2FSK调制解调系统设计与仿真(1)

1、郑州航空工业管理学院电子信息系统仿真课程设计2009级 电子信息工程 专业0913082 班级目2FSK调制解调系统设计与仿真金勇军学号 091308211指导教师二O年十二月七日内容摘要本文主要是利用MATLAB7.0来实现2FSK数字调制解调系统的设计。对 数字通信系统主要原理和技术进行研究，理解2FSK系统调制解调的基本过程 和相关知识，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调制解调系统性能一、M

2、ATLAB软件简介MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)之意。除具备桌越的数值 计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和 实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程中常用的形式 十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情 简捷得多.当前流行的MATLAB 5.3/Simulink3.0包括拥有数百个内部函数的主包和 三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包功能 工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真,文字处理及实时控制 等功能

3、学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通 信工具包等都属于此类.开放性使MATLAB广受用户欢迎除内部函数外，所有MATLAB主包文件 和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编 写程序构造新的专用工具包一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它 有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱 了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的 MATLAB,利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出 来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人

4、们思维 习惯的代码，代替了 C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来 的是最直观，最简洁的程序开发环境。二、理论分析2FSK信号的产生：2FSK是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频 率fl来传输，0码用频率2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式 为S2FSK(t) = Sang(t-nTs)cos(t + 6n)+ Zang(t -nTs)cos(2t +(pn)nn式中，假设码元的初始相位分别为久和叫 =帀和 =为两个不同的码元的角频率；幅度为A为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。2FSK信号的产生方法有两种：模拟法，即用数字基带信号作为调制彗进行

5、调频。键控法，用数字基带信号関)及其反丽相分别控制两个开关门电路，以此对 两个载波发生器进行选通。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，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相 位不一定是连续的。s l(t) 8s(wlt+0n)AAAy非相干解谓相干解谓s2(t) cos(w2t+(pn)2FSK的解调方式2FSK BW碣法At这里的抽样判决器与2ASK解调时不同,只需判断哪一个输入样值大，不专 门设置门仿真图:参数设置：Sample Rate:10000Hz系

6、统时钟:No. of Sample: 1001 ;No. of System Loop:l矩形脉冲序列和调制信号波形:SiMc 3202CW393KCi-32: Sink &J$iiX5Tit* ii绘制2FSK信号的功率谱密度图:0ZtT4Q3W33037fury th Mt (IF = !9.59 切 fWf 4由图可见2FSK功率谱密度的特点如下：1、2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成，离散谱出 现在500Hz和1000Hz两个载频位置。2、若两个载频之差|fl-f2|fs功率谱密度中的连续谱部分出现双 峰，该实验中，fs为100Hz, |flf2|等于500Hz,连续谱为双

7、峰，若两 个载频之差|flf2|Wfs,则出现单峰。3、所需传输带宽BFSK=|fl-f2|+2 fs2 0输出信号和两种方法解调输岀的波形:叵,XTi* m0t ir* it.302Sink 20F二-、4Tg lb三、Matlab实现:生成2FSK的程序如下源程序代码：clear allclose alli=10;%基带信号码元数j=5000;a=round(rand( 1 ,i);% 产生随机序列t=linspace(0,5,j);fl=10;%载波1频率2=5;%载波2频率fm=i/5;%基带信号频率Bl=2*fl;%载波1带宽B2=2*f2;%载波2带宽 % 产生基带信号 stl=t

8、;fbrn=l:10if a(n)=l;st2(n)=0;elsest2(n)=l;endend;figure(l);subplot(411);plot(t,stl);title。基带信号，);axis(0,5,-l,2);subplot(412);plot(t,st2);titleC基带信号反码，)；axis(0,5,-l,2);% 载波信号sl=cos(2*pi*fl*t);s2=cos(2*pi*2*t);subplot(413)plot(sl);title载波信号1);subplot(414),plot(s2);titleC载波信号2);% 调制Fl=stl.*sl;% 加入载波 1F

9、2=st2.*s2;% 加入载波 2figure(2);subplot(311);plot(t,Fl);title(sl*str);subplot(312);plot(t,F2);title(s2*st2r);e_fsk=Fl+F2;subplot(313);plot(t,e_fsk);titleC2FSKf 号)Matlab程序运行结果:2FSK调制解调系统进行设计和仿真:Fc=10；% 载频Fs=40;%系统采样频率Fd=l;%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

