二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設計

1、目錄1技術要求11）設計出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結構；13）用matlab或sy stem view實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；12基本原理12.1信號產(chǎn)生原理12.2 2fsk的解調原理33建立模型描述43. 1利用mat i ab的m語言對2fsk系統(tǒng)的仿真43.2利用simulink對2fsk系統(tǒng)的仿真43. 3利用systemview對2fsk系統(tǒng)的仿真54模塊功能分析或源程序代碼64. 1利用mat i ab的m語言對2fsk系統(tǒng)的仿真64. 2利用simul ink對2fsk系統(tǒng)的仿真94. 3利用systemview對2fsk系統(tǒng)的仿真105調試過程及結論115.1利用mat i ab的m

2、語言對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程及結論115. 2利用simulink對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程及結論135. 3利用systemv i ew對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程156心得體會177參考文獻17二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設計2fsk 系統(tǒng)1技術要求設計一個2fsk數(shù)字調制系統(tǒng)，要求：1) 設計岀規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結構；2) 根據(jù)通信原理，設計出各個模塊的參數(shù)(例如碼速率，濾波器的截止頻率等);3) 用matlab或systemview實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；4) 觀察仿真并進行波形分析；5) 系統(tǒng)的性能評價?；驹?-1信號產(chǎn)生原理頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號，在2fsk屮，載

3、波的頻率隨著二進制基帶信號在fl和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為e2fsk(t)=-(2)acos(a)it +(pn)發(fā)送 t 時 .acos(a)2t + 0n)發(fā)送“0"時典型波形如圖21所示。由圖叮見，2fsk信號的波形可以分解為兩個不同載頻的2ask信 號，因此2fsk信號的時域表達式又可寫成e2fsk(t) = 2nang(t-nts)cos(3i +(pn) + eng(t-nts)cos (o)2t + 0n) (3) 式中：g (t)為單個矩形脈沖，脈寬為心；概率為卩(0概率為1 p石是昕的反碼，若an=l,則石二0；若an = 0,則石二1,于是 1to概率為

4、1一 p概率為p(5)%和気分別是第n個信號碼元(1或0)的初始相位。在移頻鍵控中竹和不攜帶信息, 通?？闪?pn和気為零。因此，2fsk信號的表達式可簡化為e2fsk(0 = s(t)cos3it + s2(t)coso)2t (6)其屮si(t) = en 一 ©)(7)s2(£)=n石9(上一心)aks2(t)cosvlt+qi)cos(w2n-(pn)s l(t) cos(xvlt+qi>czws2(t) cos(v2t+cpn)2fsk?(韻圖2-12fsk信號的調制過程原理圖2fsk信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調頻電路來實現(xiàn)；另外一種可以采用

5、鍵控法來實現(xiàn)，即在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關電路對兩個不同的獨立 頻率源進行選通，使其在每一個碼元心期間輸出fl或f2兩個載波之一，如圖2-2所示。這兩種方法產(chǎn)生2fsk信號的差異在于：由調頻法產(chǎn)生的2fsk信號在相鄰碼元之間的相位 變化是連續(xù)變化的。(這是一類特殊的fsk,稱為連續(xù)相位fsk (continuous-phase fsk,cpfsk) jfu鍵控法產(chǎn)生的2fsk信號，是由電子開關在兩個獨立的頻率源之間轉換形成, 故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。2. 2 2fsk的解調原理2fsk信號的常用解調方法是采用如下2-3所示的非和干解調(包絡檢波)和和干解調。 其解調原理是

6、將2fsk信號分解為上下兩路信號抽樣值的大小，可以不專門設置門限。判 決規(guī)則應與解調規(guī)則和呼應，解調時若規(guī)定“1”符號對應載波頻率fl,則接收時上支路 的樣值較大，應判為“1”；反z則判為“0”。(a)非相干解調coso)2t(b)相干解調圖2-3 2fsk信號解調原理圖除此z外,2fsk信號還有其他解調方法，比如鑒頻法、并分檢測法、過零(zero crossing) 檢測法等。2fsk在數(shù)字通信中應用較為廣泛。國際電信聯(lián)盟(itu)建議在數(shù)據(jù)率低于1200b/s 時采用2fsk體制。2fsk可以采用非和干接收方式，接收時不必利用信號的和位信息，因 此特別適合應用于衰落信道/隨參信道(如短波無

7、線電信道)的場合，這些信息會引起信 號的和位和振幅隨機抖動和起伏。3建立模型描述3. 1利用mat i ab的m語言對2fsk系統(tǒng)的仿真以rand函數(shù)模擬二進制信號源，ellipord和ellip函數(shù)求得橢圓低通濾波器階數(shù)， filter函數(shù)實現(xiàn)濾波功能。同時in文件的可編譯性使得程序的調試，特別是低通濾波器的 參數(shù)設置(程序中的fp, fs以及fs)十分方便。3.2利用simulink對2fsk系統(tǒng)的仿真simulink是matlab中的一種口j視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設計 環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非 線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字

