2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 摘要本課設(shè)設(shè)計(jì)主要是為了研究2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)對2FSK調(diào)制系統(tǒng)的仿真。數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。本設(shè)計(jì)分別通過構(gòu)建載波，調(diào)制，解調(diào)，加噪等模塊完成課程設(shè)計(jì)。2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號來傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列。2FSK的解調(diào)方式有兩種：相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式，本次課程設(shè)計(jì)采用的是相干解調(diào)方式。關(guān)鍵字：2FSK 調(diào)制 解調(diào) 目錄 總結(jié)3專心-專注-專業(yè) 一目的及意義 本課程設(shè)計(jì)主要研究2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。通過完成本課題的設(shè)計(jì)，擬達(dá)到以下目的： 1.學(xué)習(xí)使用

2、計(jì)算機(jī)建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能，學(xué)會(huì)利用仿真的手段對于實(shí)用通信系統(tǒng)的基本理論，基本算法進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。 2.學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB7.0的基本使用方法，學(xué)會(huì)使用這些元件解決實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)的問題； 3.通過系統(tǒng)仿真加深對通信課程理論的理解。 4.用MATLAB7.0設(shè)計(jì)一種2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。通過該課題的設(shè)計(jì)與仿真，可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)知識的能力和計(jì)算機(jī)編程的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)。 二設(shè)計(jì)原理2.1 2FSK介紹 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率

3、。2FSK信號便是符號“1”對應(yīng)于載頻f1，而符號“0”對應(yīng)于載頻f2（與f1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且f1與f2之間的改變是瞬間完成的。其表達(dá)式為： （1）典型波形如下圖所示。由圖可見,2FSK信號可以看作兩個(gè)不同載頻的ASK信號的疊加。因此2FSK信號的時(shí)域表達(dá)式又可以寫成： （2）式中，假設(shè)碼元的初始相位分別為和；和為兩個(gè)不同的碼元的角頻率；幅度為A為一常數(shù)，表示碼元的包絡(luò)為矩形脈沖。 2FSK信號的產(chǎn)生方法有兩種：模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)頻。鍵控法，用數(shù)字基帶信號及其反相分別控制兩個(gè)開關(guān)門電路，以此對兩個(gè)載波發(fā)生器進(jìn)行選通。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本

4、相同，只有一點(diǎn)差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，則分別有兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。 圖1 原理框圖2.2 2FSK調(diào)制2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號來傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列?？梢杂枚M(jìn)制“1”來對應(yīng)于載頻f1，而“0”用來對應(yīng)于另一相載頻w2的已調(diào)波形，而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源w1、f2進(jìn)行選擇。 圖2 調(diào)制原理框圖2.3 2FSK解調(diào)2FSK的解調(diào)方式有兩種:相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式。 非相干解調(diào)經(jīng)過調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號通過兩個(gè)

5、頻率不同的帶通濾波器f1、f2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號就是調(diào)制前的輸入信號。其原理圖如下圖所示： 圖3非相干解調(diào)原理圖 相干解調(diào)根據(jù)已調(diào)信號由兩個(gè)載波f1、f2調(diào)制而成，相干解調(diào)先用兩個(gè)分別對f1、f2帶通的濾波器對已調(diào)信號進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號進(jìn)行抽樣判決器即可。其原理如下： 圖4 相干解調(diào)原理框圖此次課設(shè)設(shè)計(jì)采用的是相干解調(diào)。 三詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟3.1信號產(chǎn)生1)根據(jù)MATLAB 函數(shù)rand(1,10

