1、沈阳理工大学通信系统课程设计报告1基于 MATLAB 的 2FSK 系统仿真1.课程设计目的(1)要求学生掌握 2FSK 的调制与解调的实现方法；(2)遵循本系统的设计原则，理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间的关系；(3)加深理解 2FSK 调制器与解调器的工作原理，学会对 2FSK 工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法（4）掌握 MATLAB 软件的使用。2.课程设计要求1）学习现有流行的通信仿真软件 MATLAB 的基本使用方法，学会使用这些软件解决实际系统出现的问题。2）本课程设计旨在根据所学的通信原理知识，并基于 MATLAB 软件，仿真一 2FSK 数字通信系统。
2、3）2FSK 数字通信系统，即频移键控的数字调制通信系统。频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。3. 相关知识3.1 2FSK 简介数字信号的传输方式分为基带传输与带通传输。然而，实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号。为了使数字信号在通带系统中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端，通过解调器把带通信号还原为数字基带信号的过程称为数字解调。数字调制的基本方式有三种：振幅键控（ASK） 、频移键控（FSK） 、相移键控（PSK） 。本文介绍的就是二进制数字
3、频移键控系统（2FSK） 。移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单，易沈阳理工大学通信系统课程设计报告2于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。3.2 2FSK 的产生2FSK 信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元 Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一。两种方法的差异在于：由调频法产
4、生的 2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的 2FSK 信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换而成，故相邻码元之间的相位不一定连续。3.3 2FSK 相关原理2FSK 信号的常用解调方法是采用如图所示的非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调图 1 非相干解调图 2 相干解调原理是将 2FSK 信号分解为上下两路 2ASK 信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号的抽样值的大小，可以不专门设置门沈阳理工大学通信系统课程设计报告3限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反
5、之则判为“0”。除此之外，2FSK 信号还有其他解调方法，比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等。过零检测法的原理基于 2FSK 信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。2FSK 在数字通信中应用较为广泛。国际电信联盟（ITU）建议在数据率低于1200b/s 时采用 2FSK 体制。2FSK 可以采用非相干接收方式，接收时不必利用信号的相位信息，因此特别适合应用于衰落信道/随参信道（如短波无线电信道）的场合，这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏。4.课程设计分析先确定采样频率 fs 和两个载波频率的值 f1，f2，产生 2FSK 信号，然后
6、进行调制与解调。1）写出输入已经信号的表达式 S(t)。由于 S(t)中有反码的存在，则需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样。写出已调信号的表达式S(t)。2）在 2FSK 的解调过程中，信号首先通过带通滤波器，设置带通滤波器的参数，后用一维数字滤波函数 filter 对信号 S(t)的数据进行滤波处理。输出经过带通滤波器后的信号波形。由于已调信号中有两个不同的载波（1, 2）,则经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形 H1,H2。3）经过带通滤波器后的 2FSK 信号再经过相乘器（cos1，cos2） ，两序列相乘的 MATLAB 表达式 y=x1.*x2 SW=H
7、n.*Hn ，输出得到相乘后的两个不同的 2FSK 波形 h1,h2。4）经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器，设置低通滤波器的参数，用一维数字滤波韩式 filter 对信号的数据进行新的一轮的滤波处理。输出经过低通滤波器后的两个波形（sw1,sw2） 。5）将信号 sw1 和 sw2 同时经过抽样判决器，分别输出 st1,st2。其抽样判决器输出的波形为最后的输出波形 st。对抽样判决器经定义一个时间变量长度i，当 st1(i)=st2(i)时，则 st=0，否则 st=st2(i).其中 st=st1+st2。6）使用 MATLAB 编程（m 文件）完成系统的仿真沈阳理工大学通信系统课程设
8、计报告45.仿真（simulink 仿真模型图）2FSK 信号的 simulink 仿真模型图如下：图 3沈阳理工大学通信系统课程设计报告5参数设置如下图：图 4图 5沈阳理工大学通信系统课程设计报告6：图 6沈阳理工大学通信系统课程设计报告7：图 7沈阳理工大学通信系统课程设计报告8图 8沈阳理工大学通信系统课程设计报告9图 9沈阳理工大学通信系统课程设计报告10图 10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：沈阳理工大学通信系统课程设计报告11图 116.结果分析6.1 Matlab 仿真结果分析本实验对信号2FSK采用相干解调进行解调。2FSK信号的调制解调原理是
9、通过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调，然后进行抽样判决输出信号。设“1”符号对应载波频率f1， “0”符号对应载波频率f2。采用两个带通滤波器来区分中心频率分别为f1和f2的信号。中心频率为f1的带通滤波器之允许中心频率为f1的信号频谱成分通过，滤除中心频率为f2的信号频谱成分。接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分别含有噪声n1,n2，其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器的输出噪声窄带高斯噪声，其均值同为0，方差同为(n)2,只是中心频率不同而已。其抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规制应与
10、调制规制相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的抽样较大，应判为“1” ，反之则判为“0” 。6.2 simulink 仿真结果分析本次课程设计实现了 2FSK 的调制与解调过程。通过误码率为 0 的分析，可能是系统自身的原因造成的或者系统没有多大的误差，但根据示波器的波形看出初始的时候有一些失真原因可能是初始信号不稳定造成的。本实验用一个逻辑比较器替代抽样判决模块，简化了模块。7.参考文献1 飞思科技产品研发中心神经网络理论与 MATLAB7 实现电子工业出版社，2005.32 韩力群.人工神经网络理论、设计及应用:第二版.化学工业出版社，1990.1 3 闻新，周露，李翔，张宝伟. MATLAB 神经网络仿真与应用.科学出版社，2003.7
