通信原理课程设计报告-2FSK调制与解调系统设计与仿真

通讯系统原理课程设计 设计题目 2FSK 调制与解调系统设计与仿真 姓 名 院 系 专 业 指导老师 日期 2FSK 调制与解调系统设计与仿真调制与解调系统设计与仿真 指导教师 摘要 本文主要是利用 MATLAB7 0 来实现 2FSK 数字调制系统解调器的设计 该设计模块包含信源调制 发送 滤波器模块 信道 接受滤波器模块 解调以及信宿 并未各个模块进行相应的参数设置 在此基础上 熟悉 MATLAB 的功能及操作 最后通过观察仿真图形进行波形分析及系统的性能评价 关键词 2FSK MATLAB 调制解调 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 即由调频器产生的 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 信号的接收也分为相干和非相干接收两种 非相干接收方法不 止一种 它们都不利用信号的相位信息 故本设计采用相干解调法 1 1 设计任务与要求设计任务与要求 1 1 设计要求 1 学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能 学会利用仿真的手段 对于实用通讯系统的基本理论 基本算法进行实际验证 2 学习现有流行通信系统仿真软件 MATLAB7 0 的基本实用方法 学会使用这软件解决实 际系统出现的问题 3 通过系统仿真加深对通信课程理论的理解 拓展知识面 激发学习和研究的兴趣 4 用 MATLAB7 0 设计一种 2FSK 数字调制解调系统 1 2 设计任务 根据课程设计的设计题目实现某种数字传输系统 具体要求如下 1 信源 产生二进制随机比特流 数字基带信号采用单极性数字信号 矩形波数字基带 信号波形 2 调制 采用二进制频移键控 2FSK 对数字基带信号进行调制 使用键控法产生 2FSK 信号 3 信道 属于加性高斯信道 4 解调 采用相干解调 5 性能分析 仿真出该数字传输系统的性能指标 即该系统的误码率 并画出 SNR 信噪 比 和误码率的曲线图 2 2 方案设计与论证方案设计与论证 频移键控是利用载波的频率来传递数字信号 在 2FSK 中 载波的频率随着二进制基带信 号在 f1 和 f2 两个频率点间变化 频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的 在 2FSK 中 载波的频率随基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化 故其表达式为 cos cos 2 1 2 n n tA tA FSK te 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 cos cos 2 12ns n nn n snFSK tnTtgatnTtgats 1011001 t ak s1 t cos w1t n s2 t s1 t cos w1t n cos w2t n s2 t cos w2t n 2FSK乘乘 t t t t t t 2 1 2FSK 数字系统的调制原理 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 如下原理图 乘乘 f1 乘乘 f2 乘乘乘乘乘 2FSK乘乘乘乘 2FSK乘乘乘乘乘乘 2 2 2FSK 的解调方式 2FSK 的解调方式有两种 相干解调方式和非相干解调方式 下面我们将详细的介绍 2 2 1 非相干解调 经过调制后的 2FSK 数字信号通过两个频率不同的带通滤波器 f1 f2 滤出不需要的信号 然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波 最后将两种信号同时输入到抽样判 决器同时外加抽样脉冲 最后解调出来的信号就是调制前的输入信号 其原理图如下图所示 乘乘 乘乘乘乘乘 F1乘乘乘乘乘 乘乘乘乘乘 F2乘乘乘乘乘 乘乘乘乘 乘乘乘乘乘 乘乘乘乘乘乘乘乘 乘乘 2 2 2 相干解调 根据已调信号由两个载波 f1 f2 调制而成 则先用两个分别对 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 原理图如下 乘乘 乘乘乘乘乘 F1 乘乘乘乘乘 F2 cos2 f1t 乘乘乘乘乘乘乘乘 乘乘乘乘乘 乘乘乘乘乘乘乘乘乘 乘乘 cos2 f2t 乘乘乘 乘乘乘乘乘乘乘 3 3 源程序与仿真结果源程序与仿真结果 3 1 源程序代码 Fc 10 载频 Fs 40 系统采样频率 Fd 1 码速率 N Fs Fd df 10 numSymb 25 进行仿真的信息代码个数 M 2 进制数 SNRpBit 60 信噪比 SNR SNRpBit log2 M 60 seed 12345 54321 numPlot 15 x randsrc numSymb 1 0 M 1 产生 25 个二进制随机码 figure 1 stem 0 numPlot 1 x 1 numPlot bx 显示 15 个码元 杆图 从 x 的前十五个随 机数中选取 title 二进制随机序列 xlabel Time ylabel Amplitude 调制 y dmod x Fc Fd Fs fsk M df 数字带通调制 numModPlot numPlot Fs 15 40 t 0 numModPlot 1 Fs 数组除法 仿真时间 figure 2 plot t y 1 length t b axis min t max t 1 5 1 5 title 调制后的信号 xlabel Time ylabel Amplitude 在已调信号中加入高斯白噪声 randn state seed 2 生成 2 到 2 之间的随机数矩阵 y awgn y SNR 10 log10 0 5 10 log10 N measured dB 在已调信号中加入 高斯白噪声 figure 3 plot t y 1 length t b 画出经过信道的实际信号 