6、)生成10個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)，即基波調(diào)制信號a,然后進(jìn)行抽樣，使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，得出調(diào)制信號的波形圖。2)定義兩列頻率分別為f1=10hz,f2=5hz的余弦波tuf1和tuf2 ；并使用MATLAB畫出兩個(gè)余弦波形。3.2信號調(diào)制1)用二進(jìn)制序列a分別去調(diào)制f1和f2，產(chǎn)生2FSK信號，即是用以a生成的g1a方波信號直接與tuf1相乘，用a取反后的方波g2a與tuf2相乘，再將兩列信號相加，即得到2FSK信號，使用MATLAB仿真出調(diào)制信號波形。2)調(diào)用matlab 庫函數(shù)randn(1,t1)產(chǎn)生高斯噪聲no，并與2FSK信號相加得到加入噪聲后的sn信號。并仿真出調(diào)制信號以及加高斯

7、白噪聲后的信號波形。3.3信號解調(diào)1)將加噪后的信號分別通過兩個(gè)中心頻率為f1和f2的帶通濾波器H1和H2。仿真出經(jīng)過帶通濾波器后的兩個(gè)波形。2)對這兩列波形分別進(jìn)行相干解調(diào)乘以與他們同頻同相的余弦波tuf1和tff2，仿真出兩個(gè)波形。3)讓這兩列波形再通過低通濾波器sw1和sw2得到濾出的調(diào)制信號，這兩列基帶調(diào)制波形g1a和g2a.仿真出其波形。4)最后將兩列波g1a和g2a通過抽樣判決器，會(huì)付出基帶信號，與調(diào)制信號一樣。仿真出其波形st，并與之前調(diào)制后的波形sn做對比。5)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。3.4信號頻譜產(chǎn)生將調(diào)制信號，載波信號和已調(diào)信號的函數(shù)進(jìn)行傅里葉變化，分別仿真出它們的頻譜圖。 四設(shè)計(jì)結(jié)果及

8、分析4.1信號產(chǎn)生 圖5 兩個(gè)頻率不同的載波波形圖 分析：第一幅圖顯示了此時(shí)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列是，第二和第三幅圖片是頻率為20Hz的載波tuf1和頻率為100Hz的載波tuf2的波形。4.2信號調(diào)制 圖6 調(diào)制信號波形圖以及加噪后的波形圖 分析：由于產(chǎn)生的隨即序列是，對比上面的波形圖可以看出，波形較疏的是tuf1，波形較密的是tuf2，上圖呈現(xiàn)的序列是：，與調(diào)制波相符。4.3 信號解調(diào) 1） 圖7 載波經(jīng)過帶通濾波器后的波形圖 分析：經(jīng)過帶通濾波器之后濾出了頻率為f1和f2的載波。 2） 圖8 信號經(jīng)過相乘器后的波形 分析：這是兩列信號經(jīng)過相干解調(diào)乘以同頻同相的載波之后得到的波形。3） 圖9 信

9、號通過低通濾波器后的波形圖 分析：經(jīng)過低通濾波器之后，調(diào)制信號被濾出來了，第一幅為tuf1，濾波后的序列為：，與之前的調(diào)制信號相同。第二幅圖為：，與調(diào)制信號相反，這是因?yàn)樵诔绦蛑嘘?duì)調(diào)制信號取反之后才和tuf2相乘的。4） 圖10 已調(diào)信號經(jīng)過判決后的波形和原始波形圖 分析：經(jīng)過抽樣判決之后，恢復(fù)出來的基帶信號是：，與調(diào)制信號一樣，從原始波形也可以看出，解調(diào)后的波形與調(diào)制信號相同。2FSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)。5) 圖11 調(diào)制信號a頻譜圖 分析：經(jīng)過MATLAB語言產(chǎn)生從1到10的隨機(jī)序列的調(diào)制信號，經(jīng)過傅里葉變換生成 ，調(diào)制信號的頻譜圖。6） 圖12 載波的頻譜圖 分析：將載波1信號進(jìn)行傅里葉變換，

