重修基于MATLAB的simulink对2fsk调制与解调的仿真设计

..通信原理课程设计报告题目基于MATLAB—Simulink的2FSK仿真学院电子信息工程学院专业通信工程〔本学生姓名张勇学号200910315103年级2009级指导教师宋刚职称副教授二〇一二年一月..课程设计的任务说明课程设计的目的〔1通过利用matlabsimulink,熟悉matlabsimulink仿真工具。〔2通过课程设计来更好的掌握课本相关知识,熟悉2FSK的调制与解调。〔3更好的了解通信原理的相关知识,磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。课程设计的要求〔1掌握课程设计涉汲到的相关知识,相关概念、原理清晰,明了。〔2仿真图设计合理、能够正确运行。〔3按照要求撰写课程设计报告。本文主要是以simulink为基础平台,对2FSK信号的仿真。文章第一章内容是对simulink的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望；第二章是对2FSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容,第三章是2FSK信号的仿真部分,调制和解调都是simulink建模的的方法,在解调部分2fsk信号采用相干解调的方法,而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2FSK；simulink调制；相干解调..目录第一章绪论·······································································11.1MATLAB/Smulink的简介························································11.2通信发展简史 ·······························································2通信的概念································································21.2.2通信的发展史简介··························································31.3通信技术的现状和发展趋势 ···················································4第二章数字频带传输系统···························································52.1二进制移频键控<2FSK>······················································· 52.22FSK信号的功率谱密度 ·······················································8第三章调制与解调仿真 ··························································103.12FSK的调制与解调仿真·······················································103.1.1调制仿真·································································103.1.2．解调仿真·······························································14总结··············································································20参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21..通信就是克服距离上的障碍,从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的,是信息的物理表现,例如,语音、文字、数据、图形和图像等都是消息<Message>。消息有模拟消息〔如语音、图像等以及数字消息〔如数据、文字等之分。所有消息必须在转换成电信号〔通常简称为信号后才能在通信系统中传输。所以,信号〔Signal是传输消息的手段,信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号,模拟信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是连续的,如机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是离散的,如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息,但对受信者有用的是消息中包含的有效内容,也即信息<Information>。消息是具体的、表面的,而信息是抽象的、本质的,且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术,特别是数字通信技术近年来发展非常迅速,它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术,它要将大量有用的信息无失真,高效率地进行传输,同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息,而且还有储存、处理、采集及显示等功能,通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和,包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿<受信者>,它的一般模型如图1-2-1所示。↑图1-1信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统,其模型如图1-2-2所示,↑图1-2数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统,其模型如图1-2-3所示。图1-3模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言,具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而,数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来,数字通信发展十分迅速,在整个通信领域中所占比重日益增长,在大多数通信系统中已代替模拟通信,成为当代通信系统的主流。通信的发展史简介远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变的既迅速又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动在90年代中期被数字移动所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.3通信技术的发展现状和趋势进入20世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望可以实现。光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现代电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越来越低,范围越来越广。例如,20XX我国的移动用户首次超过了固定用户。根据国家信息产业部的统计数据,到20XX底移动用户近4亿。随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步,人们对通信的要求越来越高,各种技术会不断地应用于通信领域,各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。第二章数字频带传输系统在数字基带传输系统中,为了使数字基带信号能够在信道中传输,要求信道应具有低通形式的传输特性。然而,在实际信道中,大多数信道具有带通传输特性,数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制,产生各种已调数字信号。图2-1数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的,一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是,数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点,其取值是有限的离散状态。这样,可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控<ASK>、移频键控<FSK>和移相键控<PSK或DPSK>。本章重点论述二进制数字调制系统的原理及其抗噪声性能,简要介绍多进制数字调制原理。2.1二进制移频键控<2FSK>在二进制数字调制中,若正弦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,则产生二进制移频键控信号<2FSK信号>.二进制移频键控信号的时间波形如图2-6所示,图中波形g可分解为波形e和波形f,即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加.若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1,0符号对应于载波频率f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为〔2-1-1〔2-1-2〔2-1-3图2-2二进制移频键控信号的时间波形由图2-2可看出,bn是an的反码,即若an=1,则bn=0,若an=0,则bn=1,于是bn=,θn和分别代表第n个信号码元的初始相位.在二进制移频键控信号中,和θn不携带信息,通常可令和θn为零.因此,二进制移频键控信号的时域表达式可简化为〔2-1-3二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.

