1、1 通 讯 原 理 与 技 术 课 程 设 计 说 明 书设 计 题 目： 基于 MATLAB 的 2FSK 调制与解调的仿真 专 业 年 级： 2013 级电子科学与技术 学 生 姓 名： 江* 学 号： *69 2指 导 老 师： 成 绩： 福建农林大学金山学院信息与机电工程系2016 年 11 月 25 日3基于 MATLAB 的 2FSK 调制与解调的仿真一、2FSK 的工作原理1、2FSK 调制原理：如上图，2FSK 信号是由频率分别为 f1 和 f2 的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中 f1 和 f2 是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号。S(t)是信
2、号源，载波发生器 1 生成的载波与信号源相乘的波与载波发生器 2 生成的载波与信号源取反后的波相乘所得到的波相加得到的波就是 2FSK 调制生成的波。2、2FSK 解调原理：定时脉冲 输出带通滤波器 1带通滤波器 2低通滤波器 2低通滤波器 1抽样判决器)(e2tFSK1y2ycf2cf tc1ostc2)(1tZ)(tZ4如上图，将之前得到的调制生成的 2FSK 的波分别通过两个不同的带通滤波器，使之让不同的频率的波形通过这两个滤波器，后将通过的波与之前相应的载波相乘。再将相乘后得到的两个波通过分别低两个低通滤波器来滤波。最后将通过低通滤波器得到的两个波用抽样判决器来完成最终的解调工作。二、
3、MATLAB 简介MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和 Simulink 两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB 具有以下几个特点：编程效率高；MATLAB 语言把编辑、编译、连接和执行融为一体，其调试程序手段丰富，调试速度快 ，需要学习时间少能很快让用户编写、修改和调试程序的速度；在进行复杂的数学运算时可以直接调用，用户文件也
4、可作为 MATLAB 的库函数来调用。用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高 MATLAB 使用效率和扩充它的功能；高效方便的矩阵和数组运算，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数；方便的绘图功能 MATLAB 的绘图是十分方便。Simulink它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。5S
5、imulink 的功能是：MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统。Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Sim
6、ulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。三、仿真设计框图图 1图 1 是 2FSK 信号是由频率分别为 f1 和 f2 的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中 f1 和 f2 是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频6率的载波信号。其中 sin wave 和 sin wave1 是两个频率分别为 f1 和 f2 的载波，Bernoulli Binary Generator 模块是伯努利二进制随机发生器产生的信号源，NOT 实现方波的反相，Product 为乘法器， 为 sum 求和。首先载波 f1 与载波相乘得到的波再与 f2 与载波取反后相
7、乘得到的波相加得到 2FSK 信号。解调部分是将调制的信号通过两个带通滤波器使其允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段，然后把各自通过带通滤波器的波分别与最初的频率为 f1和 f2 的两个载波用乘法器相乘，再将相乘后得到的波分别通过两个低通滤波器使其允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段，最后将得到的两个波通过抽样判决器来选择最后得到的波7载波 sin wave 的参数设置，载波其中 Amplitude(幅度）为 3，Bias(偏离）为 0，Frequency(频率）为 1Hz，Phase(频移）为 0，Sample time(采样时间）为 0.002s 的单精度信号。（如下图 2)图 2载波 s
8、in wave1 的参数设置载波 sin wave 的参数设置，载波其中Amplitude(幅度）为 3，Bias(偏离）为 0，Frequency(频率）为2Hz，Phase(频移）为 0，Sample time(采样时间）为 0.002s 的单精度信号。（如下图 3)8图 3采样的伯努利二进制随机发生器的信号模块其参数设置 Probability of a zero(为 0 的概率）为 0.5，Initial seed(最初的值）Sample time(采样时间）为 1s。（如下图 4)：图 4f1 带通滤波器(Analog Filter Design1)参数设置 Filter type(
