基于4FSK调制信号的产生及解调设计与实现

目录1实验目的..................................................................................................12实验要求..................................................................................................13实验内容..................................................................................................13.1基本原理........................................................................................13.1.14FSk的调制原理...............................................................13.1.24FSk的解调原理...............................................................33.24FSK调制算法分析................................................................33.3．4FSK解调算法分析..................................................................43.4程序代码.......................................................................................64软件仿真.................................................................................................94.1调制过程仿真实现结果...............................................................94.2解调过程仿真实现结果.............................................................114.3误码率计算.................................................................................145心得体会................................................................................................166参考文献................................................................................................16沈阳理工大学课程设计11实验目的1、理解电子信号通信原理2、熟悉系统建模方法3、配置电子信号，设计相关应用方法2实验要求1.完成4FSK调制信号的产生，并进行时域分析2.完成4FSK信号的数据解调，并对结果进行有效性验证3实验内容3.1基本原理3.1.14FSk的调制原理随着时代的发展，数字信号在信号传输比模拟信号有许多的优越性，数字信号传输也越来越重要。虽然近距离传输可以由数字基带信号直接传输，但是要进行远距离传输时必须将基带信号调制到高频处，所以调制解调技术是数字通信中一种关键的技术。二进制频移键控是数字信号调制的基本方式之一。而多进制（MFSK）的可降低信道系统信噪比的要求。2FSK信号的产生方法主要有两种：采用模拟调频电路实现；采用键控法来实现，即在二进制基带脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每个码元期间输出f1和f2两个载波之一。频移键控是利用载波的频率变化来传递信息的。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。同理4FSK中基带脉冲序列四个码元（00011011）可用f1,f2,f3,f4四个载波之一；本文讨论4FSK是通过并联输入两位基带信号，两位二进制来表示四进制的频移键控。2FSK键控法调频原理图如下：沈阳理工大学课程设计2图3.12FSK原理图4FSK可通过基带信号（00,01,10,11）并联传输0或1来分别用f1,f2,f3,f4四个载频表示，两路基带信号作为控制选通选通开关，1路选通开关发送0时选通载频f1,发送0时选通载频f2,1路选通开关发送0时选通载频f3,送1时选通载频f4。两路不同载频通过相加器得到已调信号发送出去。4FSK键控法调频原理图（图1.1）如下：图3.24FSK键控法调频原理框图振荡器f1选通开关1选通开关2相加器振荡器f2振荡器f3振荡器f40或10或1振荡器f1选通开关反相器振荡器f2选通开关相加器沈阳理工大学课程设计33.1.24FSk的解调原理4FSK信号的相干解调法原理框图如图3.3所示。其原理是：4FSK信号先经过带通滤波器去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为四路，每路信号与相应载波相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出分别得到两路原基带信号表示四进制得到原始码元。图3.34FSK键控法解调原理框图3.24FSK调制算法分析(1)、将输入的二进制序列按奇位、偶位进行串并转换。(2)、根据DMR标准中的符号和比特的对应关系，将二进制的0、1序列映射为相应的四电平符号流。(3)、将这些符号流每符号插入8个数值点，并输入平方根升余弦滤波器进行平滑处理，4FSK已调信号带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器解调信号1载波f1载波f2带通滤波器带通滤波器带通滤波器相乘器相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器低通滤波器载波f2载波f2加法器抽样判决器带通滤波器加法器沈阳理工大学课程设计4则可得到输入调制信号m(n)。滤波器为平方根升余弦滤波器，奈奎斯特升余弦滤波器的一部分用于抑制邻道干扰，另一部分用于接收机抑制噪声。抑制邻道干扰滤波器的输入包含一系列脉冲，这些脉冲之间的间隔为208，33ms(1/4800s)。通过定义根升余弦滤波器的频率响应为奈奎斯特升余弦滤波器的平方根，来定义奈奎斯特升余弦滤波器的分割。滤波器的群延迟在带通范围|f|2880Hz内是平滑的。滤波器的的幅频响应由下面公式近似给出：F(f)=1当|f|≤1920HzF(f)=cos(πf/1920)当1920Hz|f|≤2880HzF(f)=0当|f|2880Hz其中F(f)代表平方根升余弦滤波器的幅频响应。则该滤波器的传输频率df为2880-1920=960Hz，滤波器的等效截止频率F0为2400Hz。(4)、将m(n)输入频率调制器进行FM调制。则可得到4FSK调制输出信号。调频信号：])(cos[)(tfccFMdxktAtS式中:kf为调频指数。将其离散化,在nTs的时间内对信号m(n)累加求和,得:])(cos[)(nksscskmKfTnTAnTS式得该4FSK系统调制实现3.3．4FSK解调算法分析解调过程跟调制过程恰好相反，将经过信道传输到接收端的信号通过频率解调器进行解调。对于同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率，所以这里采用相干解调方式。将解调后的信号经滤波器后，再经抽样判决则可输出四电平符号，将其按表1反映射，即可输出二进制比特。解调框图如下所示：沈阳理工大学课程设计5解调中F(f)滤波器的幅频响应与调制中相同。cos部分按三角公式展开得：将其经过低通滤波器，滤掉高频分量，则(8)式剩下1/2A*I(nTs)分量，(10)式只剩下1/2A*Q(nTs)分量。将(13)式经相位校正后，再由(14)即可解调出m(n)。由于在数字域内，频率和相位的关系是简单的一阶差分关系，如公式(13)所示。在实际中，要想准确实现调沈阳理工大学课程设计6频信号的解调，差分鉴频必须满足以下要求：(a)、相邻的两个相位差应限制在[−π,π]内，否则出现相位跳变。(b)、当相位差大于2π时，应进行模2π处理。4FSK相干解调的实现方框图如下：最后将解调后的信号m(n)经过匹配滤波器后，再经过抽样判决，可获得四平符号，由标准中的表1所示对应关系，可将四电平符号再反映射为二进制比特流。按照上节的算法分析及调制、解调方框图，做出软件实现方案图如图7所示。3.4程序代码functionFSKFc=10;%载频Fs=40;%系统采样频率Fd=1;%码速率沈阳理工大学课程设计7N=Fs/Fd;df=10;numSymb=20;%进行仿真的信息代码个数M=4;%进制数SNRpBit=80;%信噪比SNR=SNRpBit/log2(M);seed=[1234554321];numPlot=20;x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%产生20个二进制随机码figure(1)stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');title('输入四进制随机序列')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');%调制y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%4FSK调制函数numModPlot=numPlot*Fs;t=[0:numModPlot-1]./Fs;figure(2)plot(t,y(1:length(t)),'b-');axis([min(t)max(t)-1.51.5]);title('调制信号输出')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');%在已调信号中加入高斯白噪声randn('state',seed(2));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)-1.51.5]);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)沈阳理工大学课程设计8stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');holdon;stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro');holdoff;axis([0numPlot-0.51.5]);title('相干解调输出信号与原序列的比较')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');holdon;stem([0:numPlot-1],z2(1:numPlot),'ro');holdoff;axis([0numPlot-0.51.5]);title