二进制移频键控信号的解调方法很多,有模拟鉴频法和数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法.采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2-4所示.其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号.非相干解调过程的时间波形如图2-5所示.图2–3数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图图2–4二进制移频键控信号解调器原理图图2-52FSK非相干解调过程的时间波形2．22FSK信号的功率谱密度相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。〔2-1-7〔2-1-8〔2-1-9〔2-1-10令概率,将二进制数字基带信号的功率谱密度公式带入式〔2-1-19可得〔2-1-11由式上式可得,相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱由离散谱和连续谱所组成,其中,离散谱位于两个载频f1和f2处；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加形成；若两个载波频差小于fs,则连续谱在fc处出现单峰；若载频差大于fs,则连续谱出现双峰。若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频率间隔计算二进制移频键控信号的带宽,则该二进制移频键控信号的带宽B2FSK为〔2-1-12图2-7相位不连续二进制频移键控信号的功率谱示意图第三章调制与解调仿真3．12FSK的调制与解调仿真3.1.1调制仿真2FSK信号是由频率分别为f1和f2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的,其中f1和f2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号,2FSK信号产生的simulink仿真模型图如下所示：图3-12FSK信号的simulink模型方框图其中sinwave和sinwave1是两个频率分别为f1和f2的载波,PulseGenerator模块是信号源,NOT实现方波的反相,最后经过相乘器和相加器生成2FSK信号,各参数设置如下：载波f1的参设图3-2载波sinwave的参数设置其中幅度为2,f1=1Hz,采样时间为0.002s在此选择载波为单精度信号f2的参数设置图3-3载波sinwave1的参数设置载波是幅度为2,f2=2,采样时间.为0.002的单精度信号。本来信号源s<t>序列是用随机的01信号产生,在此为了方便仿真就选择了基于采样的PulseGenerator信号模块其参数设置如下：图3-4PulseGenerator信号模块参数设置其中方波是幅度为1,周期为3,占1比为1/3的基于采样的信号。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：图3-52FSK信号调制各点的时间波形由上图可以看出经过f1和f2两个载波的调制,2FSK信号有明显的频率上的差别。3.1.2．解调仿真解调方框图如下所示：图3-62FSK信号解调方框图其中FromFile是一个封装模块,就是2FSK信号的调制模块,两个带通滤波器分别将2FSK信号上下分频f1和f2,后面就和2ASK信号的解调过程相同,各参数设置如下：图3-72FSK信号f1带通滤波器参数设置图3-82FSK信号f2带通滤波器参数设置经过系统仿真后的各点时间波形如下：图3-92FSK信号解调各点时间波形经过系统的仿真可以观察出系统的误码率为0.7273,如下图所示：图3-102FSK相干解调误码率到现在,整个2fsk的课程设计终于是完成了,通过这次的课程设计,是我获得了主要有以下几点的体会和认识：首先,是我对2fsk的调制和解调原理有了一个比较全面和具体的认识,因为要完成这个设计,必须要对2fsk的原理有一个深入的了解,在仿真的时候遇到问题才能够做到心中有数,知道错误出现在哪里,究竟该如何改正,哪里需要可以进行优化,使得仿真的结果更接近于理论上的值。通过这次的课程让我明白了要学好理论知识,武装好自己,才能够有余力进行下一步实际上的学习,探索。理论基础知识就像是打房基,如果房基没有打牢,那么就建不成高楼大厦,就算建成的也是危楼,是经不起风吹雨打的。所以在下一段的学习中,我要进一步的打好基础,学好书上的专业知识。其次,这次的课设用了一个我们以前没有用过的新软件——matlab〔一款很强大的仿真软件,为了更好地完成这次的课程设计,我专门去图书馆借了几本关于matlab中用simulink进行通信仿真的相关书籍来看。虽然以前也学过matlab的设计,不过当时并没有用过simulink这个软件,所以这次的设计就差不多是零基础。根据书上还有网上的内容,我学习了一天的simulink,最后大概可以简单的掌握了关于simulink的一些简单操作,在参考了网上相关的课设知识后,终于是完成了这次的设计。但是还有很多的问题需要解决,比如,对simulink的很多模块都认不得,对各个模块的功能,参数设计只能局限于在原理图给定的情况下。要真正学会matlab这款软件,我还需要更