9、滤波器类型）选 Bandpass(带通），Filter order(滤波器系数）为 2，Lower passband 9edge frequency(低部通带边缘频率)为 1.5，Uper passband edge frequency(上部通频带边缘频率）为 2.5。（如图 5）图 5f2 带通滤波器(Analog Filter Design1)参数设置 Filter type(滤波器类型）选 Bandpass(带通），Filter order(滤波器系数）为 2，Lower passband edge frequency(低部通带边缘频率)为 3.5，Uper passband edge
10、frequency(上部通频带边缘频率）为 4.5。（如图 6）：10图 6两个低通滤波器(Analog Filter Design2 和 3)的参数设置 Filter type(滤波器类型）选 Lowpass(低通），Filter order(滤波器系数）为2，Passband enge frequency(通频带频率）为 。（如图 7 和图 8）图 7图 811抽样判决器 Relation Operator 的参数设置 Relational operator(关系操作符）选“”，Sample time(采样时间）从-1 开始。（如图 9）：图 9124、仿真结果（输出波形）1、调制结果（图
11、 10）：图 10上图 1-11，其中第一条输出波形为 f1=2 的载波波形，第二条为伯努利二进制随机发生器模块信号源的波形，第三条为 f2=4 的载波波形.最后一条波形是 2FSK 调制的输出波形。由上图可知道当输出的波形当模拟信号源为“1”时相应的输出为与f1=2 的载波波形相同，当模拟信号源为“0”时相应的输出为与 f2=4 的载波波形相同。132、解调结果（图 11）：图 11上图 11，第一条波形是伯努利二进制随机发生器模块信号源的波形，第二条是解调波形。由上图 11 可知输出的解调波形是与输入伯努利二进制随机发生器模块信号源的波形一样的，只是有一定的延迟。本次课程设计实现了 2FS
12、K 的调制与解调过程。用一个逻辑比较器替代抽样判决模块，简化了模块。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。五、心得体会14到现在，整个 2fsk 的课程设计终于是完成了，通过这次的课程设计，是我获得了主要有以下几点的体会和认识：首先，是我对 2fsk 的调制和解调原理有了一个比较全面和具体的认识，因为要完成这个设计，必须要对 2fsk 的原理有一个深入的了解，在仿真的时候遇到问题才能够做到心中有数，知道错误出现在哪里，究竟该如何改正，哪里需要可以进行优化，使得仿真的结果更接近于理论上
13、的值。通过这次的课程让我明白了要学好理论知识，武装好自己，才能够有余力进行下一步实际上的学习，探索。理论基础知识就像是打房基。所谓“工欲善其事，必先利其器”，掌握到好的资料素材是对前期的工作很重要的。刚接触的软件还是有一些困难，熟练是慢慢培养起来的，如一些元件的调用在 simulink 中的实现需要慢慢了解，又如滤波器的选择都不是刚接触就能掌握的。充分的利用好网络资源应该是完成这次课程设计的关键。其次，课程设计是在课程学习与实验完成之后的又一次关于所学知识的深入探讨。课程设计要求在掌握了基本的原理与仿真软件的基础上去实现想要达到的目的。再次在 simulink 中连接电路时设置的参数一开始是根
14、据网上的参数设置的，后来对各种元件有所了解之后，设置的参数也能根据自己的判断做决定。电路图是参考书上的原理图并与同学一起摸索并完成的。实验中的讨论总会帮助自己找到一种解决办法，解决当前的问题，所以要经常的请教会的同学。最后在这次课程设计过程中，我获益匪浅。通过这个实验，让我更加清楚地了解和掌握了 Simulink 的功能，实现了所学 2FSK 调制解调的仿真，对 2FSK的原理更加熟悉了，并巩固了数字调制系统的相关知识点。体会到理论和实际是有好大不同的，实践离不开理论，理论只有应用于实践才能发挥其作用。学过的东西，只有自己实际去做了才能更熟悉，才能对其本质更了解。在将理论用各种方法实现的同时，我们也在不断的搜集资料，不断的学习，获得更多的相关知识。15参考文献：1 刘树棠译. 现代通信系统-使用 Matlab. 西安: 西安交通大学出版社, 20012 李建新等编著. 现代通信系统分析与仿真-Matlab 通信工具箱. 西安: 西安电子科技大学出版社, 20013 徐明远 邵玉斌 编著，MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用，西安电子科技大学出版社，20054 孙屹 吴磊编著, Simulink 通信仿真开发手册,国防工业出版社,20035 青松等编著. 数字通信系统的 Systemview 仿真与分析. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2001