8、信號處理的建模和仿真中。simulink nj'以用連續(xù)采樣時 間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系 統(tǒng)中的不同部分具冇不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一 個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (gut)，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就 能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真 結果。本設計中利用simulink軟件實現(xiàn)2fsk的調制與相干解調過程,模塊圖形如圖3.1所示。bernoulli binary bernoulli binary generatorgaussian noiseg

9、enefatorfihe< design&sine wv«2*-butt analogfilter d*»iqn2alter design 1pelationil op«r»tor圖3-1基于simulink的相干解調3. 3利用systemv iew對2fsk系統(tǒng)的仿真systemview是美國elanix公司推出的，基于windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿 真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(token)去描述程序，無需與復雜的程序 語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設計與仿真，快速地建立和修改系 統(tǒng)、訪問與調整參數(shù)，方便

10、地加入注釋。利用systemview,可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系 統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計 時，只需從systemview配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數(shù)設置，完成圖標間 的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真 分析結果。利用systemview軟件實現(xiàn)2fsk的調制與相干解調過程，模塊圖形如圖3.2所示。圖3-2基于systemview的相干解調4模塊功能分析或源程序代碼4.1利用mat i ab的m語言對2fsk系統(tǒng)的仿真源程序代碼如下：fc=20;% 載頻fs=100;

11、%系統(tǒng)采樣頻率fd=l;%碼速率n=fs/fd;df=10;numsymb=50;%進彳亍仿真的信息代碼個數(shù)m=2;%進制數(shù)snrpbit=100;% 信噪比snr=snrpbit/log2(m);% 60seed= 12345 54321;numplot=15;x=randsrc(numsymb, 1 ,0:m-1 );%產(chǎn)生 50 個二進制隨機碼figure(l)stem(fo:numplot-l,x(l:numplot),bx,);titled二進制比特流)xlabelctime1);ylabelcamplitude*);y=dmod(x,fc,fd,fs；fsk,m,df)；% 數(shù)字帶

12、通調制nummodplot=numplot*fs;t=0:nummodplot-l./fs;plot(t,y(l:length(t)；b-');axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);%軸坐標為-1.51.5titlec調制后的信號jxlabelftime*);%標記 x 軸為"time"ylabelcamplitude*);%標記 y 軸為"振幅”%加入高斯白噪聲randn(*state',seed(2);y=awgn(y,snr-10*log 10(0.5)-10*log 10(n),measured1,；db');%

13、 加入高斯白噪聲figure(3)plot(t,y(l:length(t)；b-');axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);titlec加入高斯白噪聲后的已調信號)xlabelftime*);ylabel('amplitude');%相干解調figure(4)z 1 =ddemod(y,fc,fd,fs,'fsk/eye',m,df)；titlec相干解調后信號的眼圖j%帶輸出波形的相干m元頻移鍵控解調figure(5)stem(0:numplot-1 ,x( 1:numplot)/bx');hold on;stem(0:nu

14、mplot-1 ,z 1 (1:numplot),'ro');hold off;axis(0 numplot -0.5 1.5);titlec相干解調后信號與原信號的比較')legendc原輸入二進制比特流，湘干解調后的信號)xlabelftime*);ylabel('amplitude');%非相干解調figure(6)z2=ddemod(y,fc,fd,fs,'fsk/eye/noncoh',m,df);titlec非相干解調后信號的眼圖jfigure(7)stem(0:numplot-1 ,x( 1:numplot)/bx'

15、);hold on;stem(0:numplot-1 ,z2( 1:numplot),'ro');hold off;axis(0 numplot -0.5 1.5);titlec非相干解調后的信號jlegendc原輸入二進制比特流丁非相干解調后的信號')xlabelftime*);ylabel('amplitude');%誤碼率統(tǒng)計enorsymratiosym=symerr(x,z 1);figure(8)simbasebandex(0:1:5);titlec相干解調后誤碼率統(tǒng)計')errorsymratiosym=symerr(x,z2);f

16、igure(9)simbasebandex(0:1:5);titlec非相干解調后誤碼率統(tǒng)計')%濾除高斯白噪聲delay=3;r=0.5;propd=0; %滯后 3syf,tf=rcosine(fd,fs,'fir*,r,delay);yo2,to2=rcosflt(y,fd,fs,'filter1,yf);t=0:nummodplot-1 ./fs;figure( 10)其模塊功能分析如下：圖4-2-12fsk信號調制模塊plot(t,y(l :length(t)；r-');hold on;plot(to2,yo2,'b-');% 濾岀帶外

