50或100。（3）调制模块中，如调制结果不明显，可以加大载波频率，一般来说载波频率要比基带频率大得多。（4）若波形出错，可以把滤波器级数(默认为8)适当减小，使滤波器精确度变小，允许误差变大，便于波形的输出。（5）在选择带通滤波器的参数时候要严格按照需要的频率范围取值，通过计算载波和基带信号的频率可以得出该频率范围取值。 （6）在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需要的信号。5 结束语不同于在教室里上的理论，这次的课程设计需要将我们平时所学习的知识运用到实践之中，将知识学以致用。 因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温2fsk的调制与解调等知识，更加熟悉了matlab里