2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真_第1頁
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文檔簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要2FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式.本文主要簡述了2FSK的設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)結(jié)果及分析.設(shè)計(jì)原理包括了2FSK的介紹,調(diào)制原理和解調(diào)原理;設(shè)計(jì)步驟包括了2FSK信號的產(chǎn)生,調(diào)制和解調(diào);設(shè)計(jì)結(jié)果及分析則包括了2FSK信號產(chǎn)生,調(diào)制和解調(diào)每一步的結(jié)果分析和用matlab實(shí)現(xiàn)上述的結(jié)果. 2FSK在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。關(guān)鍵詞:2FSK 基帶信號 載波 調(diào)制解調(diào)專心-專注-專業(yè)目錄710451、 引言本文主要利用matlab來實(shí)現(xiàn)2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)器的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)模塊包含信源調(diào)制、發(fā)送濾波器模

2、塊、信道、接收濾波器模塊、解調(diào)以及信宿,并對各個模塊進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。在此基礎(chǔ)上熟悉matlab的功能及操作,最后通過觀察仿真波形進(jìn)行波形分析及系統(tǒng)的性能評價。2FSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種:一種是模擬調(diào)頻法,另一種是鍵控法,即在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通,使其在每一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一。這兩種方法產(chǎn)生2FSK信號的差異在于:由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的,而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號是由電子開關(guān)在兩個獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成,故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。本實(shí)驗(yàn)采用的是模擬調(diào)頻法產(chǎn)生2FSK信號

3、。2FSK信號的接受也分相干和非相干接受兩種,非相干接收方法不止一種,他們都不利用信號的相位信息。故本設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法。在2FSK中,載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻率點(diǎn)間變化。因此,一個2FSK信號的波形可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。可以利用頻率的變化傳遞數(shù)字基帶信號,通過調(diào)制解調(diào)還原數(shù)字基帶信號,實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)目標(biāo)。2、 2fsk的基本原理和實(shí)現(xiàn)2.1 2FSK信號介紹2FSK是利用數(shù)字基帶信號控制在波的頻率來傳送信息。例如,1碼用頻率f1來傳輸,0碼用頻率f2來傳輸,而其振幅和初始相位不變。故其表示式為(1)(1)式中,假設(shè)碼元的初始相位分別為和;和為兩個不同的

4、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開關(guān)門電路,以此對兩個載波發(fā)生器進(jìn)行選通。2FSK的典型波形圖如圖1:圖1 2fsk波形圖2.2 2FSK信號的調(diào)制原理1 2FSK的調(diào)制在2FSK信號中,當(dāng)載波頻率發(fā)生變化時,載波的相位一般來說是不連續(xù)的,這種信號稱為不連續(xù)2FSK信號。相位不連續(xù)的2FSK通常用頻率選擇法產(chǎn)生。2FSK調(diào)制就是使用兩個不同的頻率的載波信號來傳輸一個二進(jìn)制信息序列??梢杂枚M(jìn)制“1”來對應(yīng)于載頻w1,而“0”用來對應(yīng)于另一相載頻w2的

5、已調(diào)波形,而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立的頻率源w1、w2進(jìn)行選擇通。如下原理圖:圖2 2FSK調(diào)制原理框圖2 2FSK的解調(diào)本設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法。根據(jù)已調(diào)信號由兩個載波f1、f2調(diào)制而成,則先用兩個分別對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。原理圖如下:圖3 2FSK的解調(diào)原理圖3、 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟3.1 信號產(chǎn)生:二進(jìn)制隨機(jī)序列和兩列頻率不等的載波1)利用matlab 庫函數(shù)產(chǎn)生10個二進(jìn)制隨機(jī)數(shù),也就是我們的基波調(diào)制信號a。并畫出其波形。2)產(chǎn)生兩列余

6、弦波tuf1和tuf2,頻率分別為f1=20hz,f2=100hz;并畫出其波形。3.2 信號調(diào)制:產(chǎn)生2FSK信號和加入高斯噪聲后的2FSK信號1)用二進(jìn)制序列a去調(diào)制f1和f2,產(chǎn)生2fsk信號,具體做法是用以a生成的方波信號g1a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。并畫出其波形。2)調(diào)用matlab 庫函數(shù)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。并畫出其波形。3.3 解調(diào)1)對于兩列讓sn通過兩個帶通濾波器H1和H2,他們分別以f1和f2為中心頻率,并畫出經(jīng)過帶通濾波器后的波形。2)對這兩列波形分別相干解調(diào)乘以與他們同頻同相

7、的余弦波tuf1和tff2,畫出此時的波形。3)讓這兩列波形再通過低通濾波器sw1和sw2得到這兩列基帶調(diào)制波形g1a和g2a.畫出其波形。4)最后將兩列波g1a和g2a通過抽樣判決器,畫出其波形st,并與之前調(diào)制后的波形sn做對比。4、 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1 信號產(chǎn)生第一幅圖設(shè)置二進(jìn)制序列是,第二和第三幅圖片是頻率為20hz的載波f1和頻率為100hz的載波f2的波形。圖4 信號產(chǎn)生時的各參數(shù)圖 5 調(diào)制信號的頻譜圖 圖6 載波1的頻譜圖 圖7 載波2的頻譜圖 4.2 信號調(diào)制由于產(chǎn)生的隨即序列是,對比上面圖3可以看出,波形較疏的是f1,波形較密的是f2,上圖呈現(xiàn)的序列是:,與調(diào)制波相符。圖

