基于MATLAB的2FSK调制系统的设计课程设计

1、一询般建课程设计（论文）题目名 称2FSK调制系统的设计与仿真2FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式.本文主要简述了 2FSK的设计原 理,设计步骤和设计结果及分析.设计原理包括了 2FSK的介绍，调制原理和解调原理 设计步骤包括了 2FSK信号的产生，调制和解调；设计结果及分析则包括了 2FSK信号 产生,调制和解调每一步的结果分析和用 matlab实现上述的结果.2FSK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。喝恁润属铃瘗睐杨尻赖。关键字：2FSK;载波；调制解调第1章 课程设计的任务与要求 1沟燧金富爱稽谴净。1.1 2FSK 简介1.残鹫楼

2、静铸瀚湃淑塑u。1.2 课程设计的任务1 r钢极镇桧猪锥。1.3 课程设计的要求 1弹贸摄尔霁毙撰砖卤尻。第2章课程设计的研究基础 2 养技箧志类蒋蔷。2.1 数字通信系统的基本模型 2厦礴恳蹒骈日寺翥继or骚。2.2 2FSK调制解调基本原理 2茕桢广鲫献选块网踊泪。第3章2FSK调制解调系统方案设计 4鹅娅尽揖鹤惨屣茏3.1 方案提出.4麓丛妈趣为赡债蛭练浮。3.2 方案比较5.3tm圣横蕨龈讶骅汆。第4章 2FSK调制解调系统设计 .6渗呛俨匀谓鳖调砚金帛。4.1 各单元模块功能介绍及电路设计6钱卧泻联圣骋睨«。4.2 电路参数的计算及元器件的选择 7凤袜备音叫®轮烂

3、蔷。4.3 系统整体电路图 7喇俣叫at阊邺钱鼠第5章 2FSK调制解调系统仿真和调试 8坛搏乡it忏篓锲铃演。5.1 仿真软件介绍8蜡燮夥痛宰艮住铉锚金市赘。5.2 系统仿真实现9 蜩福昙jw送闫撷凄。5.3 系统狈试1.0 铺®鹏踪韦麟余翟。5.4 数据分析1.1 n颜震彦决绥饴夏锦。第6章总结1.3 猫蛋绘燎诛髅既尻。致 1.4锹籁饕迳琐肇禊鸥娅蔷。参考文献.15 横氽if簧硕饨芹龈话鹫。附录源程序1.6 辄峰隔槿跳将区周偎虢荥。第1章 课程设计的任务与要求1.1 2FSK 简介数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。 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

4、带信号。为了使数字信号在带通系统中传输，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。尧侧野瞪哪旬融盛t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）o本文介绍的就是二进制数字频移键控系统（2FSK）。识蒯醐缢雕!嗜俨豪移频键控（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

5、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。 湘姬劳嘛皆痫嫦胫汆。1.2 课程设计的任务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信系统的基本理论、基本算法进行实际验证。底翱T灭萦欢壕爵询。2 .通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。3 .用MATLAB7.0设计一种2FSK数字调制解调系统。1.3课程设计的要求用MATLAB7.0进行仿真设计，本次是设计一个2FSK数字调制解调系统。其 中包括：（1）设计方案分析及系统原理图。（2） 2FSK已调信号的解调方法及原理图。第2章课程设计的研究基础2.1 数字

6、通信系统的基本模型从消息传输角度看，该系统包括了两个重要交换，即消息与数字基带信号之间的交 换，数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一 种交换则由调制和解调完成。鲨胃输出襁金甲沏统零21图2.1.1数字通信系统模型2.2 2FSK调制解调基本原理在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在 fl和f2两个频率 点间变化,则产生二进制移频键控信号(2FSK信号).二进制移频键控信号的时间波形 如图2.1.1所示，图中波形g可分解为波形e和波形f,即二进制移频键控信号可以看 成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频

7、率f1, 0符号对应于载波频率f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为e2FSK (t) = " an硕顽诒撵樽哮IIS鼓。g(t -nTs JcoSw1t+鸳)+> ang(t -nTb coSwzt+”)(1-1)式中an；0,发送概率为PJ,发送概率为1-P(1-2)bnp发送概率为1-P J,发送概率为P(1- 3)一n一O-,一 I!| Is (f) 1 gTWWWW赚W删r-一-AAAAA/W-Wv 哂删?钟j一，' - - Jg WWWW-图2.2.1二进制移频键控信号的时间波形由图2.2.1可看出,bn是an的反码，即若an=1,则bn=0,若an=Q则

