通信原理课程设计

成绩评定表学生姓名赵诗雅班级学号1303030403专业电子信息工程课程设计题目2FSK系统仿真评语组长签字：成绩日期2016年2月29日课程设计任务书学院信息科学与工程专业电子信息工程学生姓名赵诗雅班级学号1303030403课程设计题目2FSK系统仿真实践教学要求与任务:利用MATLAB/Simulink进行编程和仿真，要求通过键控法与相干解调法实现2FSK的调制与解调。工作计划与进度安排:2016年02月29日选题目查阅资料2016年03月01日编写软件源程序或建立仿真模块图2016年03月02日调试程序或仿真模型2016年03月02日性能分析及验收2016年03月09日撰写课程设计报告、答辩指导教师：2016年2月29日专业负责人：2016年2月29日学院教学副院长：2016年2月29日沈阳理工大学通信系统课程设计报告I摘要2FSK是以二进制数字基带信号为调制信号，采用键控法来产生2FSK信号，控制载波频率变化的调制方式，解调方法为相干解调。本次课程设计主要是利用Matlab的Simulink平台进行系统仿真，调制系统主要有BernoulliBinaryGenerator二进制随机基带信号模块，Sinewave，Sinewave1载波模块,用来产生正弦波；Product乘法器模块；Scope示波器模块，用来显示波形；NOT反相器模块；解调系统主要包括Design带通滤波器模块；相乘器和低通滤波器模块，其作用等同于包络检波器；Scope示波器模块；Add模块，对信号进行加法或减法运算；Relay抽样判决器模块，其采样时间与伯努利二进制信号发生器的采样时间相同，以便判决信号。合理设定各模块参数，通过对输出波形的分析得出2FSK调制解调系统仿真是否成功。关键词:2FSK；相干解调；调制；Matlab/Simulink沈阳理工大学通信系统课程设计报告II目录2FSK系统仿真....................................................................................11.课程设计目的.................................................................................12.课程设计要求.................................................................................13.相关知识.........................................................................................13.1MATLAB的简介.....................................................................13.2Simulink平台介绍..............................................................24.课程设计分析.................................................................................24.1课程设计原理.......................................................................24.22FSK的产生及其功率谱密度...........................................34.32FSK的调解及系统的抗噪声性能...................................55.仿真.................................................................................................75.1建模图....................................................................................75.2参数设置................................................................................85.3仿真结果..............................................................................116.结果分析.....................................................................................147.参考文献.......................................................................................14沈阳理工大学通信系统课程设计报告12FSK系统仿真1.课程设计目的（1）要求学生掌握2FSK的调制与解调的实现方法。（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。（3）掌握MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行2FSK调制与相干解调系统仿真。2.课程设计要求（1）利用通信原理中学习的理论知识，在Simulink仿真平台中设计出调制与解调系统，并会运行。（2）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形。（3）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形。3.相关知识3.1MATLAB的简介Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。沈阳理工大学通信系统课程设计报告23.2Simulink平台介绍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，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，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、执行和测试。4.课程设计分析4.1课程设计原理频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。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。2FSK是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为式(4.1)：)cos()]([)cos(])([)(2_12nsnnnnsnFSKtnTtgatnTtgats(4.1)其中)(tg是脉宽为sT的矩形脉冲表示的NRZ数字基带信号。式（4.1）中，假设沈阳理工大学通信系统课程设计报告3码元的初始相位分别为n和n；112f和222f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。二进制数字信息及已调载波如图4.1所示。图4.1二进制数字信息及已调载波4.22FSK的产生及其功率谱密度2FSK信号的产生方法主要有两种。一种是采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形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，使其在每一个码元s期间输出f1或f2两个载波之一，如图4.2所示。这两种方法产生2FSK信号的差异在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，（这是一类特殊的FSK，称为连续相位FSK）而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图4.22FSK信号调制器框图两个独立的振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入的二进制信号。二进制信号通过两个与门电路，控制其中的一个载波通过。沈阳理工大学通信系统课程设计报告4调制器各点波形如图4.3所示。图4.32FSK调制器各点波形由图4.3可知，波形g是波形e和f的叠加。所以，二进制频率调制信号2FSK可以看成是两个载波频率分别为f1和f2的2ASK信号的和。由于“1”、“0”统计独立，因此，2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之和，即)(P1)(41111FSK2ffpfpssff）（+)()(412222fpfpffss(4.1)2FSK信号的功率谱如图4.4所示。图4.42FSK信号的功率谱2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率1f和2f处，连续谱分布在1f和2f附近，若取功率谱第一个零点以内的成分计算带宽，沈阳理工大学通信系统课程设计报告5显然2FSK信号的带宽为sfff221FSK2(4.2)由图4.4可以看出,第一，相位不连续的2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于1f和2f处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频1f和2f处；第二，连续谱的形状随着两个载频之差21ff的大小而变化，若sfff21，连续谱在0f处出现单峰；若sfff21，出现双峰。4.32FSK的调解及系统的抗噪声性能2FSK信号的常用的解调方法是采用非相干解调和相干解调。非相干解调是经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器1f，2f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信号。其原理图如图4.5所示。带通滤波器ω1带通滤波器ω2包络检波器包络检波器抽样判决器图4.52FSK非相干解调原理框图相干解调是根据已调信号由两个载波1f和2f调制而成，则先用两个分别对1f，2f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1f，2f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即可。相干解调原理图如图4.6所示。沈阳理工大学通信系统课程设计报告6图4.6相干解调原理图由图4.6可知，输入信号为：)cos()(*)cos()(*)(221nsnsnTTantgntgTs（4.3）（n是an的反码）来设计仿真。相干2FSK抗噪声性能的分析方法和相干2ASK很相似。现将收到的2FSK信号表示为tatfsFSK122cos)(发送‘0’码时tatfsFSK222cos)(发送‘1’码时（4