通信原理2FSK课程设计

1、实用文档课程设计万原理课程设计报告级: 名: 号:指导教师:电子与信息工程学院信息与通信工程系* : 2FSK调制与解调目录引 言 31软件介绍 41.1 Matlab 介绍 41.2 Simulink 介绍 42 2FSK的调制与解调 52.1 2FSK的调制原理 52.2 2FSK的解调原理 63仿真系统模型的设计 73.1 仿真思路 73.2 程序和仿真结果 73.3 Simulink 仿真模型图 103.4 结果分析 133.4.1 Matlab 仿真结果分析 133.4.2 simulink仿真结果分析 14结论 15参考文献 16附录A MATLAB仿真程序 17通信原理课程设计引

2、 言移频键控FSK是数据传输中最常用白一种调制方式,FSK方法简单,易于实现,抗噪声和抗衰落性能较强.FSK主要应用于中低速数据传输以及衰落信道和频带较宽的信道中.本次课程设计主要运用MATLA瞅件,在Simulink平台下建立仿真模型,实现模拟基带信号经 2FSK调制与解调的传输过程,通过分析比拟调制与解调输出波形, 理解2FSK调制原理.在分别参加高斯白噪声,观察对波形的影响,并对其进行分 析总结.* : 2FSK调制与解调1软件介绍1.1 Matlab 介绍Matlab 1是一种解释性执行语言,具有强大的计算、仿真、绘图等功能.由于它使用简单,扩充方便,尤其是世界上有成千上万的不同领域的

3、科研工作者不停的 在自己的科研过程中扩充Matlab的功能,使其成为了巨大的知识宝库.科研工作者通常可以通过 Matlab来学习某个领域的科学知识,这就是 Matlab真正在全世界 推广开来的原因.目前的 Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面,它可以像 VB等语言一样设计漂亮的用户接口,同时由于有最丰富的函数库(工具箱),所以 计算的功能实现也很简单,进一步受到了科研工作者的欢送.另外,Matlab 和其他高级语言也具有良好的接口,可以方便的实现与其他语言的混合编程,进一步拓 宽了 Matlab的应用潜力.可以说, Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之 一,掌握这门工具对学习

4、各门学科有非常重要的推进作用.1.2 Simulink 介绍Simulink 2是MATLAB1重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综 合分析的集成环境.在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠 标操作,就可构造出复杂的系统.Simulink具有适应面广、结构和流程清楚及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于限制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计.Simulink 是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于 MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、 非线性系统、数

5、字限制及数字信号处理的建模和仿真中.它支持多速率系统,也就 是系统中的不同局部具有不同的采样速率.为了创立动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系 统的仿真结果.通信原理课程设计2 2FSK的调制与解调2.1 2FSK的调制原理数字频率调制又称频移键控,记作FSK,二进制频移键控记作 2FSK3.2FSK产生方法有两种：(1)模拟法：即用数字基带信号作为调制信号进行调频.(2)键控法：用数字基带信号g(t)及其反相g (t)分别限制两个开关门电路,以此对

6、两个载波发生器进行选通,如图 2-1所示.图2-1 键控法产生 2FSK信号的原理图两个独立的作为作为两个频率发生器,它们受控于输入的二进制输入信号,二进制输入信号通过两个选通开关,限制一个载波通过.调制器各点的波形如图2-2所示.：A/WWVWVWWb ；-rWWWXyr, AA/ MAA/ %r* T7 wvw仇w伍,图2-2调制器各点的波形* : 2FSK调制与解调从图2-2可以看出b是a的反相码,c是载波fl , d是载波f2 , g为2FSK的调 制输出信号.2.2 2FSK的解调原理2FSK信号的常用解调方法4是采用如图2-3所示的非相干解调(包络检波)和相干解调.其解调原理是将2

