2022年FSK信的解调与抗噪声性能分析

1、课程设计 课程设计名称：通信综合 专 业 班 级 ：学 生 姓 名 ：学 号 ：指 导 教 师 ：课程设计时间：2022 年 电子信息工程专业课程设计任务书同学姓专业班学号自拟课题名级题目2FSK信号的解调与抗噪声性能分析课题性仿真课题来源质指导教同组姓名师用数字基带信号转变正弦型载波的幅度、频率或相位中的某主要内 容个参数,产生相应的数字振幅调制、 数字频率调制和数字相 位调制；1把握 2FSK的调制与解调的实现方法,探究并分析其 抗噪声性能；2用 MATLAB仿真设计一个 2FSK信号的产生并进行调制任务要 求解调的数字通信系统；3. 遵循本系统的设计原就, 理顺基带信号、 传输频带及两个

2、载频三者间相互间的关系；加深懂得2FSK调制器与解调器的工作原理,学会对 2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法1、 MATLAB通信仿真开发手册国防工业出版社孙屹参考文 2、现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱献 西安电子科技高校出版社 李建新3、现代通信原理清华高校出版社 曹志刚着4、教学用“ 通信原理” 教材指导老师签字：审查意见教研室主任签字： 2022年月日目录2FSK信号的解调与抗噪声性能分析 一课程设计的目的和意义基本要求 把握 2FSK的调制与解调的实现方法,探究并分析其抗噪声性能；遵循本系统的设计 原就,理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间的关

3、系；加深懂得 2FSK调制器 与解调器的工作原理, 学会对 2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法；课程设计的目的及意义 本次课程设计是对通信原理课程理论教学和试验教学的综合和总结；通过这次课程 设计,使同学熟悉和懂得通信系统,把握信号是怎样经过发端处理、被送入信道、然后在接收端仍原；要求同学把握通信原理的基本学问,运用所学的通信仿真的方法实现某 种传输系统；能够依据设计任务的详细要求,把握软件设计、调试的详细方法、步骤和 技巧；对一个实际课题的软件设计有基本明白,能进一步把握高级语言程序设计基本概 念,把握基本的程序设计方法,拓展学问面,激发在此领域中连续学习和讨论的爱好,为

4、学习后续课程做预备；在信道中,大多数具有带通传输特性,必需用数字基带信号对载波进行调制,产生 各种已调数字信号；可以用数字基带信号转变正弦型载波的幅度、频率或相位中的某个 参数,产生相应的数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制；也可以用数字基带信 号同时转变正弦型载波幅度、频率或相位中的某几个参数,产生新型的数字调制；本课程设计旨在依据所学的通信原理学问,并基于MATLAB软件,仿真一 2FSK 数字通信系统； 2FSK数字通信系统,即频移键控的数字调制通信系统；频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息；在 2FSK中,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；因此,

5、一个 2FSK信号的波形可以看成是两个不同载频的 2ASK信号的叠加；可以利用频率的变化传递数字基带信号,通过调制解调仍原数字基带信号,实现课程设计目标；二, 2FSK的基本原理和实现二进制频率调制是用二进制数字信号掌握正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化；由于二进制数字信息只有两个不同的符号,所以调制后的已调信号有两个不同的频率 f1 和 f2 ,f1 对应数字信息“1” ,f2 对应数字信息“0” ；二进制数字信息及已调载波如图 3-1 所示；图 3-1 2FSK 信号 2FSK 的产生在 2FSK信号中,当载波频率发生变化时,载波的相位一般来说是不连续的,这种信号称为不连续 2FSK

6、信号；相位不连续的 2FSK通常用频率挑选法产生,如图 3-2 所示：图 3-2 2FSK 信号调制器两个独立的振荡器作为两个频率发生器,他们受控于输入的二进制信号；二进制信号通过两个与门电路,掌握其中的一个载波通过；调制器各点波形如图 3-3 所示：图 3-3 2FSK 调制器各点波形由图 3-3 可知,波形 g 是波形 e 和 f 的叠加；所以,二进制频率调制信号 2FSK可以看成是两个载波频率分别为 f1 和 f2 的 2ASK信号的和；由于“1” 、“0” 统计独立,因此 , 2FSK 信 号 功 率 谱 密 度 等 于 这 两 个2FSK信号的功率谱如图 3-4 所示：2ASK 信

