1、摘要FSK 是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较 容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓 FSK 就是用数字信号去调制载波的频率。二进制的基带信号是用正负电平来表示的。FSK-又称频移键控法。FSK 是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓 FSK 就是用数字信号去调制载波的频率。关键词：2FSK 基带信号 载波 调制解调目录摘要 . 0一 引言 . 1二 设计原理 .22.1 2FSK 介绍 22.2 2FSK 调制原理 22.3
2、2FSK 解调原理 3三 详细设计步骤 4四 设计结果及分析 54.1 信号产生 .54.2 信号调制 .74.3 信号解调 .84.4 课程设计程序 .10五 心得体会 17六 参考文献 161一、引言2FSK 信号的产生方法主要有两种：一种是调频法，一种是开关法。这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频产生的 2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而开关法产生的 2FSK 信号则分别由两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元之间的相位不一定是连续的。本设计采用后者开关法。2FSK 信号的接受也分为相干和非相干接受两种，非相干接受方法不止一种，它们
3、都不利用信号的相位信息。故本设计采用相干解调法。2二、 设计原理2.1 2FSK 介绍： 数 字 频 率 调 制 又 称 频 移 键 控 （ FSK） ， 二 进 制 频 移 键 控 记 作 2FSK。 数 字 频 移 键 控是 用 载 波 的 频 率 来 传 送 数 字 消 息 ， 即 用 所 传 送 的 数 字 消 息 控 制 载 波 的 频 率 。 2FSK 信号 便 是 符 号 “1”对 应 于 载 频 f1， 而 符 号 “0”对 应 于 载 频 f2（ 与 f1 不 同 的 另 一 载 频 ） 的 已调 波 形 ， 而 且 f1 与 f2 之 间 的 改 变 是 瞬 间 完 成 的
4、 。其 表 达 式 为 ：(3-1)cos()s(2 12)( nntAtFSKte 典 型 波 形 如 下 图 所 示 。 由 图 可 见 ,2FSK 信 号 可 以 看 作 两 个 不 同 载 频 的 ASK 信 号 的叠 加 。 因 此 2FSK 信 号 的 时 域 表 达 式 又 可 以 写 成 ：(3-2)cos()()cos()()( 2_12 nnnFSK tTtgatTtgats 1 0 1 1 0 0 1 tak s1(t)cos(w1t+n) s2(t) s1(t) cos(w1t+n)cos(w2t+n) s2(t) cos(w2t+n)2FSK信信tttttt2.2 2
5、FSK 调制原理2FSK 调 制 就 是 使 用 两 个 不 同 的 频 率 的 载 波 信 号 来 传 输 一 个 二 进 制 信 息 序 列 。 可 以用 二 进 制 “1”来 对 应 于 载 频 f1， 而 “0”用 来 对 应 于 另 一 相 载 频 w2 的 已 调 波 形 ， 而 这个 可 以 用 受 矩 形 脉 冲 序 列 控 制 的 开 关 电 路 对 两 个 不 同 的 独 立 的 频 率 源 w1、 f2 进 行 选 择通 。 本 次 课 程 设 计 采 用 的 是 前 面 一 种 方 法 。 如 下 原 理 图 ：3图 1 调制原理框图2.3 2FSK 解调原理2FSK
6、的 解 调 方 式 有 两 种 :相 干 解 调 方 式 和 非 相 干 解 调 方 式 ， 本 次 课 程 设 计 采 用 的 是 相干 解 调 方 式 。 根 据 已 调 信 号 由 两 个 载 波 f1、 f2 调 制 而 成 ， 相 干 解 调 先 用 两 个 分 别 对f1、 f2 带 通 的 滤 波 器 对 已 调 信 号 进 行 滤 波 ， 然 后 再 分 别 将 滤 波 后 的 信 号 与 相 应 的 载 波f1、 f2 相 乘 进 行 相 干 解 调 ， 再 分 别 低 通 滤 波 、 用 抽 样 信 号 进 行 抽 样 判 决 器 即 可 其 原 理 如下 ：4图 2 相干
7、解调原理框图5三、详细设计步骤1信号产生：二进制随机序列和两列频率不等的载波1)利用 matlab 库函数产生 10 个二进制随机数，也就是我们的基波调制信号 a。并画出其波形。2)产生两列余弦波 tuf1 和 tuf2，频率分别为 f1=20hz,f2=100hz；并画出其波形。2信号调制：产生 2FSK 信号和加入高斯噪声后的 2FSK 信号1)用二进制序列 a 去调制 f1 和 f2，产生 2fsk 信号，具体做法是用以 a 生成的方波信号 g1a 直接与 tuf1 相乘，用 a 取反后的方波 g2a 与 tuf2 相乘，再将两列信号相加。并画出其波形。2)调用 matlab 库函数产生
8、高斯噪声 no，并与 2fsk 信号相加得到加入噪声后的 sn 信号。并画出其波形。3解调1)对于两列让 sn 通过两个带通滤波器 H1 和 H2，他们分别以 f1 和 f2 为中心频率，并画出经过带通滤波器后的波形。2)对这两列波形分别相干解调乘以与他们同频同相的余弦波 tuf1 和 tff2，画出此时的波形。3)让这两列波形再通过低通滤波器 sw1 和 sw2 得到这两列基带调制波形 g1a 和 g2a.画出其波形。4)最后将两列波 g1a 和 g2a 通过抽样判决器，画出其波形 st，并与之前调制后的波形sn 做对比。6三、 设计结果及分析4.1 信号产生波形 figure(1)图 3
9、figure(1) 第一幅图现实了此时产生的二进制序列是 1011011011，第二和第三幅图片是频率为 20hz 的载波 tuf1 和频率为 100hz 的载波 tuf2 的波形。图 4 调制信号的频谱图7图 5 载波 1 的频谱图图 6 载波 2 的频谱图84.2 信号调制波形 figure(2)图 7 figure(2) 由于产生的随即序列是 1011011011，对比上面 figure2 可以看出，波形较疏的是 tuf1，波形较密的是 tuf2，上图呈现的序列是：1011011011，与调制波相符。图 8 已调信号的频谱图94.3 信号解调1)波形 figure(3)图 9 figur
