課程設(shè)計(jì)--2fsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　《電子信息系統(tǒng)仿真》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　2009 級(jí) 電子信息工程 專(zhuān)業(yè) ........ 班級(jí)</p><p>　　題 目 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　姓 名 ...... 學(xué)號(hào) .................. </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 王.. 王... </p><p>　　二О一 一 年 十二 月 六 日</p><p><b>　　內(nèi) 容 摘 要</b></p><p>　　本文主要是利用MATLAB7.0來(lái)實(shí)現(xiàn)2FSK 數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)主要原理和技術(shù)進(jìn)行研究，理解2FSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的基本過(guò)程和相關(guān)知識(shí)，該設(shè)計(jì)

3、模塊包含信源調(diào)制、發(fā)送濾波器模塊、信道、接受濾波器模塊、解調(diào)以及信宿，并未各個(gè)模塊進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。在此基礎(chǔ)上熟悉MATLAB的功能及操作，最后通過(guò)觀(guān)察仿真圖形進(jìn)行波形分析及系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　2FSK ；MATLAB ；調(diào)制解調(diào) ；系統(tǒng)性能 ；誤碼率</p><p>　　MATL

4、AB軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是目前國(guó)際上流行的進(jìn)行科學(xué)研究、工程計(jì)算的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算，并已經(jīng)發(fā)展成為一種高度集成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力、方便實(shí)用的繪圖功能及語(yǔ)言的高度集成性。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力之外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真、實(shí)時(shí)控制等功能。</p><p>　　在通信領(lǐng)域MATLAB更是優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)橥?/p>

5、信領(lǐng)域中很多問(wèn)題是研究系統(tǒng)性能的，傳統(tǒng)的方法只有構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用各種方法進(jìn)行測(cè)量，才能得到所需的數(shù)據(jù)，這樣不僅需要花費(fèi)大量的資金用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，而且系統(tǒng)構(gòu)建周期長(zhǎng)，系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整也十分困難。而MATLAB的出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，免去構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的不便，而且操作十分簡(jiǎn)便，只需要輸入不同的參數(shù)就能得到不同情況下系統(tǒng)的性能，而且在結(jié)構(gòu)的觀(guān)測(cè)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面也比傳統(tǒng)的方式有很多優(yōu)勢(shì)。因而MATLAB在通信仿真領(lǐng)域

6、得到越來(lái)越多的應(yīng)用。</p><p><b>　　理論分析</b></p><p>　　2FSK信號(hào)的產(chǎn)生：</p><p>　　2FSK是利用數(shù)字基帶信號(hào)控制在波的頻率來(lái)傳送信息。例如，1碼用頻率f1來(lái)傳輸，0碼用頻率f2來(lái)傳輸，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為</p><p>　　式中，假設(shè)碼元的初始相位分別為和

7、；和為兩個(gè)不同的碼元的角頻率；幅度為A為一常數(shù)，表示碼元的包絡(luò)為矩形脈沖。 </p><p>　　2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種：</p><p>　　模擬法，即用數(shù)字基帶信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻。</p><p>　　鍵控法，用數(shù)字基帶信號(hào)及其反相分別控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén)電路，以此對(duì)兩個(gè)載波發(fā)生器進(jìn)行選通。</p><p>　　這兩種方法

8、產(chǎn)生的2FSK信號(hào)的波形基本相同，只有一點(diǎn)差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)，則分別有兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。</p><p><b>　　2FSK的解調(diào)方式</b></p><p><b>　　非相干解調(diào)</b></p><

9、;p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號(hào)通過(guò)兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器f1、f2濾出不需要的信號(hào)，然后再將這兩種經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)分別通過(guò)包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號(hào)同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來(lái)的信號(hào)就是調(diào)制前的輸入信號(hào)。其原理圖如下圖所示：</p><p><b>　　相干解調(diào)</b></p><p>　　根據(jù)已調(diào)信號(hào)由兩個(gè)載波f1、f2調(diào)制而

10、成，則先用兩個(gè)分別對(duì)f1、f2帶通的濾波器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號(hào)與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號(hào)進(jìn)行抽樣判決器即可。原理圖如下：</p><p><b>　　Matlab實(shí)現(xiàn)：</b></p><p>　　生成2FSK的程序如下</p><p><b>　　源程序代碼：</

11、b></p><p><b>　　clear all</b></p><p><b>　　close all</b></p><p>　　i=10;%基帶信號(hào)碼元數(shù)</p><p><b>　　j=5000;</b></p><p>　　a=rou

12、nd(rand(1,i));%產(chǎn)生隨機(jī)序列</p><p>　　t=linspace(0,5,j);</p><p>　　f1=10;%載波1頻率</p><p>　　f2=5;%載波2頻率</p><p>　　fm=i/5;%基帶信號(hào)頻率</p><p>　　B1=2*f1;%載波1帶寬</p><