axis min t max t 1 5 1 5 title 加入高斯白噪声后的已调信号 xlabel Time ylabel Amplitude 相干解调 figure 4 z1 ddemod y Fc Fd Fs fsk eye M df title 相干解调后的信号的眼图 带输出波形的相干 M 元频移键控解调 figure 5 stem 0 numPlot 1 x 1 numPlot bx hold on stem 0 numPlot 1 z1 1 numPlot ro hold off axis 0 numPlot 0 5 1 5 title 相干解调后的信号原序列比较 legend 原输入二进制随机序列 相干解调后的信号 xlabel Time ylabel Amplitude 非相干解调 figure 6 z2 ddemod y Fc Fd Fs fsk eye noncoh M df title 非相干解调后的信号的眼图 带输出波形的非相干 M 元频移键控解调 figure 7 stem 0 numPlot 1 x 1 numPlot bx hold on stem 0 numPlot 1 z2 1 numPlot ro hold off axis 0 numPlot 0 5 1 5 title 非相干解调后的信号 legend 原输入二进制随机序列 非相干解调后的信号 xlabel Time ylabel Amplitude 误码率统计 errorSym ratioSym symerr x z1 figure 8 simbasebandex 0 1 5 title 相干解调后误码率统计 errorSym ratioSym symerr x z2 figure 9 simbasebandex 0 1 5 title 非相干解调后误码率统计 滤除高斯白噪声 Delay 3 R 0 5 PropD 0 滞后 3s yf tf rcosine Fd Fs fir R Delay 升余弦函数 yo2 to2 rcosflt y Fd Fs filter yf 加入高斯白噪声后的已调信号和经过升余弦滤波器后的已调信号 t 0 numModPlot 1 Fs figure 10 plot t y 1 length t r hold on plot to2 yo2 b 滤出带外噪声 hold off axis 0 30 1 5 1 5 xlabel Time ylabel Amplitude legend 加入高斯白噪声后的已调信号 经过升余弦滤波器后的已调信号 title 升余弦滤波前后波形比较 eyediagram yo2 N 眼图 title 加入高斯白噪声后的已调信号的眼图 3 2 仿真结果 4 4 系统性能分析系统性能分析 对于数字传输系统而言 最重要的性能指标就是误码率 在白色高斯噪声信道中 误码率 决定于监控体制和接收端的信噪比 对于 2FSK 调制与解调系统 相干解调的误码 22 2 n Ar 率小于非相干解调的误码率 其中 相干检测法的误码率为 2 2 1r erfcPe 当信噪比很大时 上式可近似的表示为 2 2 1 r e e r P 非相干解调法采用包络检波法接收信号 其误码率为 2 2 1 r e eP 根据上面的两个式子 本系统相干检测法的误码率为 15 1 1082 4 e P 而非相干包络检波法的误码率为 14 2 1068 4 e P 显然 所以相干解调性能优于非相干解调 并且 2FSK 信号占用频带宽 在信道 21ee PP 中的坚韧性好 5 5 程序调试程序调试 系统设计出现的问题 在做信号调制模块时 多次调制都未成功 经过复查发现 振荡器的频率 f1 和 f2 需要为 pi 的倍数才能够在一个时间单位内出现完整波形 在做解调模块时 simulink 仿真中的带通 滤波器失真较大经反复调试其上限频率和下限频率之后 使其失真明显减小 解调最后部分抽 样判决不知如何实现 后悔询问老师得以解决 最后在计算机误码率时 其中 simulink 一个 计算误码率的模块始终出现错误 最终没有找到出错原因 决定用代码来实现其功能 6 6 结论与心得结论与心得 本次设计主要涉及到了通信原理和 MATLAB 的相关知识与运用 主要有基带信号的调制原 理及方法 加性高斯噪声 特性 相干解调的原理及实现方法 带通和低通滤波器的特性 抽 样判决的实现方法 信噪比和误码率的计算等等 加深了对上述相关知识的了解 是自己更深 刻理解了调制与解调的原理和实现方法 已经基本掌握了 MATLAB 的基本应用 通过这次课程设计 我们学到了很多书本上没有的知识 锻炼了我们独立思考问题 分 析问题 解决问题的能力 而且本次设计有自己和队友共同完成 加强了和别人沟通的能力已 经团队精神 对我们走向社会是个很好的锻炼 2FSK modulation and demodulation system Key words 2FSK MATLAB Modulation and demodulation Noise Abstract This is mainly achieved using MATLAB7 0 2FSK digital modulation system demodulator design The design module contains source modulation transmit filter module channel receiver filter module demodulation and places the letter And for each module corresponding parameter settings based on the familiar MATLAB in this function and operation and finally by observing the waveform analysis of simulation graphics eye and system performance evaluation analysi