搭建高斯白噪声信道下的二进制频移键控模型

通信原理课程设计

1.设计内容概述

1.1设计目的

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过2FSK调制与非相干解调的传输过程。通过分析比较

调制解调的输出波形，理解2FSK调制原理。

1.2设计题目：

搭建高斯白噪声信道下的二进制频移键控(FSK)模型

a)按照《通信原理》中的调制解调原理来搭建模型

b）直接调用FSK调制解调模块来搭建模型，并比较有、无信道编码（汉明码）时的误码率。

1.32FSK数字系统的调制解调原理

2FSK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进行选择通。原理图如图1-1。

二进制数据

2FSK的调制原理图图1-1

2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式。我所用的为相干解调。根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对己调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如图1-2。

cos2-jrflt

柜三守式原理图

图1-2

2.Simulink建模及仿真

2.1所用仿真工具简要介绍

Matlabsimulink

2.2仿真模型

a按照《通信原理》中的调制解调原理来搭建模型

图2-1

下面一一介绍其他各主要模块的参数设定

1.伯努利二进制基带信号:

际BlockParameters:BerrioulliBinaryGenerator

—Eern-ouLli&irhtt :Lirik.

CenexateaEeTnoiLllitandczDbiziELrynunber.

T-ds：Gii@Ta.te-a.ve-cter心utpiitjspeeifythe-UTEts-bilityasa.vectM.

ParazneteTE

Fr-otabilityofasgtd:

0„5

Initial

R

Eazn^le-time:

|{}.5

IFiaiue-based■□■atrut£SazDplespe-Tfxarse:

InterpretvectdtpairszDStersms:1~D

OK C：=LTLceL Help Afijily

图2-2

图2-3

图2-3

2.带通滤波器：通过设定滤波器的相关参数，可以分别滤出两个相应的频率

不同的正弦波信号。其中参数设定分别如下:

MBlockPcrarn^icrs：CSgitalFiKcrDesign

FileEditAnslycicTargets：I'iewWindowHelp

21MBIAs”#冗3仁福&日国聘小旧广留侦］。因PI听

—CLTTErrtFilterInlorrnaton

—mgntudeRbshorssi'cBI

Slnjcture:Dired-ForrtiII,Eecorri-OrderEections

Offer 10

SBrians b

liable: Yes

So_rce: Cexi^-iEd

SloreFlter...

Finerhlarager.

E-E招rrEBB兵

1 15

Frequency*(kHzi

Hghpsss

FilerOrder

4specifyorder10

M^ntuctSpffiirtsrtiQns：

Drffm=niiaiar

FIR

EutterwDrih

C*EtandpBsa

广Berdslop

—CwiariMethod

LMnrnimorder

lCfrtionE：

FhereerenoopliaielparametersfortHsdesignmedhod.

FrequencySpedUL^tions

The:gnuaflon就cutolT

frequenciesimlixedet3dB

l：FRIEquirppfc：

DcsimFHcrI

|'-Ajj

0.5 1 1.5 2 2.5

Frequency(kHzf

o人

3K

-2»

S3碧nE旨s

FinerOrder

SSpecifyorder10

"Mnrnimorder

lCfitionE：

FhereerenooplioielparametersfortHsdesignmcdhod.

FrequencySpecillLstcins

rrt=^ntLjc£spffilrtsfiiQns：—

The:gnuaflon就cutolTfrequenciesimlixedet3dB

(hnifthepM^bmdgan)

/^=—

BllBlockPdrarTwicrs：DigitalFirtcrDc^ignl

FibEdrtAnslycicTargets：1'iewWindowHelp

3辟H昌IAs"#冗3仁福&日国聘小旧L留侦1。因PI听

—CLTTErrtFilterInlorrnaton

Slnjcture:Dired-ForrtiII,Eecorri-OrderEections

Oder 10

SBrians b

liable: Yes

Sd-tce: Cexi^-iEd

SloreFlter...

Finerhlarager.

DcsimFHcr

Ready

3低通滤波器：作用为包络检波，其中两个低通滤波器的参数设定一样

/

BlBlockPflrarr*r：cr5：CigirtflIFilterDesign?

FileEditAnslycic I'iewWindowHelp

21UBIAfc 堂而&日日I%小旧广黯旧。因Fl

—CbirartFilterIniormaton

_ti^gntudeRbshorss〔阳)

Slrudure:

Drecl-rorinFIR

Oder

1215

SBzticins

1

liable:

Yes

Sncrce:

Cexra-iEd

SloreFlter...

