FSK数字调制系统的设计与仿真

1、摘要本课设设计主要是为了研究2 数字调制系统的设计，并通过软件来实现对2 调制系统的仿真。数字频率调制又称频移键控（） ，二进制频移键控记作2 。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。 2 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。 2 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： 2 调制 解调目录 TOC o 1-5 h z 一目的与意义 错误 !二设计原理 错误 !2 介绍 错误 !2 调制 错误 !2 解调 错误 !三详细设计步骤错误 !信号产生 错误 !信号调制 错误 !信号解调 错误 !信号频谱

2、产生 错误.!错误.!信号产生 错误 !信号调制 错误 !信号解调 错误.!未指定书签。总结 1.3.参考文献 附件 一目的与意义本课程设计主要研究2 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：. 学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法与基本技能， 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。.学习通信系统仿真软件7.0 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；.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。.用 7.0 设计一种 2 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

3、力，为今后的学习和工作积累经验。二.设计原理2.1 2介绍数字频率调制又称频移键控（），二进制频移键控记作2。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。2信号便是符号“1”对应于载频fl ,而符号“0”对应于载频f2 （与fl不同的另一载频）的已调波形，而且 fl与f2之间的改变是瞬间完成的。其表达式为：e2FSK tACOS it n Acos 2t n(1)典型波形如下图所示。由图可见,2信号可以看作两个不同载频的信号的叠加。因此2信号的时域表达式又可以写成：S2FSK（ t）ang t nTs cos it nangt nTs cos 2t n（2）n

4、n式中，假设码元的初始相位分别为n和n； 1 2兀f1和2 2兀f2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。2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包f行调频。键控法，用数字基带信号g与其反g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2信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的 2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。aks1(t)s2 (t)cos (w1 t+ 0 )cos (w2 t+ 小 n)101

5、1001111-tIIIItZVVVVVVVVVVA ts1(t) co s(w1t+ 0 1)AAys2 (t) cos (w2 t+ (|)n)2 FSK 仍 一A tt图1 原理框图2调制2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。调制原理框图2解调2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2数字信号通过两个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

6、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图3非相干解调原理图相干解调fl、f20已调信号由两个载波fl、m调制而成，相干解调先用两个分别对fl、图4此次课设设计采用的是相干解调。相干解调原理框图三详细设计步骤信号产生1）根据 函数（1,10）生成10个二进制随机数，即基波调制信号a,然后进行抽样， 使用软件进行仿真，得出调制信号的波形图。定义两列频率分别为 f1=102=5 的余弦波 1 和 2 ； 并使用画出两个余弦波 形。信号调制用二进制序列 a 分别去调制 f1 和 f2 ， 产生 2 信号， 即是用以 a 生成的 g1a 方波信号直接与 1 相乘，用 a 取反后的方波g

7、2a 与 2 相乘，再将两列信号相加，即得到 2 信号，使用仿真出调制信号波形。2）调用 库函数 （11）产生高斯噪声， 并与 2 信号相加得到加入噪声后的信号。 并 仿真出调制信号以与加高斯白噪声后的信号波形。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1 和 2 ，仿真出两个波形。3）让这两列波形再通过低通滤波器1 和 2 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

8、， 会付出基带信号， 与调制信号一样。仿真出其波形，并与之前调制后的波形做对比。实现解调。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。.A .IJ*InfrKIftflII.rrr.rr.r频率为f2的余弦波02-1 013456789100.501二进制随机序列1频率为f2的余弦波0123频率4 f1的系弦波67891002-1 01345678910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1011011011 ,第二和第三幅图片是频率为20的载波1和频率为100的载波2的波形。信号调制2FSK波形0.5区 0幅-0.

