基于MATLAB的2FSK调制系统的设计课程设计

课程设计(论文)题目名称2FSK调制系统的设计与仿真摘要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。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关键字:2FSK；载波；调制解调目录第1章课程设计的任务与要求.........................................1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.12FSK简介...................................................................1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.2课程设计的任务........................................................1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.3课程设计的要求........................................................1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。第2章课程设计的研究基础.............................................2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。2.1数字通信系统的基本模型.........................................2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2.22FSK调制解调基本原理..........................................2茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第3章2FSK调制解调系统方案设计..............................4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3.1方案提出....................................................................4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。3.2方案比较....................................................................5預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。第4章2FSK调制解调系统设计......................................6渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。4.1各单元模块功能介绍及电路设计.............................6铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。4.2电路参数的计算及元器件的选择............................7擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。4.3系统整体电路图.........................................................7贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。第5章2FSK调制解调系统仿真和调试.........................8坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。5.1仿真软件介绍............................................................8蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。5.2系统仿真实现............................................................9買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。5.3系统测试..................................................................10綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。5.4数据分析..................................................................11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。第6章总结.......................................................................13猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。致谢...................................................................................14锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。参考文献...............................................................................15構氽頑黉碩饨荠龈话骛。附录源程序.......................................................................16輒峄陽檉簖疖網儂號泶。1第1章课程设计的任务与要求1.12FSK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。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。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）。本文介绍的就是二进制数字频移键控系统（2FSK）。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。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。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。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。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。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。2第2章课程设计的研究基础2.1数字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。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。图2.1.1数字通信系统模型2.22FSK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f1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nnbnnnsnFSKtwnTtgatwnTtgate212coscos)(（1-1）硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。式中PPan-1,1,0发送概率为发送概率为（1-2）PPn发送概率为发送概率为,11,0b（1-3）信息源编码器信息源信道解调器解码器受信者噪声源3\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=0,则bn=1,于是bn=na，θn和n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,n和θn不携带信息,通常可令n和θn为零。因此,二进制移频键控信号的时域表达式可简化twnTtgbtwnTtgatenbnnsnFSK212coscos)(（1-4）阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。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。4第3章2FSK调制解调系统方案设计3.1方案提出3.1.12FSK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：氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。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：图3.1.2模拟法调制3.1.22FSK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振荡器11f选通开关相加器反相器选通开关基带信号)(2teFSK振荡器22f调频器2FSK信号)(tg5信号。其原理图如下图所示：釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。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：怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。图3.1.4相干解调3.2方案比较3.2.12FSK的调制方式使用键控法产生2FSK信号，即由电子开关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。谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.2.22FSK的解调方式相干解调对接受设备的复杂程度比非相干解调较高，相干解调在大多数情况下解LPF相乘器LPFLPF相乘器LPF抽样判决抽样脉冲输入输出带通滤波器抽样脉冲包络检波器带通滤波器包络检波器抽样判决器输入输出F1F26调结果要好，本系统采用相干解调。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。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7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f1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形的对比观察，故设为5HZ。f2=10Hz的设置同理。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。本设计中滤波器据选择的是AnalogFilterDesign,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AWENchannel。同时选用了5个示波器scope，四个载波sinewave，四个相乘器product，以及relationaloperator，移相器unitdelay和加法器等。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。4.3系统整体电路图图4.3.1系统整体电路图8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，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。纣忧蔣氳