7、号 功 率 谱 密 度 之 和 , 即（3-1）图 3-4 2FSK 信号的功率谱由图 3-4 看出, 2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱,离散谱位于两个载波频率 f1 和 f2 处,连续谱分布在f1 和 f2 邻近,如取功率谱第一个零点以内的成分运算带宽,明显 2FSK信号的带宽为（3-2 ）为了节省频带,同时也能区分 f1 和 f2 ,通常取 |f1-f2|=2fs,因此 2FSK信号的带宽为（3-3 ）当|f1-f2|=fs 时,图 3-4 中 2FSK的功率谱由双峰变成单峰,此时带宽为（3-4 ） 对于功率谱是单峰的2FSK信号,可采纳动态滤波器来解调；此处介绍功率谱为双峰的2F

8、SK信号的解调； 2FSK 滤波器的调解及抗噪声性能 2FSK信号的解调也有相干解调和包络解调两种；由于2FSK信号可看做是两个2ASK信号之和,所以 2FSK解调器由两个并联的 解调；2ASK解调器组成；图 3-5 为 2FSK相干和包络图 3-5 2FSK信号调解器2FSK信号表示为相干 2FSK抗噪声性能的分析方法和相干2ASK很相像；现将收到的（3-5 ）波频率为 f1 ,信号能通过上支路的带通滤波器；上支路带通滤波器的输出是信号和窄带噪声 ni1 t 的叠加 噪声中的下标 1 表示上支路窄带高斯噪声 ,即（3-6）此信号与同步载波cos2 f1t相乘,再经低通滤波器滤除其中的高频成分

9、,送给取样判决器的信号为（3-7 ）上式中未计入系数 1/2 ；与此同时,频率为 f1 的 2FSK信号不能通过下支路中的带通滤波器,由于下支路中的带通滤波器的中心频率为f2 ,所以下支路带通滤波器的输出只有窄带高斯噪声,即（3-8 ）此噪声与同步载波 cos2 f2t 相乘,再经低通滤波器滤波后输出为（3-9 ） 上式中未计入系数 1/2 ；定义（3-10 ）取样判决器对 x t 取样,取样值为（3-11 ）其中, nI1 、 nI2 都是均值为 0、方差为 的高斯随机变量,所以 x是均值为 a、方差为 的高斯随机变量, x 的概率密度函数为（3-12）概率密度曲线如图 3-6 所示：图 3

10、-6 判决值的函数示意图判决器对 x 进行判决,当 x0 时,判发送信息为“1” ,此判决是正确的；当 x0时,判决发送信息为“0” ,明显此判决是错误的； 由此可见, x=st2i 时,就 st=1 ,否就 st=0 ；四仿真程序fs=2022; % 采样频率dt=1/fs; % 采样间隔f1=50;f2=150; % 两个载波信号的频率a=roundrand1,10; % g1=a;产生原始数字随机信号g2=a; %将原始数字信号反转与g1 反向g11=ones1,2022*g1; %进行抽样g1a=g11:; % g21=ones1,2022*g2; g2a=g21:;将数字序列变成列向

11、量t=0:dt:10-dt; %在 010-dt 之间取值,取值间隔为dtt1=lengtht;fsk1=g1a.*cos2*pi*f1.*t; % fsk2=g2a.*cos2*pi*f2.*t; %得到频率为 f 1 的 fsk 1 已调信号 得到频率为 f 2 的 fsk 2 已调信号fsk=fsk1+fsk2; % 已产生 2FSK信号 figure1 no=*randn1,t1; % 产生的随机噪声 sn=fsk+no; subplot3,1,1; plott,no; % 随机噪声的波形 title 噪声波形 ylabel 幅度 subplot3,1,2; plott,fsk; %2

12、FSK 信号的波形 title2fsk 信号波形 ylabel 幅度 subplot3,1,3;plott,sn; title 经过信道后的 2fsk 波形 ylabel 幅度 xlabelt figure2 %fsk 的解调b1=fir1101,48/1000 52/1000;b2=fir1101,145/1000 155/1000; % H1=filterb1,1,sn; H2=filterb2,1,sn; % subplot2,1,1;设置带通滤波器的参数经过带通滤波器后的信号plott,H1; %经过带通滤波器1 的波形title经过带通滤波器 f1 后的波形 ylabel幅度subp