13、;p>　　B2=2*f2;%載波2帶寬</p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%產(chǎn)生基帶信號(hào)</p><p><b>　　st1=t;</b></p><p>　　for n=1:10</p><p>　　if a(n)<1;</p><p&g

14、t;　　for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n</p><p><b>　　st1(m)=0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n</

15、p><p><b>　　st1(m)=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　st2=t;&

16、lt;/b></p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基帶信號(hào)求反</p><p>　　for n=1:j;</p><p>　　if st1(n)>=1;</p><p><b>　　st2(n)=0;</b></p><p><b&

17、gt;　　else</b></p><p><b>　　st2(n)=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　figure(1);</p><p>　　sub

18、plot(411);</p><p>　　plot(t,st1);</p><p>　　title('基帶信號(hào)');</p><p>　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　subplot(412);</p><p>　　plot(t,st2);</p><p&g

19、t;　　title('基帶信號(hào)反碼');</p><p>　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%載波信號(hào)</p><p>　　s1=cos(2*pi*f1*t);</p><p>　　s2=cos(2*pi*f2*t);</p>

20、<p>　　subplot(413)</p><p><b>　　plot(s1);</b></p><p>　　title('載波信號(hào)1');</p><p>　　subplot(414),</p><p><b>　　plot(s2);</b></p>

21、<p>　　title('載波信號(hào)2');</p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%調(diào)制</p><p>　　F1=st1.*s1;%加入載波1</p><p>　　F2=st2.*s2;%加入載波2</p><p>　　figure(2);</p>

22、;<p>　　subplot(311);</p><p>　　plot(t,F1);</p><p>　　title('s1*st1');</p><p>　　subplot(312);</p><p>　　plot(t,F2);</p><p>　　title('s2*st2&#

23、39;);</p><p>　　e_fsk=F1+F2;</p><p>　　subplot(313);</p><p>　　plot(t,e_fsk);</p><p>　　title('2FSK信號(hào)')</p><p>　　Matlab程序運(yùn)行結(jié)果：</p><p>　　2F

24、SK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真：</p><p>　　Fc=10; %載頻</p><p>　　Fs=40; %系統(tǒng)采樣頻率</p><p>　　Fd=1; %碼速率</p><p><b>　　N=Fs/Fd; </b></p><p><b>　　df=10;</

25、b></p><p>　　numSymb=25;%進(jìn)行仿真的信息代碼個(gè)數(shù)</p><p>　　M=2; %進(jìn)制數(shù)</p><p>　　SNRpBit=60;%信噪比</p><p>　　SNR=SNRpBit/log2(M);%60</p><p>　　seed=[12345 54321];</

26、p><p>　　numPlot=15; </p><p>　　x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%產(chǎn)生25個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');%顯示1

27、5個(gè)碼元，桿圖，從x的前十五個(gè)隨機(jī)數(shù)中選取</p><p>　　title('二進(jìn)制隨機(jī)序列')</p><p>　　xlabel('Time');</p><p>　　ylabel('Amplitude'); </p><p><b>　　%調(diào)制</b></p>

28、;<p>　　y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%數(shù)字帶通調(diào)制</p><p>　　numModPlot=numPlot*Fs; %15*40</p><p>　　t=[0:numModPlot-1]./Fs;%數(shù)組除法（仿真時(shí)間）</p><p><b>　　figure(2)</b>&

29、lt;/p><p>　　plot(t,y(1:length(t)),'b-');</p><p>　　axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]);</p><p>　　title('調(diào)制后的信號(hào)')</p><p>　　xlabel('Time');</p><

30、p>　　ylabel('Amplitude');</p><p>　　%在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲</p><p>　　randn('state',seed(2)); %生成-2到+2之間的隨機(jī)數(shù)矩陣</p><p>　　y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),'measur

31、ed',[],'dB');%在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　plot(t,y(1:length(t)),'b-');%畫(huà)出經(jīng)過(guò)信道的實(shí)際信號(hào)</p><p>　　axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]);</

32、p><p>　　title('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)')</p><p>　　xlabel('Time');</p><p>　　ylabel('Amplitude');</p><p><b>　　%相干解調(diào)</b></p><p><b&g

33、t;　　figure(4)</b></p><p>　　z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye',M,df);</p><p>　　title('相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖')</p><p>　　%帶輸出波形的相干M元頻移鍵控解調(diào)</p><p><b>　　figure

34、(5)</b></p><p>　　stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');</p><p><b>　　hold on;</b></p><p>　　stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro');</p><p&

35、gt;<b>　　hold off;</b></p><p>　　axis([0 numPlot -0.5 1.5]);</p><p>　　title('相干解調(diào)后的信號(hào)原序列比較')</p><p>　　legend('原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列','相干解調(diào)后的信號(hào)')</p>&l