7、FSK信号分解为上下两路的2ASK信号分别进行调解,然后进行判决.(a)非相干解调带通傀波黑本地莪波耳(b)相干解调输出力图2-3 2FSK信号解调原理图通信原理课程设计3仿真系统模型的设计3.1仿真思路先确定采样频率fs和两个载波频率的值fl , f2 ,产生2FSK信号,然后进行调制与解调.(1)写出输入已经信号的表达式S(t).由于S(t)中有反码的存在,那么需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样.写出已调信号的表达式S(t).(2)在2FSK的解调过程中,信号首先通过带通滤波器,设置带通滤波器的参数,后用一维数字滤波函数filter 对信号S(t)的数据进行滤波处理.输出经过

8、带通滤波器后的信号波形.由于已调信号中有两个不同的载波(1,2),那么经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形H1,H2.(3)经过带通滤波器后的2FSK信号再经过相乘器(cos co 1, cos2),两序列相乘的MATLABft达式y=x1.*x2 -SW=Hn.*Hn,输出得到相乘后的两个不同的2FSK波形h1,h2.(4)经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器,设置低通滤波器的参数,用 一维数字滤波韩式filter对信号的数据进行新的一轮的滤波处理.输出经过低通滤波器后的两个波形(sw1,sw2).(5)将信号sw1和sw2同时经过抽样判决器,分别输出st1,st2 o其抽样

9、判决器输出的波形为最后的输出波形st o对抽样判决器经定义一个时间变量长度i ,当st1(i)>=st2(i)5 时,贝 st=0 ,否贝U st=st2(i). 其中 st=st1+st2 .(6)使用MATLAE®程(m文件)完成系统的仿真.3.2 程序和仿真结果仿真程序见附录Ao仿真图像如下* : 2FSK调制与解调File Edit View Jnsert Tools Desktop Window Help eia*I 巧要用,思 e 012345678910图3-1 MATLAB 仿真图图3-2 MATLAB仿真图通信原理课程设计图3-3 MATLAB仿真图图3-4

10、MATLAB仿真图* : 2FSK调制与解调图3-5 MATLAB仿真图3.3 Simulink仿真模型图2FSK信号的Simulink仿真模型图如下:H untlfd 4:Q/*的vr niulMkfi月犹死?1工3白 H* oSp西电 一i 3 卜,网1而Z,.里臼同啰 骸1海图3-6 Simulink仿真模型图通信原理课程设计其中sin wave和sin wavel是两个频率分别为fl和f2的载波,Pulse Generator模块是信号源,NO底现反相,再经过相乘器和相加器生成2FSK®号,然后接带通滤波器与低 通滤波器完成调制与解调,又接入 Error Rate calcu

11、lation实现误码率的计算.参数设置如下表3-1 Simulink仿真各模型的参数设置参数Sine Wave1Amplitude:1Frequency:25Sine Wave2Amplitude:1Frequency:45Sine Wave3Amplitude:1Frequency:25Sine Wave4Amplitude:1Frequency:45Pulse Generator Amplitude: 1 Period : 2 Pulse width : 1Sample time : 1Analog FilterFilter order : 8 Lower passband edgefre

12、quency : 15Design1 Upper passband edge frequency: 35AnalogFilterFilter order : 8 Lower passband edgefrequency : 35Design2Upper passband edge frequency: 55Analog FilterFilter order: 8 Passband edge frequency35Design38 Passband edge frequency:0 Variance : 1 Initial seedAnalog Filter Filter order 55Des

13、ign4Gaussian Noise Mean value41GeneratorSample time经过以上参数的设定后就可以进行系统的仿真,其各点的时间波形如下:* : 2FSK调制与解调图3-7 Simulink仿真各点的波形由仿真系统中的误码率计算可知：此系统的误码率为0提升噪声影响,将Gaussian Noise Generator 中的 Variance "1 改为 “ 10得到波形如下列图所示：图3-8改变参数后各点的波形由仿真系统中的误码率计算可知：此系统的误码率为0.1通信原理课程设计再次提升噪声影响,将Gaussian Noise Generator 中的Vari