8、8 信號調(diào)制時的各參數(shù) 圖9 已調(diào)信號的頻譜圖 4.3 信號解調(diào)經(jīng)過帶通濾波器之后濾出了頻率為f1和f2的載波,從圖3和圖7的對比可以看出這一步做對了。 圖10 兩列信號經(jīng)過帶通濾波器后的波形 下圖兩列信號經(jīng)過相干解調(diào)乘以同頻同相的載波之后得到的波形,可以看出圖10比圖9的波形更密了。圖11 兩列信號經(jīng)過相干解調(diào)乘以同頻同相的載波后的波形 經(jīng)過低通濾波器之后,調(diào)制信號被濾出來了,第一幅為f1,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f2相乘的。圖12 兩列信號經(jīng)過低通濾波器后的波形經(jīng)過抽樣判決之后,恢復(fù)出來的基帶信號是:,與調(diào)

9、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)。圖13 信號經(jīng)過抽判后的波形及原始波形 圖 13 信噪比與誤碼率關(guān)系圖由圖可以看出隨著信噪比的增大,誤碼率在降低4.4 課程設(shè)計(jì)程序fs=2000; %抽樣頻率fd=1;M=2;df=10;dt=1/fs;f1=20; %定義兩列載波的頻率f2=100;a=round(rand(1,10); %產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列g(shù)1=a;g2=a;g11=(ones(1,2000)*g1; %產(chǎn)生方波信號g1a=g11(:); g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1=le

10、ngth(t);tuf1=cos(2*pi*f1.*t)tuf2=cos(2*pi*f2.*t)subplot(311)n=0:9;x=square(1,50);stem(0:9,a*x);grid;xlabel(二進(jìn)制隨機(jī)序列)ylabel(幅度)subplot(312);plot(t,tuf1);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=g1a.*tuf1;fsk2=g2a.*tuf2;fsk=fsk1+fsk2;no=0.01*randn(1,t1

11、);%噪聲sn=fsk+no;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(101,10/800 20/800);b2=fir1(101,90/800 110/800); %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); %噪聲信號同時通過兩個濾波器subplot(211);pl

12、ot(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(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)yla

13、bel(.幅度)xlabel(t)bn=fir1(101,2/800 10/800); %經(jīng)過低通濾波器figure(5)st1=filter(bn,1,sw1);st2=filter(bn,1,sw2);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)%判決for i=1:length(t) if(st1(i)=st2(i) st(i)=0

14、; else st(i)=st2(i); end endfigure(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)制信號進(jìn)行傅里葉變換plot(abs(fft(y1); grid;title(調(diào)制信號的頻譜圖);axis(0,125,1,5);figure(8)y2=fftshift(tuf1);%對載波信號進(jìn)行傅里葉變

15、換plot(abs(fft(y2);grid;title(載波1的頻譜圖);axis(0,1000,0,0.);figure(9)y3=fftshift(tuf2);plot(abs(fft(y3);grid;title(載波2的頻譜圖);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);axis(0,1000,0,1000);figure(11)z1=ddemod(sn,f1,fd,fs,fsk/eye,M,df);%相干解調(diào)title(相干解調(diào)后的

16、信號的眼圖)errorSym ratioSym=symerr(a,z1);%誤碼率統(tǒng)計(jì) figure(12) simbasebandex(0:1:5); title(相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì))5、 心得體會兩周的課程設(shè)計(jì)在忙忙碌碌中一晃而過。經(jīng)歷了一次次的困惑,卻積累了一定的知識。在整個課程設(shè)計(jì)中的過程中遇到的問題主要有以下三點(diǎn):第一,基礎(chǔ)知識的不牢固,主要表現(xiàn)在一些常用的電路的形式和功能不清楚,對書本上的內(nèi)容理解不夠透徹;第二,對一些常用的應(yīng)用軟件缺少應(yīng)用,體現(xiàn)在華電路圖和系統(tǒng)仿真的時候,對這些軟件操作的不熟練,浪費(fèi)了很多時間。第三,相關(guān)知識掌握不夠全面,缺少系統(tǒng)設(shè)計(jì)額仿真的經(jīng)驗(yàn)。 這次課程設(shè)計(jì)

17、進(jìn)一步端正了我的學(xué)習(xí)態(tài)度,學(xué)會了實(shí)事求是,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng),提高了動手能力。對自己要嚴(yán)格要求,不能夠一知半解要力求明明白白。急于求成是不好的,不僅會浪費(fèi)時間還會適得其反。在我看來,懂得少并不可怕,可怕的是不向別人虛心學(xué)習(xí)。沒有人生下就知道什么,也沒有人生下來就很聰明。即使是天才,也要通過后天的努力,才獲得成功的。我覺得動手之前,頭腦里必須清楚怎么做,通過我的不懈努力,在這方面我總會得到提高,這一點(diǎn)我堅(jiān)信。因?yàn)閯e人能做到的,我也一定能做到。在此次的課程設(shè)計(jì)中我最大的體會就是進(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。通過一個星期的實(shí)習(xí),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??偠灾?,在此次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了好多平時在課堂上學(xué)不到得東西,增加了我的知

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