36、t;p>　　xlabel('Time');</p><p>　　ylabel('Amplitude');</p><p><b>　　%非相干解調(diào)</b></p><p><b>　　figure(6)</b></p><p>　　z2=ddemod(y,Fc,

37、Fd,Fs,'fsk/eye/noncoh',M,df);</p><p>　　title('非相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖')</p><p>　　%帶輸出波形的非相干M元頻移鍵控解調(diào)</p><p><b>　　figure(7)</b></p><p>　　stem([0:numPlot-

38、1],x(1:numPlot),'bx');</p><p><b>　　hold on;</b></p><p>　　stem([0:numPlot-1],z2(1:numPlot),'ro');</p><p><b>　　hold off;</b></p><p&g

39、t;　　axis([0 numPlot -0.5 1.5]);</p><p>　　title('非相干解調(diào)后的信號(hào)')</p><p>　　legend('原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列','非相干解調(diào)后的信號(hào)')</p><p>　　xlabel('Time');</p><p>　　

40、ylabel('Amplitude');</p><p><b>　　%誤碼率統(tǒng)計(jì)</b></p><p>　　[errorSym ratioSym]=symerr(x,z1);</p><p><b>　　figure(8)</b></p><p>　　simbasebandex(

41、[0:1:5]);</p><p>　　title('相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)')</p><p>　　[errorSym ratioSym]=symerr(x,z2); </p><p><b>　　figure(9)</b></p><p>　　simbasebandex([0:1:5]);&l

42、t;/p><p>　　title('非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)')</p><p><b>　　%濾除高斯白噪聲</b></p><p>　　Delay=3;R=0.5;PropD=0; %滯后3s</p><p>　　[yf,tf]=rcosine(Fd,Fs,'fir',R,Delay);

43、 %升余弦函數(shù)</p><p>　　[yo2,to2]=rcosflt(y,Fd,Fs,'filter',yf);</p><p>　　%加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)和經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào)</p><p>　　t=[0:numModPlot-1]./Fs;</p><p>　　figure(10)</p&g

44、t;<p>　　plot(t,y(1:length(t)),'r-');</p><p><b>　　hold on;</b></p><p>　　plot(to2,yo2,'b-');%濾出帶外噪聲</p><p><b>　　hold off;</b></p>

45、<p>　　axis([0 30 -1.5 1.5]);</p><p>　　xlabel('Time');</p><p>　　ylabel('Amplitude');</p><p>　　legend('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)','經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào)')</p>

46、<p>　　title('升余弦濾波前后波形比較')</p><p>　　eyediagram(yo2,N);%眼圖</p><p>　　title('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)的眼圖')</p><p>　　Matlab程序運(yùn)行結(jié)果：</p><p>　　略去部分matlab生成的圖形文件，重點(diǎn)

47、分析了調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)有關(guān)的圖像文件，如下5個(gè)圖：</p><p><b>　　系統(tǒng)性能分析</b></p><p>　　對(duì)于數(shù)字傳輸系統(tǒng)而言，最重要的性能指標(biāo)就是誤碼率。如上圖我們結(jié)合通信原理課本上的公式可以看出：</p><p>　　相干檢測(cè)法的誤碼率為：</p><p>　　而非相干包絡(luò)檢波法的誤碼率為：</p&

48、gt;<p>　　顯然，所以相干解調(diào)性能優(yōu)于非相干解調(diào)。進(jìn)一步驗(yàn)證了對(duì)于2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在課程設(shè)計(jì)中我們進(jìn)一步驗(yàn)證了書(shū)上的一些結(jié)論，是通過(guò)我們自己的獨(dú)立動(dòng)手換來(lái)的。雖然在編程上出現(xiàn)一點(diǎn)小困難，但是積極溝通和學(xué)習(xí)最終解決。</p&g

49、t;<p>　　本次設(shè)計(jì)主要涉及到了通信原理和MATLAB的相關(guān)知識(shí)與運(yùn)用，主要有基帶信號(hào)的調(diào)制即產(chǎn)生2FSK信號(hào)、加性高斯噪聲特性、相干解調(diào)的原理及實(shí)現(xiàn)方法、帶通和低通濾波器的特性、抽樣判決的實(shí)現(xiàn)方法、信噪比和誤碼率的計(jì)算等等，加深了對(duì)上述相關(guān)知識(shí)的了解，是自己更深刻理解了調(diào)制與解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法，已經(jīng)基本掌握了MATLAB的基本應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

50、></p><p>　　[1]李曉峰 周亮 周寧 等 《通信原理》 清華大學(xué)出版社 2008年11月第一版</p><p>　　[2]《MATLAB編程》 第4版 Stephen J.Chapman 著</p><p>　　[3]百度文庫(kù) 《2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》</p><p>　　[4]劉波、文忠、曾涯 《MATLA