13、lot2,1,2; plott,H2; %经过带通滤波器2 的波形title经过带通滤波器 f2 后的波形 ylabel幅度xlabeltsw1=H1.*H1; % sw2=H2.*H2; % figure3 subplot2,1,1; plott,sw1; 经过相乘器 1 的信号 经过相乘器 2 的信号title 经过相乘器 h1 后的波形 ylabel 幅度subplot2,1,2;plott,sw2;title 经过相乘器 h2 后的波形 ylabel 幅度xlabeltbn=fir1101,2/1000 52/1000; % figure4 st1=filterbn,1,sw1; st

14、2=filterbn,1,sw2; subplot2,1,1;设置低通滤波器的参数plott,st1; %经过低通滤波器1 的波形title经过低通滤波器 sw1后的波形 ylabel幅度subplot2,1,2;plott,st2; %经过低通滤波器1 的波形title经过低通滤波器 sw2后的波形 ylabel幅度xlabelt for i=1:lengtht ifst1i=st2i sti=1; else sti=0; end end figure5 subplot2,1,1;plott,st; %经过抽样判决器后解调出的波形title经过抽样判决器后解调出的波形ylabel幅度subp

15、lot2,1,2;plott,g1a; %原始的数字序列波形title 原始数字序列的波形 ylabel 幅度;xlabelt;五仿真结果及分析、仿真波形图如图 5-1 至图 5-5 所示：图 5-1 噪声波形、 2FSK信号波形和经过信道后的 2FSK波形图 图 5-2 经过带通滤波器的波形图 图 5-3 经过相乘器的波形图 图 5-4 经过低通滤波器后的波形图 图 5-5 经过相干解调后与原始数字信号的波形的对比图、仿真结果的分析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；本试验对信号2FSK采纳相干解调进行解调；

16、由 2FSK原理,相位不连续 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；其中,连续谱由两个中心位于 f1 和 f2 处的双边谱叠加而成,离散谱位于两个载频 f1 和 f2 处；连续谱的外形随着两个载频之差的大小而变化,如 | f1 f2 | fs ,就显现双峰；图 5-1 为噪声的波形、 2FSK信号的波形以及经过信道后噪声对 2FSK信号的波形；从图 5-1 可以看出噪声对 2FSK信号波形产生了干扰作用；图 5-2 说明经过带通滤波器后滤除了带外噪声,并且两个带通滤波器分别滤除了频率为 f1 和频率为 f2 的波形,中心频率为 f1 的带通滤波器只答应中心频率为 f1的信号频谱成分通过,滤

17、除中心频率为 f2 的信号频谱成分；从图 5-2 可以看出由于反码的作用,频率为 f1 的波形与频率为 f2 的波形表现出反码的规律；由于经过相乘器后频率倍频了,且是与同频同相的载波相乘,所以幅度全为正,如图 5-3 所示；信号再通过低通滤波器滤除高频成分后,只有频率分别为f1 和 f2 的成分,从图 5-4 的波形图即可看出频率为单一的频率；最终经过判决器后将频率为 f1 与频率为 f2 的进行大小比较,即频率为 f1 的波形的幅度大于频率为 f2 的波形的幅度时,判决器输出“1” ,否就输出“ 0” ,从图 5-5 知,解调波形与原始数字信号波形基本一样,所以胜利的解调出原始数字信号；六、

18、课程设计总结本次课程设计第一要挑选合适的采样频率,采样间隔的大小会影响所得图像的质量；在程序的编写和调试中很简单显现的错误是,在设计矩阵相乘或数列矩阵的相乘中,必须符合相乘的要求；即矩阵相乘时,左边的矩阵的列数与右边矩阵的行数相等；加强了我们动手、摸索和解决问题的才能；我觉得做课程设计同时也是对课本学问 的巩固和加强,由于课本上的学问太多,平常课间的学习并不能很好的懂得和运用所学 学问,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们有了实践的机会；平常看 课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了；而且仍可以记 住许多东西；在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,同时在设计的过程中发 现了自己的不足之处,对以前所学过的学问懂得得不够深刻,把握得不够坚固；此次课 程设计,学到了许多课内学不到的东西,比如独立摸索解决问题,显现差错的随机应变；在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会,通过这次课程设计使我懂得了 理论与实际相结合是很重要的,只有理论学问是远远不够的,只有把所学的理论学问与 实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正提高自己的实际动手才能和独立摸索的 才能；对我们而言,学问上的收成重要,精神上的丰收更加可喜；