10、生成載波1的頻譜圖。7） 圖13 載波的頻譜圖分析：將載波2信號進(jìn)行傅里葉變換，生成載波2的頻譜圖。8） 圖14 已調(diào)信號的頻譜圖 分析：已調(diào)信號進(jìn)行傅里葉變化，生成已調(diào)信號的頻譜圖。9） 圖15 2FSK信噪比誤碼率關(guān)系圖 分析：在不同的信噪比情況下，在2FSK中誤碼率與信噪比的關(guān)系。 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，自己收獲了很多新的知識；首先讓自己結(jié)識了MATLAB這個(gè)軟件。它不僅能做數(shù)學(xué)上的計(jì)算、畫圖，還內(nèi)置了很多強(qiáng)大的算法和一些集成的工具，如：FFT，fir，hamming等等。而我們在使用MATLAB時(shí)只需要調(diào)用簡單的函數(shù)命令就可以實(shí)現(xiàn)很多功能，用MATLAB可以大大簡化很多運(yùn)算，同時(shí)我們可

11、以將書上的理論知識用MATLAB去仿真和實(shí)現(xiàn)。如果讓自己去實(shí)現(xiàn)這些功能，就很難想象了。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)讓我對很多理論知識有了更深的了解，如：怎么用基帶信號去調(diào)制載波，怎么將書上的理論圖變成程序，怎樣產(chǎn)生頻譜圖，以及認(rèn)識到誤碼率和信噪比的關(guān)系，以及如何設(shè)計(jì)出系統(tǒng)等等。在做這次課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，為花了很多時(shí)間去查閱MATLAB的相關(guān)知識，他的指令集，他的函數(shù)庫等等，以后做其他東西的時(shí)候也可以用MATLAB來做。 在此次的課程設(shè)計(jì)中我最大的體會(huì)就是進(jìn)一步認(rèn)識到了理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性。 一份耕耘一分收獲。通過連續(xù)幾周的上機(jī)實(shí)踐，讓我明白科學(xué)的思維方法和學(xué)習(xí)方法是多么重要，只有這樣才能夠讓自己工作更完美

12、。 總而言之，在此次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了好多平時(shí)在課堂上學(xué)不到得東西，增加了 我的知識運(yùn)用能力，為我走向社會(huì)奠定了一個(gè)好的基礎(chǔ)。 通過對MATLAB這個(gè)軟件的學(xué)習(xí)，使我對通信原理又有了進(jìn)一步的認(rèn)識。在以往的 學(xué)習(xí)中我多是注重理論知識沒注重實(shí)踐，這次實(shí)踐使我對課本知識有了新的理解。 參考文獻(xiàn)1 李建新.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB 通信工具箱.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.2 樊昌信.通信原理.北京：國防工業(yè)出版社.3 劉敏.MATLAB通信仿真與應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社4 曹志剛等. 現(xiàn)代通信原理. 北京：清華大學(xué)出版社2001.5 5 吳偉陵等著.移動(dòng)通信原理.北京：電子工業(yè)

13、出版社.2005. 附件fs=2000; %抽樣頻率dt=1/fs;f1=10; %定義兩列載波的頻率f2=5;a=round(rand(1,10); %產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列g(shù)1=a;g2=a; % 信號反轉(zhuǎn)，和g1反向g11=(ones(1,2000)'*g1; %抽樣g1a=g11(:)' g21=(ones(1,2000)'*g2;g2a=g21(:)'t=0:dt:10-dt;t1=length(t);tuf1=cos(2*pi*f1.*t) %頻率為20Hz的載波tuf1tuf2=cos(2*pi*f2.*t) %頻率為10Hz的載波tuf2 subpl

14、ot(311) %把屏幕分成3個(gè)窗口，取第一個(gè)n=0:9;x=square(1,50); %產(chǎn)生方波stem(0:9,a*x); %以0:9為x軸，a*x為y軸grid;xlabel('二進(jìn)制隨機(jī)序列')ylabel('幅度') subplot(312);plot(t,tuf1); %二維曲線畫圖title('頻率為f1的余弦波')ylabel('幅度') subplot(313);plot(t,tuf2);title('頻率為f2的余弦波')ylabel('幅度') figure(2)FSK1=g

