基于MATLAB的2FSK的調(diào)制與解調(diào)

1、基于MATLAB的2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)目的二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容在信道中，大多數(shù)具有帶通傳輸特性，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)?？梢杂脭?shù)字基帶信號(hào)改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。也可以用數(shù)字基帶信號(hào)同時(shí)改變正弦型載波幅度、頻率或相位中的某幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生新型的數(shù)字調(diào)制。本課程設(shè)計(jì)旨在根據(jù)所學(xué)的通信原理知識(shí)，并基于MATLAB軟件，仿真一2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)。2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)，即頻移鍵控的數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)。頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在fl和

2、f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。因此，一個(gè)2FSK信號(hào)的波形可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。可以利用頻率的變化傳遞數(shù)字基帶信號(hào)，通過(guò)調(diào)制解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)目標(biāo)。三、2FSK的基本原理和實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻率調(diào)制是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制正弦波的頻率隨二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)也7n1、2FSK的產(chǎn)生在2FSK信號(hào)中，當(dāng)載波頻率發(fā)生變化時(shí)，載波的相位一般來(lái)說(shuō)是不連續(xù)的,這種信號(hào)稱(chēng)為不連續(xù)2FSK信號(hào)。相位不連續(xù)的2FSK通常用頻率選擇法產(chǎn)生,如圖3-2所示:圖3-22FSK信號(hào)調(diào)制器進(jìn)制信號(hào)通過(guò)兩個(gè)與門(mén)電路，控制其中的一個(gè)載波通過(guò)。調(diào)制器各點(diǎn)波形如圖3-3所示:的變化而變化。由于二進(jìn)制數(shù)字信息只有兩個(gè)

3、不同的符號(hào)，所以調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)有兩個(gè)不同的頻率fl和f2,fl對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“1”，f2對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“0”二進(jìn)制數(shù)字信息及已調(diào)載波如圖3-1所示兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器作為兩個(gè)頻率發(fā)生器,他們受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)二進(jìn)制信1;抵期揩倒相戕相加2soito口|i'jg:wwwvwwm；1，AA7WV/Vbt、"At:WVWWVtM，圖3-32FSK調(diào)制器各點(diǎn)波形由圖3-3可知，波形g是波形e和f的疊加。所以，二進(jìn)制頻率調(diào)制信號(hào)2FSK可以看成是兩個(gè)載波頻率分別為fl和f2的2ASK信號(hào)的和。由于“1”“0”統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，因此，2FSK信號(hào)功率譜密度等于這兩個(gè)2ASK信號(hào)功率譜密度之和,(3

4、-1)均s卜月心k<7)|+出比(/)|工2FSK信號(hào)的功率譜如圖3-4所示:a圖3-42FSK信號(hào)的功率譜由圖3-4看出，2FSK信號(hào)的功率譜既有連續(xù)譜又有離散譜，離散譜位于兩個(gè)載波頻率fl和f2處，連續(xù)譜分布在fl和f2附近，若取功率譜第一個(gè)零點(diǎn)以?xún)?nèi)的成分計(jì)算帶寬，顯然2FSK信號(hào)的帶寬為&感瓦=1為+加（3-2）寬為為了節(jié)約頻帶，同時(shí)也能區(qū)分fl和f2,通常取|f1-f2|=2fs,因此2FSK信號(hào)的帶(3-3)當(dāng)|f1-f2|=fs時(shí)，圖3-4中2FSK的功率譜由雙峰變成單峰，此時(shí)帶寬為匹日M+現(xiàn)也a對(duì)于功率譜是單峰的2FSK信號(hào)，可采用動(dòng)態(tài)濾波器來(lái)解調(diào)。此處介紹功率譜為