10、(M);%60seed= 12345 54321;numPlot=15;x=randsrc(numSymb丄0:M1 );%产生25个二进制随机码 figure(l)stem(0:numPlot-l?x(l:numPlot)/bx,);%显示 15个码元，杆图，从x的前十五 个随机数中选取titleC二进制随机序列)xlabelfTime*);ylabel(! Amplitude*);%调制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs；fskM,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) fi

11、gure(2)plot(t,y(l :length(t)；b-!);axis(min(t) max(t)1.5 1.5);titleC调制后的信号)xlabelfTime*); ylabel(! Amplitude*);%在已调信号中加入高斯白噪声 randn(!stateseed)；生成2到+2之间的随机数矩阵y=awgn(y,SNR-10*logl0(0.5)-10*logl0(N)；measured；dB!);% 在已调信号 中加入高斯白噪声figure(3) plot(t,y(l:length(t)e);画出经过信道的实际信号 axis(min(t) max(t)1.5 1.5);ti

12、tleC加入高斯白噪声后的已调信号)xlabelfTime*); ylabel(! Amplitude*);%相干解调figure(4) zl=ddemod(y,Fc,Fd5Fs,fsk/eyeM,df); titleC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-l?x(l:numPlot)/bx,);hold on;stem(0:numPlot-l?zl(l:numPlot)/ro1);hold off;axis(0 numPlot -0.5 1.5);titleC相干解调后的信号原序列比较) legendC原输入二进制随机序列

13、丁相干解调后的信号) xlabelfTime*);ylabel(! Amplitude*);%非相干解调figure(6) z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs/fsk/eye/noncoh,M,df);titleC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-l?x(l:numPlot)/bx,);hold on;stem(0:numPlot-l,z2(l:numPlot)?ro);hold off;axis(0 numPlot -0.5 1.5);title。非相干解调后的信号)legendC原输入二进制随机序列丁非相

14、干解调后的信号) xlabelfTime*);ylabel(! Amplitude*);%误码率统计errorSym ratioSym=symerr(x9z 1);figure(8)simbasebandex(0:1:5);titleC相干解调后误码率统计)errorSym ratioSym=symerr(x?z2);figure(9) simbasebandex(0:1:5);titleC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 3 syf,tf=rcosine(Fd,Fs/fir,9R,Delay);%升余弦函数yo2,to2=rco

15、sflt(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-l./Fs;figure( 10)plot(t,y(l:length(t),T);hold on; plot(to2,yo2/b-*);% 滤出带外噪声 hold off;axis(0 30-1.5 1.5);xlabelfTime*);ylabel(! Amplitude1);legendC加入高斯白噪声后的已调信号丁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titleC加入高斯白噪声

16、后的已调信号的眼图)Matlab程序运行结果:像文件，如下5个图:IIO 5O apa一一 dEI14I121 Oe m Ti15加入高斯白噪声后的己调信号apn一-dEU121-08 emTi6升余弦滤波前后波形比较5 |JJJ:加入高斯白噪声后的己调信号经过升余弦滤波器后的己调信号-1.511111Q：S K1015- 202530Time非相干解调后误码率统计O-2Theoretical SER 二二 Theoretical BER O Simulated SER O Simulated BER 00.511.5 22.533544.55EblMo (dB)相干解调后误码率统计j111q

17、j1uio-200.511.522.53 3为 44.55EbNo (dB)四、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。如上图我们结合通信原理课本上的公式可以看出:相干检测法的误码率为：匕=4.8210而非相干包络检波法的误码率为：巳2 = 4.6810-“显然R|VPc2,所以相干解调性能优于非相干解调。进一步验证了 对于2FSK调制与解调系统，相干解调的误码率小于非相干解调的误 码率。五、课程设计总结课程设计是培养我们综合运用所学知识、发现、提出、分析和解 决实际问题、锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具 体训练和考察过程。此次课程设计使我获益匪浅，从选题到定稿，从 理论到实践，各方面都提高了许多，同时不仅巩固了以前所学过的知 识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计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， 才能深刻理解理论知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的 能力。在设计的过程中我们遇到了很多问题，比如的sim