10、e(3) 经过带通滤波器之后滤出了频率为 f1 和 f2 的载波，从 figure(2)和 figure(3)的对比可以看出这一步做对了。2)波形 figure(4)图 10 figure(4) 这是两列信号经过相干解调乘以同频同相的载波之后得到的波形，可以看出 figure(4)比10figure(3)的波形更密了。3)波形 figure(5)图 11 figure(5)经过低通滤波器之后，调制信号被滤出来了，第一幅为 tuf1，滤波后的序列为：1011011011，与之前的调制信号相同。第二幅图为：0100100100，与调制信号相反，这是因为在程序中队调制信号取反之后才和 tuf2 相乘
11、的。4)波形 figure(6)图 12 figure(6)11经过抽样判决之后，恢复出来的基带信号是：1011011011，与调制信号一样，从原始波形也可以看出，解调后的波形与调制信号相同。2FSK 调制解调实现。图 13 信噪比与误码率关系图由图可以看出随着信噪比的增大，误码率在降低4.4 课程设计程序：1 fs=2000; %抽样频率2 dt=1/fs;3 f1=20; %定义两列载波的频率4 f2=100;5 a=round(rand(1,10); %产生二进制随机序列6 g1=a;7 g2=a;8 g11=(ones(1,2000)*g1; %产生方波信号9 g1a=g11(:);
12、10 g21=(ones(1,2000)*g2;11 g2a=g21(:);1212 t=0:dt:10-dt;13 t1=length(t);14 tuf1=cos(2*pi*f1.*t)15 tuf2=cos(2*pi*f2.*t)16 subplot(311)17 n=0:9;18 x=square(1,50);19 stem(0:9,a*x);20 grid;21 xlabel(二进制随机序列)22 ylabel(幅度)23 subplot(312);24 plot(t,tuf1);25 title(频率为 f1 的余弦波)26 ylabel(幅度)27 subplot(313);28
13、 plot(t,tuf2);29 title(频率为 f2 的余弦波)30 ylabel(幅度)31 figure(2)32 fsk1=g1a.*tuf1;33 fsk2=g2a.*tuf2;34 fsk=fsk1+fsk2;35 no=0.01*randn(1,t1);%噪声36 sn=fsk+no;37 subplot(211);1338 plot(t,fsk);39 title(2fsk 波形)40 ylabel(幅度)41 subplot(212);42 plot(t,sn);43 title(加入高斯噪声后的 2fsk 波形)44 ylabel(幅度的大小)45 xlabel(t)4
14、6 figure(3) %FSK 解调47 b1=fir1(101,10/800 20/800);48 b2=fir1(101,90/800 110/800); %设置带宽参数49 H1=filter(b1,1,sn); %b1 为分子，1 为分母，sn 为滤波器输入序列50 H2=filter(b2,1,sn); %噪声信号同时通过两个滤波器51 subplot(211);52 plot(t,H1);53 title(经过带通滤波器 H1 后的波形) %画出经过 H1 滤波器后的波形54 ylabel(幅度);55 subplot(212);56 plot(t,H2); %画出经过滤波器二后
15、的波形57 title(经过带通滤波器 H2 后的波形)58 ylabel(幅度)59 xlabel(t)60 sw1=H1.*H1; %相干解调乘以同频同相的载波61 sw2=H2.*H2;%经过相乘器1462 figure(4)63 subplot(211);64 plot(t,sw1);65 title(经过相乘器 h1 后的波形) %画出乘以同频同相载波后的波形66 ylabel(幅度)67 subplot(212);68 plot(t,sw2);69 title(经过相乘器 h2 后的波形)70 ylabel(.幅度)71 xlabel(t)72 bn=fir1(101,2/800
16、10/800); %经过低通滤波器73 figure(5)74 st1=filter(bn,1,sw1);75 st2=filter(bn,1,sw2);76 subplot(211);77 plot(t,st1);78 title(经过低通滤波器 sw1 后的波形) %经过低通滤波器，滤出频率79 ylabel(幅度) %为 f1,f2 的基带调制信号波形80 subplot(212);81 plot(t,st2);82 title(经过低通滤波器 sw2 后的波形)83 ylabel(幅度)84 xlabel(t)%判决85 for i=1:length(t)86 if(st1(i)=st
17、2(i)87 st(i)=0;88 else st(i)=st2(i);89 end 90 end1591 figure(6)92 st=st1+st2;93 subplot(211);94 plot(t,st);95 title(经过抽样判决器后的波形) %画出经过抽样判决的波形 96 ylabel(幅度)97 subplot(212);98 plot(t,sn);99 title(原始的波形)100ylabel(幅度)101xlabel(t)16五、心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间
18、的学习并不能很好的理解和运用所学知识，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们有了实践的机会。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变。在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，
19、才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末考试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。17六、参考文献1 樊昌信 曹丽娜 .通信原理第六版M.国防工业出版社,2012: 180-205 2 刘卫国.MATLAB 程序设计教程M.中国水利水电出版社, 2006：135-1363 程佩青.数字信号处理教程M.清华大学出版社,2008：89-984 孙屹.MATLAB 通信仿真开发手册M.国防工业出版社,2005：39-545 阮沈青.MATLAB 程序设计M.北京电子工业出版社,2004：147-168