15、1a.*tuf1; %經(jīng)過相乘器進(jìn)行相乘運(yùn)算FSK2=g2a.*tuf2; %經(jīng)過相乘器進(jìn)行相乘運(yùn)算FSK=FSK1+FSK2; %生成2fskno=0.01*randn(1,t1);%噪聲sn=FSK+no; %加噪subplot(211);plot(t,FSK);title('2FSK波形')ylabel('幅度') subplot(212);plot(t,sn);title('加入高斯噪聲后的2FSK波形')ylabel('幅度的大小')xlabel('t') figure(3) %FSK解調(diào)b1=fir1(

16、101,10/800 20/800);b2=fir1(101,20/800 50/800); %設(shè)置帶寬參數(shù)H1=filter(b1,1,sn); %b1為分子，1為分母，sn為濾波器輸入序列H2=filter(b2,1,sn); %噪聲信號同時(shí)通過兩個(gè)濾波器subplot(211);plot(t,H1); title('經(jīng)過帶通濾波器H1后的波形') %畫出經(jīng)過H1濾波器后的波形ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,H2); %畫出經(jīng)過濾波器二后的波形title('經(jīng)過帶通濾波器H2后的波形') ylabel(

17、9;幅度')xlabel('t')sw1=H1.*H1; %相干解調(diào)乘以同頻同相的載波sw2=H2.*H2;%經(jīng)過相乘器 figure(4)subplot(211);plot(t,sw1);title('經(jīng)過相乘器h1后的波形') %畫出乘以同頻同相載波后的波形ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,sw2);title('經(jīng)過相乘器h2后的波形')ylabel('.幅度')xlabel('t')bn=fir1(101,2/800 10/800); %經(jīng)過低通濾波器

18、figure(5)st1=filter(bn,1,sw1); %b1為分子，1為分母，sw1為濾波器輸入序列st2=filter(bn,1,sw2); %b1為分子，1為分母，sw2為濾波器輸入序列subplot(211);plot(t,st1);title('經(jīng)過低通濾波器sw1后的波形') %經(jīng)過低通濾波器，濾出頻率ylabel('幅度') %為f1,f2的基帶調(diào)制信號波形subplot(212);plot(t,st2);title('經(jīng)過低通濾波器sw2后的波形')ylabel('幅度')xlabel('t'

19、)%判決for i=1:length(t) if(st1(i)>=st2(i) st(i)=0; else st(i)=st2(i); end end figure(6)st=st1+st2;subplot(211);plot(t,st);title('經(jīng)過抽樣判決器后的波形') %畫出經(jīng)過抽樣判決的波形 ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,sn);title('原始的波形')ylabel('幅度')xlabel('t') figure(7)y1=fftshift(a);%對調(diào)制信

20、號進(jìn)行傅里葉變換plot(abs(fft(y1); grid;title('調(diào)制信號的頻譜圖');ylabel('幅度')xlabel('f')axis(0,125,1,5);figure(8)y2=fftshift(tuf1);%對載波信號進(jìn)行傅里葉變換plot(abs(fft(y2);grid;title('載波1的頻譜圖');ylabel('幅度')xlabel('f')axis(0,1000,0,0.);%橫坐標(biāo)的范圍是（0,1000），縱坐標(biāo)是（0，0.）figure(9)y3=fftsh

21、ift(tuf2);%讓tuf2正半軸部分和負(fù)半軸部分的圖像分別關(guān)于各自的中心對稱plot(abs(fft(y3);grid;title('載波2的頻譜圖');ylabel('幅度')xlabel('f')axis(500,1500,0,0.);figure(10)y4=fftshift(st);%對已調(diào)信號進(jìn)行傅里葉變換plot(abs(fft(y4);grid;title('已調(diào)信號的頻譜圖');ylabel('幅度')xlabel('f')axis(0,1000,0,1000); snrdB_min=-10; snrdB_max=10; snrdB=snrdB_min:1: