【强烈推荐】2FSK信号调制与解调

课程设计(论文)任务书信息工程学院通信工程专业11-1班一、一、课程设计(论文)题目基于Simulink的数字通信系统的仿真设计二、课程设计(论文)工作自2014年6月16日起至2014年6月27日止。三、课程设计(论文)地点:图书馆、寝室、通信实验室（4-410）。四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）使学生掌握通信系统各功能模块的基本工作原理；（2）培养学生采用Simulink仿真软件对各种电路进行仿真的方法；（3）培养学生对二进制数字调制及解调电路的理解能力；（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）学习Simulink仿真软件的使用；（2）对数字通信系统调制及解调电路各功能模块的工作原理进行分析；（3）提出数字通信系统调制及解调电路的设计方案，选用合适的模块；（4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真结果进行分析。a.2ASK调制及解调b.2FSK调制及解调c.2PSK调制及解调d.2DPSK调制及解调e.MASK，MFSK，MPSK，MSK，QAM（至少选做一种）2）创新要求：3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写毕业论文（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）毕业论文装订按学校的统一要求完成4）答辩标准：（1）完成原理分析（20分）（2）系统方案选择（30分）（3）仿真结果分析（30分）（4）论文写作（20分）5）参考文献：（1）王俊峰.《通信原理MATLAB仿真教程》人民邮电出版社第1版.2010.11.1（2）赵静.《基于MATLAB的通信系统仿真》北京航空航天大学出版社6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料2图书馆仿真5实验室撰写论文3实验室学生签名：2014年6月16日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统方案选择（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）仿真结果分析（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）论文写作（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）评阅人：职称：副教授2014年6月27日摘要：Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulink作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。本文主要是以Simulink为基础平台，设计出2ASK、2FSK、2PSK、2PSK和MASK数字调制与解调系统结构，包括信源、调制、滤波器、信道、解调模块及信宿等模块，并对数字调制与解调系统进行了调试仿真，并实现波形对比分析。本文的主要目的是通过Simulink对数字调制与解调系统进行调试仿真，实现熟悉和对数字通信理论的更加深化理解。关键词：数字调制方式Simulink调制与解调1引言1.1simulink的简介Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。1.2通信技术的发展通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)，它的一般模型如图1-2-3所示。信息源发送设备信道接收设备受信者↑噪声源图1-2-1通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-4所示，信数信信数信信源道字受道源字信息编编调解译译信源码码调码码者制道器器器器器器↑噪声源图1-2-2数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-5所示。信息源调制器信道解调器受信者噪声源图1-2-3模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。1.3课题的研究和意义数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。根据是否采用调制，可以将通信系统分为基带传输和调制传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送。调制的目的是使载波携带要发送的信息，对于正弦载波调制，可以用要发送的信息去控制或改变载波的幅度、频率或相位。接收端通过解调就可以恢复出信息。在通信系统中，调制的目的主要有以下几个方面：（1）便于信息的传输。调制过程可以将信号频谱搬移到任何需要的频率范围，便于与信道传输特性相匹配。如无线传输时，必须要将信号调制到相应的射频上才能够进行无线电通信。（2）改变信号占据的带宽。调制后的信号频谱通常被搬移到某个载频附近的频带内，其有效带宽相对于载频而言是一个窄带信号，在此频带内引入的噪声就减小了，从而可以提高系统的抗干扰性。（3）改善系统的性能。由信息论可知，有可能通过增加带宽的方式来换取接收信噪比的提高，从而可以提高通信系统的可靠性，各种调制方式正是为了达到这些目的而发展起来的。2数字通信系统调制与解调的工作原理在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。因此必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。图2-1数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的数字调制方式有：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)、差分相移键控(DPSK)。本章重点论述上述数字调制系统的工作原理。2.1二进制频移键控(2FSK)工作原理频移键控是利用两个不同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0，用数字信号的1和0去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2Fb，xF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb值大，所以二进制频移键控的信号带宽B较大，频带利用率小。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2-2-1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212()()cos()()cos()FSKnsnnbnnnetagtnTtagtnTt（2-1-5）（2-1-6）（2-1-7）图2-1-1二进制移频键控信号的时间波形由图2-1-1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为（2-1-8）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。图2-1-2是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图，图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2-1-3所示。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如图2-1-4所示。图2-1-2二进制移频键控信号解调器原理图图2-1-3(a)非相干解调;(b)相干解调图2-1-42FSK非相干解调过程的时间波形3数字通信系统的调制与解调仿真设计及结果分析3.12FSK信号的调制与解调仿真设计及结果分析3.1.1调制与解调仿真设计图如下：参数设置说明：随机方波为序列信号源（A=1，f=20Hz），两正弦波分别为载波1（A=1，f=80*pi），载波2（A=1，f=40*pi），带通滤波器（0.01——800Hz；0.01——400Hz），低通滤波器（800Hz；400Hz），抽样频率为20Hz。由于信号经过调制、传输后。解调出来的波形有延时，故用延时器以更好的对比波形。3.1.2调制结果图如下：第一个波形为基带序列信号，第二个波形为载波1，第三个波形为载波2，第四个波形为调制后的信号（2FSK信号）。3.1.3解调结果图如下：第一个波形为解调出来的波形，第二条波形为序列信号经延时一个Ts的波形。由波形对比可知，本次2FSK信号的调制与解调仿真设计合理。