8、bn=1,于是bn=an, 0n和队分别代表第n个信号码元的初始相位.在二进制移频键控信号中，售(1-4)阕擞腹媛和0 n不携带信息，通常可令包和9讷零。因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化 为FSK(t)ang t -nTs coswt' bng t - nTb cosw2t_ n_ n竦迁择植秘H。二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控 的方法来实现。第3章 2FSK调制解调系统方案设计3.1 方案提出3.1.1 2FSK数字系统的调制方法(1)数字键控法实现二进制移频键控信号，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

9、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： 量噜脚鼠贸恳弹滤颔杲。图3.1.1数字键控法实现二进制移频键控信号(2)模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频，如下原理图:g(t)" 调频器 > 2FSK信号图3.1.2 模拟法调制3.1.2 2FSK数字系统的解调方法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(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

10、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：数胡瓷1剌孙碱随赘。F1图3.1.3非相干解调(2)相干解调根据已调信号由两个载波fl、f2调制而成，则先用两个分别对fl、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 fl、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： 怂阐 官爵t迳醇啸重晨凉。图3.1.4相干解调3.2 方案比较3.2.1 2FSK的调制方式使用键控法产生2FSK信号，即由电子开关

11、在两个独立的频率源之间转换形成, 这样的相邻码元之间相位不一定连续，本系统采用调频法。谚辞解谄动律泻熟3.2.2 2FSK的解调方式相干解调在大多数情况下解相干解调对接受设备的复杂程度比非相干解调较高，调结果要好，本系统采用相干解调啜觐言圭缘砌嗫俱触铃铸。第4章2FSK调制解调系统设计4.1 各单元模块功能介绍及电路设计调制模块：把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号图4.1.1调制模块解调模块：模拟信号转换成数字信号图4.1.2解制模块4.2 电路参数的计算及元器件的选择正弦载波f 1是幅度为2频率为5Hz采样周期为0.002的信号。设置依据：实际上载波的频率应该很高，但这里为了调制时便于波

12、形的对比观察，故设为5HZ。f2=10Hz的设置同理。 受绐辎檄库。本设计中滤波器据选择的是Analog Filter Design,选用的均是巴尔沃斯滤波 器，至于低通和带通的区别只要把参数设置好就可以了，噪声选择的是高斯白噪声AWEN channel。同时选用了 5个示波器scope,四个载波sine wave,四个相乘 器product,以及relational operator,移相器unit delay和力口法器等。榭触m韩胸 鲫胃暹藏。4.3 系统整体电路图图4.3.1系统整体电路图第5章2FSK调制解调系统仿真和调试5.1仿真软件介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一

13、，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。同时有大量的第三方软件和硬件可应 用于或被要求应用于Simulink。封忧蒋氯僦o躁悯鹫。Simulink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

14、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， 也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 （GUI）,这个创建过程只需单击和拖动 鼠标操作就能完成，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

15、试。构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了 Simulink多领域建模功能， 也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问 MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视 化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。颖刍堇蟆悖亿顿裳赔洸。5.2系统仿真实现1.2FSK调制输出波形图5.2.1调制输出波形2.加入高斯白噪声后波形图5.2.2高斯白噪声波形3.经过带通滤波器并与F1相乘所得图5.2.3带通滤波器并与F1相乘波形4.经过带通滤波器并与F2相乘所得图5.2.4带通滤波器并与F2相乘波形1.1

16、 调出的波形图5.2.5解调出的波形5.3 系统测试在MATLAB的simulink环境中，利用设计好的电路图可看到 2FSK的调制 和解调的全过程，通过改变fl和f2的值可以得到不同的结果，选取多组数据可以更 好地检验调制系统的性能优劣：滥嬲g骤抑1瓶f1(Hz)51001000f2(Hz)102002000表5.3.1载波数值5.4 数据分析参数设置f1=5Hz,f2=10Hz图5.4.1载波参数图5.4.2延迟采样周期参数图5.4.3高斯白噪声参数(b)带通滤波器参数低通滤波器参数低通滤波器参数(d)图5.4.4滤波器参数图5.4.5关系运算符参数以上为整个电路主要器件的参数设置，通过设