5、雙峰的2FSK信號(hào)的解調(diào)。2、2FSK濾波器的調(diào)解及抗噪聲性能2FSK信號(hào)的解調(diào)也有相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)兩種。由于2FSK信號(hào)可看做是兩個(gè)2ASK信號(hào)之和，所以2FSK解調(diào)器由兩個(gè)并聯(lián)的2ASK解調(diào)器組成。圖3-5為2FSK相干和包絡(luò)解調(diào)。相干2FSK抗噪聲性能的分析方法和相干2ASK很相似。現(xiàn)將收到的2FSK&coi發(fā):T碼時(shí)信號(hào)表示為275必發(fā)W碼時(shí)（3巧）波頻率為f1，信號(hào)能通過(guò)上支路的帶通濾波器。上支路帶通濾波器的輸出是信號(hào)和窄帶噪聲ni1(t)的疊加(噪聲中的下標(biāo)1表示上支路窄帶高斯噪聲)，即(3-6)夕832研才+岸口=cjg52叫小十再口二口與2港f：2一"如弧2

6、班才此信號(hào)與同步載波cos2冗fit相乘，再經(jīng)低通濾波器濾除其中的高頻成分，送給(3-7)取樣判決器的信號(hào)為上式中未計(jì)入系數(shù)1/2。與此同時(shí)，頻率為fi的2FSK信號(hào)不能通過(guò)下支路中的帶通濾波器，因?yàn)橄轮分械膸V波器的中心頻率為f2,所以下支路帶通濾波器的輸出只有窄帶高斯噪聲，即%。)=easier-(r)sin2jr(3-8)此噪聲與同步載波cos2冗f2t相乘，再經(jīng)低通濾波器濾波后輸出為(3-9)上式中未計(jì)入系數(shù)1/2。定義=為Q)不=。十珥迨)一如S(3-10)(3-11)其中，nI1、nI2都是均值為0、方差為£=«O2ASK=2叼工的高斯隨機(jī)變量,所以x是均值

7、為a、方差為的高斯隨機(jī)變量，x的概率密度函數(shù)為取樣判決器對(duì)x(t)取樣，取樣值為"二發(fā)”錯(cuò)判成”的概率，即汽01)網(wǎng)工£。)=:方)出Jr(3-13)(3-12)判決器對(duì)x進(jìn)行判決，當(dāng)x>0時(shí)，判發(fā)送信息為“1,”此判決是正確的；當(dāng)x<0時(shí)，判決發(fā)送信息為“0”顯然此判決是錯(cuò)誤的。由此可見(jiàn)，x<0的概率就是當(dāng)發(fā)送數(shù)字信號(hào)”對(duì)，下支路有信號(hào)，上支路沒(méi)有信號(hào)。用與上面分析完全相同的方法，可得到發(fā)“0招時(shí)錯(cuò)判成“俏的卞S率P(l/0),容易發(fā)現(xiàn)，此概率與上式表示的P(0/1)相同，所以解調(diào)器的平均誤碼率為Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(0/

8、1)P(1)+P(0)=P(0/1)(3-14)所以(3-15)注意，式中無(wú)需“1、”“明概這一條件由相關(guān)調(diào)制解調(diào)的原理圖11Cosco2t輸入的信號(hào)為：S(t)=Ean*g(t-nTs)cos1t+m*g(t-nTs)cos1t(m是an的反碼)來(lái)設(shè)計(jì)仿真3、仿真思路(1)首先要確定采樣頻率fs和兩個(gè)載波f1,f2的值。(2)先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的信號(hào)，寫(xiě)出輸入已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式是s(t)o由于s(t)中有反碼的存在，則需要將信號(hào)先反轉(zhuǎn)后在原信號(hào)和反轉(zhuǎn)信號(hào)中進(jìn)行抽樣。寫(xiě)出已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式s(t)o(3)在2FSK的解調(diào)過(guò)程中，根據(jù)解調(diào)的原理圖，信號(hào)先通過(guò)帶通濾波器，設(shè)置帶通濾波器的參數(shù)，后用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對(duì)信號(hào)s(t)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。由于已調(diào)信號(hào)中有兩個(gè)不同的載波，則經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同頻率的帶通濾波器后輸出兩個(gè)不同的波形Hi,H2。(4)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的2FSK信號(hào)再分別經(jīng)過(guò)相乘器，輸出得到相乘后的兩個(gè)不同的2FSK波形swi,sw20(5)經(jīng)過(guò)相乘器輸出的波形再通過(guò)低通濾波器，設(shè)置低通濾波器的參數(shù)，用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對(duì)信號(hào)進(jìn)行新的一輪的濾波處理。輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器后的兩個(gè)波形Sti,St2