2FSK--调制与解调

1 通通讯讯原原理理与与技技术术 课课程程设设计计说说明明书书 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 一 2FSK2FSK 的工作原理的工作原理 1 1 2FSK2FSK 调制原理 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 2FSK2FSK 解调原理 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 e2t FSK 1 y 2 y 1c f 2c f t c1 cos t c2 cos 1 tZ 2 tZ 4 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 二 MATLABMATLAB 简介简介 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 SimulinkSimulink 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 5 Simulink 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 Simulink 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 sin 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 4 f1 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 9 edge 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 5 f2 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 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 8 11 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 9 12 4 4 仿真结果 输出波形 仿真结果 输出波形 1 1 调制结果 图 调制结果 图 1010 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 13 2 2 解调结果 图 解调结果 图 1111 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 2FSK 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 参考文献 1 刘树棠译 现代通