17、置这些参数，可以使系统体现的功能与预先的设计要求相符合，从解调出的图形与调制的图形基本一致即可看出。期掘跻鳗鸿钱京。第6章总结在本次课程设计中，我、陆超、李小龙三人一组。陆超负责电路设计部分，李小 龙负责软件设计部分，我负责系统仿真及论文的编写。在系统仿真时我们需要将数据 率调在低于1200bps,这样实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在论文 编写的过程中，我首先对本次课程设计进行了总体设计，然后根据陆超、李小龙和我 各自负责的内容进行汇总编排。 挤牖§电爰结的亶哓类。通过本次课程设计，我对课本上数字通信传输系统特别是二进制频移键控(2FSK)有了重新的认识。对2FSK调制数

18、字基带信号加深了理解。对于使用调频 法产生2FSK信号、添加高斯白噪声、使用相干解调、抽样判决等，我比较系统地 认识了数字通信传输系统。本课程设计使用的Simulink仿真环境，通过使用Simulink仿真环境，我可以直观地放置相应的模块，搭建通信系统，并能够动态的 显示仿真结果,使学习设计不再枯燥。 赔旗中谄觎聚辽招末金卷。这次的课程设计使我收益颇丰，对通信原理有了新的认识。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

19、得更多的相关知识。埴髓瞄决窿静卜卅漳。致谢在此次设计中，何海浪老师作为我的指导老师，至始至终都给予我了不少帮助， 从下任务书开始，就帮我制定规划，提醒我应注意的问题，借给我资料和实验器材， 和我一起调程序，并提出了很多的修改意见以及完善方案。此外还认真批阅了我的论 文，指出其中很多瑕疵和不清晰的地方， 更重要的是在我遇到困难时对我的鼓励， 让 我不懈怠、不退缩、也让我更有信心，可以说我的每一点进展都与黄老师的付出是分 不开的。裳檬祕颤谚剑芈蔺。当然还在此，我向身边关心我的老师、同学致以诚挚的谢意！有其他老师和同学 都帮了我不少忙，在此不再赘述。谨祝老师们工作顺利，万事如意，桃李满天下；同 学们

20、学业有成，前程似锦！仓嫄黯世嘱珑!懈松。参考文献1樊昌信，曹丽娜.通信原理（第6版）.国防工业出版社，2009.52邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.清华大学出版社，20083赵静，张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真.北京.北京航空航天大学出版社，20074王兴亮.数字通信原理与技术（第二版）.西安电子科技大学出版社，20065徐明远.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，20056孙屹，吴磊编著.Simulink通信仿真开发手册.国防工业出版社，20037王秉钧，王少勇，王彦杰.通信原理基本教程.北京.北京邮电大学出版社，2005

21、8王兴亮 编著.数字通信原理与技术（第二版） .西安电子科技大学出版社，20069胡晓冬，董辰辉主编.MATLAB 从入门到精通.人民邮电出版社，201010黄葆华，杨晓静等.通信原理.西安电子科技大学出版社，2007附录源程序fs=2000；%抽样频率dt=1/fs；f1=20；%载波1频率f2=50;%载波2频率a=round(rand(1,10)%随机信号g1=a；g2=a；%信号反转，和g1反向g11=(ones(1,2000)'*g1；% 抽样g1a=g11(:)'g21=(ones(1,2000)'*g2; g2a=g21(:)' t=0:dt:10

22、-dt; t1=length(t);绽离琏蒯网蛭蠲络遍fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t); fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);骁顾烽琉漕fsk=fsk1+fsk2;%产生的信号no=0.01*randn(i,ti);% 噪声sn=fsk+no; subplot(311);plot(t,no);%噪声波形title ('噪声波形)ylabel('幅度')subplot(312);plot(t,fsk);title('产生的波形')ylabel('幅度')subplot(313);plot(t,sn);tit

23、le('将要通过滤波器的波形')ylabel('幅度的大小')xlabel('t')figure(2) %FSK 解调b1=fir1(101,1/800 20/800);b2=fir1(101,40/800 60/800); % 设置带通参数H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn);%经过带通滤波器后的信号subplot(211); plot(t,H1); title('经过带通滤波器fl后的波形') ylabel('幅度') subplot(212) plot(t,H2);title('经过带通滤波器f2后的波形