17、噪聲hold off;axis(0 30-1.5 1.5);xlabelftime*);ylabel('amplitude');legend加入高斯白噪聲后的已調信號，經(jīng)過升余弦濾波器后的已調信號j titlec升余弦濾波前后波形比較jeyediagram(yo2,n); % 眼圖titlec加入高斯白噪聲后已調信號的眼圖)4. 2利用simulink對2fsk系統(tǒng)的仿真圖4-2-2系統(tǒng)信道模塊圖4-2-1為系統(tǒng)的調制模塊。本實驗屮通過健控法產(chǎn)生2fsk調制信號。隨機比特流的頻率為100hz,信號源1的頻率為1000hz,信號源2的頻率為2000hzo圖4-2-2為系統(tǒng)的信道模

18、塊。本實驗屮的信道為加了加性高斯白噪聲的信道。圖4-3-3為系統(tǒng)的解調模塊。本實驗屮帶通濾波器的值分別設為800hz1200hz,1800hz2200hz；低通濾波器的值都為100hz；抽樣判決器的抽樣頻率為100hz。4. 3利用systemv i ew對2fsk系統(tǒng)的仿真其模塊功能分析如廠圖4-3-1 2fsk信號調制模塊圖4-3-2 2fsk信號解調模塊圖4-3-1為系統(tǒng)的調制模塊。本實驗屮通過健控法產(chǎn)生2fsk調制信號。隨機比特流的頻率為20hz,信號源11頻率為200hz,信號源13頻率為400hzo圖4-3-2為系統(tǒng)解調模塊。本實驗小帶通濾波器的值分別設為180hz220hz, 3

19、80hz-420hz；低通濾波器的值都為100hz；抽樣判決器的抽樣頻率為loohzo5調試過程及結論5.1利用mat i ab的m語言對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程及結論二逬割比埒沅圖5-1-1二進制隨機序列圖5-1-22fsk調制信號加入高斯白堞聲后能已調信號8101214time0.1020.30.40.50.60.70.80.9圖5-1-3加入高斯白噪聲后的調制信號圖5-1-4相干解調后信號的眼圖一 原輸入二逬制比特流 0相干解調后的信號5apn 三 df<(> <4厶厶> <> <厶> <厶 <非相干舉坍后13號的眾因0.10

20、20.30.40.50.60.70.80.9i圖5-1-5相干解調后信號與原序列的比較圖5-1-6非相干解調的眼圖菲相干簾is后的矩號原輻入二迸制比特淤time原錨入二逬制比特流 y養(yǎng)相干蕭調心的（5尋卄相干ftiis心的（se1015圖5-1-7非相干解調信號與原序列的比較圖5-1-8相干解調后的誤碼率統(tǒng)計卄相材隨后誤豁率統(tǒng)計10thetxebcal sertheoretical 0er o simulaeed ser o simulated ber 4m - *' pjsduv升會弦垃漫前后溢形比較加入高斯白哎由后的已謂佰尋 經(jīng)過升余弦瀝淤器后的已ifflfb號1015202530

21、time圖5-1-9非相干解調后誤碼率的統(tǒng)計圖5-1-10升余弦濾波前后的比較加入高斯白噪聲后已調信號的眼圖1.5|.-c apnu-dluvemti圖5-1-11加入咼斯噪聲的眼圖從上面的圖屮可以看出程序仿真結果與實驗要求相符。同時高斯白噪聲對信道的各過 程有很大的影響，跟誤碼率有很大的關系。5. 2利用simulink對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程及結論圖5-2-1 2fsk信號的調制過程的圖形圖5-2-2 2fsk信號圖形與加入噪聲后的信號波形對比圖5-2-4 2fsk信號相干解調下支路的過程圖5-2-5原隨機二制進比特流圖形與經(jīng)調制解調后的信號圖形對比5. 3利用systemv i ew

22、對2fsk系統(tǒng)的仿真調試過程sink 39200*>300028cos3?ia« :n s«condi圖5-3-1二進制隨機序列tia« in secoais圖5-3-2 2fsk信號的相干解調上支路過程的圖形200.3sink 2100028cg3i 114030-3ti«« :n sxondt00028co3圖5-3-3 2fsk信號的相干解調下支路過程的圖形sink 23200.340c.3800<-3200240c*-3ti*« m sxwds8023圖5-3-4 2fsk調制后的波形si» 3020028003400,3500<-3-500e-320w3400700838023圖5-3-5 2fsk解調后的波形6心得體會通過這次的課程設計是我收獲很大，不僅再一次對mat la b功能的強大有了更加深刻 的認識同時還新接觸