14、ance "1改为“100得到波形如下列图所示图3-9修改参数后得到的各点的波形由仿真系统中的误码率计算可知：此系统的误码率为0.33.4结果分析3.4.1 Matlab仿真结果分析本实验对信号 2FSK采用相干解调进行解调.2FSK信号的调制解调原理是通过带通滤波器将 2FSK信号分解为上下两路 2FSK信号后分别解调,然后进行抽样判决输出 信号.设“1符号对应载波频率f1 , “ 0符号对应载波频率f2 o采用两个带通滤波器来区分中央频率分别为f1和f2的信号.中央频率为f1的带通滤波器之允许中央频率为f1的信号频谱成分通过,滤除中央频率为f2的信号频谱成分.接收端上下支路两个带

15、通滤波器的输出波形中H1,H2弟H1,H2波形中在分别含有噪声18 n1,n2,其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器的输出噪声一一窄带高斯噪声,其均值同为0,方差同为rn2,只是中央频率不同而已.其抽样判决是直接比拟两路信号抽样值的大小,可以不专门设置门限.判决规制应与调制规 制相照应,调制时假设规定“1符号对应载波频率f1 ,那么接收时上支路的抽样较大,应判为“ 1,反之那么判为“ 0.* : 2FSK调制与解调3.4.2 simulink仿真结果分析本次课程设计实现了2FSK的调制与解调过程.通过误码率为0的分析,可能是系统自身的原因造成的或者系统没有多大的误差,但根据示波器的波形

16、看出初始的 时候有一些失真原因可能是初始信号不稳定造成的.通过改变信噪比,系统的误码 率升高,噪声干扰越大,相应的波形失真越严重,误码率越高.本实验用一个逻辑 比拟器替代抽样判决模块,简化了模块.通信原理课程设计结论本次课程设计主要涉及到了通信原理和MATLAB的相关知识与运用,是自己更深刻理解了调制与解调的团里和实现方法,以及根本掌握了MATLAB的根本应用.在课程设计的过程中,又重温了2FSK的调制与解调等知识,更加熟悉了MATLAB!面的Simulink 工具箱学会了独立建立模型,分析调制与解调结果,和参加噪声的 情况,通过自己的不断调试,更好的理解了噪声对信道的影响.在本次课程设计中,

17、除了获得了一些收获外,我还感到了自身的一些缺乏.对 于在matlab中实现编程对于我来说确实是有一些困难的,受限于这样的原因,所 以只好从网上找到与其对应的程序,通过修改参数,收货了波形的仿真,对于这方 面的缺乏,还需要增强这方面的学习.总体来说,通过这次课程设计,使我拓宽了 知识面,锻炼了实际操作水平,综合素质得到了提升,进一步加深了对专业的熟悉 和激发了对本专业的兴趣* : 2FSK调制与解调参考文献1 张化光,孙秋野 .MATLAB/Simulink实用教程.北京：人民邮电出版社, 20212姚俊,马松辉.Simulink建模与仿真根底,北京：西安电子科技大学出版社,20023樊昌信,曹

18、丽娜.通信原理.北京：国防工业出版社,20064 达新宇.通信原理与课程设计.北京：北京邮电大学出版社,2003通信原理课程设计附录A MATLAB仿真程序fs=2000; %抽样频率dt=1/fs;f1=20; %载波1频率f2=50; % 载波2频率a=round(rand(1,10); %随机信号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);fsk1=g1a.*cos(2*pi

19、*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2; % 产生的信号no=0.01*randn(1,t1); % 噪声 sn=fsk+no;subplot(311);plot(t,no); %噪声波形title(' 噪声波形')ylabel('幅度')subplot(312);plot(t,fsk);title(,产生的波形,)ylabel('幅度')subplot(313);plot(t,sn);title(, 将要通过滤波器的波形 ,)ylabel(' 幅度的大小,)xlabel('

20、t')figure(2) %FSK 解调 b1=fir1(101,1/800 20/800);b2=fir1(101,40/800 60/800); %设置带通参数H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn); %经过带通滤波器后的信号subplot(211);plot(t,H1);title(, 经过带通滤波器 f1后的波形,)ylabel('幅度')subplot(212)* : 2FSK调制与解调plot(t,H2);title(,经过带通滤波器f2后的波形,)ylabel('幅度')xlabel('t')sw1=H1.*H1;sw2=H2.*H2; %经过相乘器figure(3)subplot(2