FillerMarager.

sswnEBEs

0.05 )1 0.15 0.2

Frsqtency1(kHzJ

oooo

5b5

-1-1

--

FilerOrder

_Specifyorderpm

&Mnrnimorder

lCfitionE：

CensiiyFacinr:而

FrequencySpedUL^tions

r^ntuctspffiirtstiQns：

Lhiis:|pB~

A|3&ES：|l

flstop: \w

4加性高斯白噪声（AWGN）：

图2-7

b直接调用FSK调制解调模块来搭建模型，并比较有、无信道编码（汉明码）时的误码率。

有汉明码

flaUEI"3

图2-1

无汉明码

功*4珅

伯努利二进制信号

图2-2

hamming调制

BlockParamater&:HammingEncoder I°

HaaninsEnn-s-der [link)

CtsateaEarnzning'c-c-deirzthziessagelengthEandcadswotdle-n^thE.The:nuinbeTNDusthave-the-forzd2M-14TrheieMisanzntegeTe：feadzeitha-norec(ua1toBLE3'UEt6^113.1N-M_

TlieiTiputzdustcc-ntainexactlyEelezien'ts^HEitisEtazDe-tasedjthenitzills+be2□DlUZTLVeDtDT„

Parazaete-TE

Cudew^TEllengthNi:

IB

Irlsssa.g'glength瓦ctM-dezrss-p-TiaiTyolTaiHBial:

IR

OE CancelIHelp kpply

图2-3

Hamming解调

图2-4

际BlockParameters:HammingDecoder

2FSK

F

际BlockParameters:L1-FSKMcduJatorBaseband

际BlockParameters:hl-FSKDemodulatorBaseband

—3(-FSKDezBEdiilatn-iebandCmask):Link；

DezihcdulatetheirLpni:e1gTialueinsthefzeEiuen&yshiftkeyingziethcd„

F晋h inputjthe-inputsuatteascalar.Fqt inRiitjth«

iziputmuEtbeaco1uzzmvector.

The-outputQa.nbe-e^thsxbits-ciintegejs.In©fbita-utputjthe-a-utputvidthisaninte-EieTmultiplec-fthenuziterbitspersyzstol.Thesymbolsdanbee-itheibinary-rigmapnedorGray-dEZiawgdint-Dbits.

Incasec-fExa=ie_based5np_ut.thewidthoEtheinputfiazusrepresentethepx-oduDtofthe-nuzibeiofgymt^lEandtheSanplbepezEynatclvalue.

Incasec-fea^P-e--"basedinput；"the-sanpletime-o-ftheinput£ethesyzub-a-1pe-Tzc-idiwiciedbyth.®Sariple'EdstEymbolvalue-.

□E

C：=LTLcel Help

高斯白噪声

计算误差模块awgn

际BlockParsmeters:ErrorRateCakulatfon

图2-8

3.仿真结果

a•误差显示

模块搭建完成，参数设定好以后，对系统进行仿真。其仿真结果如图3-1。其中示波器显示的第一个子图为原始基带信号，第二子图为调制后的信号，第三个子图为经延时的基带信号，第四的子图为解调后的信号。

BlScape _

昌苜Q髭RA@E3S

1

b.有hamming码

[?ispl^y

图3-1

无hamming码

图3-2

4.结论（结果分析）

4.1系统性能分析

对于该系统而言，最重要的性能指标就是误码率。在白色高斯噪声信道中，

误码率决定于监控体制和接收端的信噪比Y=A2/2。2。对于2FSK调制与解调n

系统，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率。其中，相干检测法的误

码率为:

Pe=2冰（\：9

当信噪比很大时，上式可近似的表示为：

Pe= 、/2兀r"/2

根据上面的两个式子，可以计算出本系统的相干检测法的误码率。但本系统

在仿真过程中，因抽样判决存在一些问题，导致误码率较高，而理论上相干

调解性能优良，误码率很低。

加了hamming，误码率降低。

4.2课程设计总结

真正开始接触Matlab是大二下学期赵老师的课，到现在差不多两年了，在此之间Matlab的确为我提供了很多便利。Matlab的确不愧成为是草稿纸上的语言。我们不必去为很简单的显示效果图形去找一些什么其他软件或者研究比较复杂的计算机图形学，一个plot或者别的函数往往就可以得到很满意的效果。其实最初开始学习matlab的时候感觉这个东西和C没什么两样，但是后来具体到一些东西，比如信号处理和数学建模上以后才感觉到使用matlab编写程序去