9、5-10123456789加入高斯噪声后的2FSK波形1 O 1 - 小大的度幅012345678910t图6调制信号波形图以与加噪后的波形图FSK数字调制系统的设计与仿真分析：由于产生的随即序列是 1011011011 ,对比上面的波形图可以看出,波形较疏的是1,波形较密的是 2,上图呈现的序列是：1011011011波相符信号解调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图9 信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

10、幅为1,滤波后的序列为：1011011011 ,与之前的调制信号相同。第二幅图为： 0100100100 ,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 2相乘的。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：1011011011 ,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。2调制解调实现。5)图11调制信号a频谱图分析：经过语言产生从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tufl cos(2 fit)的频谱图分析：将载波1信号进行傅里叶变换，生成载波1的频谱图。7)图13载波

11、tuf 2 cos(2 f2t)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)FSK 数字调制系统的设计与仿真图 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)010-理论值= 实际值：_士*-i1* :4-iJ左1. 1-110-2码10误-3102FSK信噪比误码率关系图-410 -10-8-6-4-20246810信噪比图15 2信噪比误码率关系图分析：在不同的信噪比情况下，在 2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

12、成的工具，如： ， ，等等。而我们在使用时只需要调用简单的函数命令就可以实现很多功能，用可以大大简化很多运算，同时我们可以将书上的理论知识用去仿真和实现。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，以与认识到误码率和信噪比的关系，以与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

13、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。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。FSK 数字调制系统的设计与仿真参考文献李建新 .现代通信系统分析与仿真通信工具箱.西安： 西安电子科技大学出版社， 2000.樊昌信 .通信原理 .北京：国防工业出版社.刘敏通信仿真与应用.北京：国防工业出版社曹志刚等 . 现代通信原理. 北京： 清华大学出版

14、社 2001.5吴伟陵等著.移动通信原理.北京：电子工业出版社.2005.附件2000;%抽样频率1;f1=10;%定义两列载波的频率f2=5;(1,10);%产生二进制随机序列g1;g2;% 信号反转，和 g1 反向g11=(1,2000)*g1;%抽样g111(:);g21=(1,2000)*g2;g221(:);0:10;t1(t);1(2*f1.*t)%频率为20 的载波12(2*f2.*t)%频率为10 的载波2%把屏幕分成3个窗口，取第一个0:9;%产生方波(0:9*x);% 以0:9 为 x轴，a*x 为 y轴;(二进制随机序列 )( 幅度 )(312);(1);% 二维曲线画图

15、(频率为 f1 的余弦波 )( 幅度 )(2);(频率为 f2 的余弦波 )( 幅度 )11a.*1;%经过相乘器进行相乘运算22a.*2;%经过相乘器进行相乘运算12;%生成 20.01*(11) 噪声;% 加噪(211);();(2 波形 )( 幅度 )(212);();(加入高斯噪声后的 2 波形 )( 幅度的大小 )(t)解调b11(101,10/800 20/800);b21(101,20/800 50/800);%设置带宽参数H1(b1,1);1为分子，1为分母，为滤波器输入序列H2(b2,1);%噪声信号同时通过两个滤波器(211);(1);(经过带通滤波器H1 后的波形 )%画

16、出经过 H1 滤波器后的波形( 幅度 );(212);(2);(经过带通滤波器H2后的波形)( 幅度 )(t)11.*H1;22.*H2 经过相乘器% 画出经过滤波器二后的波形% 相干解调乘以同频同相的载波(4)(211);(1);(经过相乘器h1 后的波形 )( 幅度 )(212);(2);(经过相乘器h2 后的波形 )(.幅度 )(t)1(101,2/800 10/800);% 画出乘以同频同相载波后的波形% 经过低通滤波器(5)1(,11); 1 为分子，1为分母，2(,12); 1 为分子，1为分母，1 为滤波器输入序列2为滤波器输入序列(211);(1);(经过低通滤波器( 幅度 )

17、1 后的波形 )% 经过低通滤波器，滤出频率% 为 f12 的基带调制信号波形(2);(经过低通滤波器2后的波形)( 幅度 )(t)% 判决1(t)(1(i)2(i)(i)=0;(i)2(i);12;(211);();% 画出经过抽样判决的波形(经过抽样判决器后的波形)( 幅度 )(212);();(原始的波形)( 幅度 )(t) y1(a) 对调制信号进行傅里叶变换 (y1);(调制信号的频谱图 );( 幅度 )(f)(0,125,1,5);y2(1) 对载波信号进行傅里叶变换(y2);(载波 1 的频谱图 );( 幅度 )(f)(0,1000,0,0.000000001) 横坐标的范围是( 0,1000 ) ，纵坐标是( 0，0.0000000001 )y3(2) 让2 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(y3);(载波 2 的频谱图 );( 幅度 )(f)(500,1500,0,