通信2fsk課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子技術(shù)學(xué)院</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</b></p><p>　　課程名稱： 通信原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　班 級(jí)： 電信（

2、DB）0904班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　二○一二 年 六 月</p><p><

3、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　摘 要 2</b></p><p><b>　　1引言3</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的目的3</p><p>　

4、　1.2 課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求3</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)4</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)原理5</b></p><p>　　2.1 Simulink工作環(huán)境5</p><p><b>　　（1）模型庫(kù)5</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)

5、仿真模型5</p><p><b>　?。?）運(yùn)行仿真6</b></p><p>　　2.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)6</p><p>　　（1）2FSK的調(diào)制原理6</p><p>　?。?）2FSK的解調(diào)原理8</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)步驟10</b>

6、;</p><p>　　3.1 2FSK信號(hào)調(diào)制10</p><p>　?。?）2FSK的調(diào)制部分10</p><p>　　（2）2FSK的調(diào)制部分參數(shù)設(shè)置11</p><p>　?。?）2FSK的調(diào)制部分仿真以及功率譜分析12</p><p>　　3.2 2FSK信號(hào)解調(diào)14</p><

7、p>　?。?）2FSK的解調(diào)部分14</p><p>　　（2）2FSK的調(diào)制部分參數(shù)設(shè)置14</p><p>　?。?）2FSK的解調(diào)部分仿真以及功率譜分析16</p><p>　　4出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法21</p><p><b>　　5 結(jié)束語(yǔ)22</b></p><p>&

8、lt;b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平臺(tái)的著名仿真環(huán)境Simulin作為一種專業(yè)和功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)單的仿真工具，目前已被越來(lái)越多的工程技術(shù)人員所青睞，它搭建積木式的建模仿真方式既簡(jiǎn)單又直觀，而且已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的

9、應(yīng)用。</p><p>　　本文主要是以simulink為基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)2FSK信號(hào)的仿真。本文的主要目的是對(duì)simulink的熟悉和對(duì)數(shù)字通信理論的更加深化和理解。本課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行2FSK調(diào)制與非相干解調(diào)系統(tǒng)仿真。在本次課程設(shè)計(jì)中先根據(jù)2FSK調(diào)制與解調(diào)原理構(gòu)建調(diào)制解調(diào)電路，從Simulink工具箱中找所各元件，合理設(shè)置好參數(shù)并運(yùn)行，其中可以通過(guò)不斷的修改

10、優(yōu)化得到需要信號(hào)，之后加入高斯，并分析對(duì)信號(hào)的影響，最后通過(guò)對(duì)輸出波形和功率譜的分析得出2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真是否成功。</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB軟件，在Simulink平臺(tái)下建立仿真模型。實(shí)現(xiàn)模擬基帶信號(hào)經(jīng)2FSK調(diào)制與非相干解調(diào)的傳輸過(guò)程，通過(guò)分析比較調(diào)制解調(diào)輸出波形以及功率譜特征，理解2F

11、SK調(diào)制原理。在分別加入高斯噪聲，觀察對(duì)波形的影響，并對(duì)其進(jìn)行分析總結(jié)。</p><p><b>　　1、課程設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，鞏固對(duì)課堂上基本理論知識(shí)的理解，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)動(dòng)手能力和通信系統(tǒng)仿真的技能 </p><p>　　2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：</p><p>　　1）設(shè)

12、計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)（2FSK, 2PSk, 2ASK）</p><p>　　2） 設(shè)計(jì)基本要求：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括信源，調(diào)制，發(fā)送濾波器模塊，信道，接受濾波器模塊以及信宿；</p><p>　　（2）根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）；</p><p>

13、　?。?）觀察仿真結(jié)果并進(jìn)行波形分析（眼圖，）；</p><p>　　（4）分析影響系統(tǒng)性能的因素。</p><p><b>　　3）實(shí)施要求</b></p><p><b>　　具體要求如下：</b></p><p>　　使用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真</p><p

14、>　　a) 完成2FSK 、2PSk或 QPSK中任何一種調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)。傳輸信道模型選用下面三種之一：AWGN Channel、Rayleigh fading propagation channel和 Binary Symmetric Channel；</p><p>　　b) 分析已調(diào)信號(hào)的功率譜密度；</p><p>　　c) 分析信道噪聲對(duì)誤碼率的影響。</p>

15、<p><b>　　2設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　2.1 Simulink工作環(huán)境</p><p><b>　?。?）模型庫(kù)</b></p><p>　　在MATLAB命令窗口輸入“simulink”并回車，就可進(jìn)入Simulink模型庫(kù)</p><p>　　單擊工具欄上的 按

16、鈕也可進(jìn)入</p><p>　　Simulik模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下8類子庫(kù)：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺(tái)模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫(kù)中的模塊來(lái)組合系統(tǒng)，也可以封裝自

17、己的模塊，自定義模塊庫(kù)、從而實(shí)現(xiàn)全圖形化仿真。</p><p>　　Simulink模型庫(kù)中的仿真模塊組織成三級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)Simulink子模型庫(kù)中包含了Continous、Discontinus等下一級(jí)模型庫(kù)Continous模型庫(kù)中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。</p><p>　　圖2-1 Simulink工具箱</p><p><b>　?。?

18、）設(shè)計(jì)仿真模型</b></p><p>　　在MATLAB子窗口或Simulink模型庫(kù)的菜單欄依次選擇“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口</p><p>　　圖2-2 新建仿真模型窗口</p><p><b>　?。?）運(yùn)行仿真</b></p><p>　　兩種方式分

19、別是菜單方式和命令行方式，菜單方式：在菜單欄中依次選擇"Simulation" | "Start" 或在工具欄上單擊。命令行方式：輸入“sim”啟動(dòng)仿真進(jìn)程</p><p>　　比較這兩種不同的運(yùn)行方式：菜單方式的優(yōu)點(diǎn)在于交互性，通過(guò)設(shè)置示波器或顯示模塊即可在仿真過(guò)程中觀察輸出信號(hào)。命令行方式啟動(dòng)模型后，不能觀察仿真進(jìn)程，但仍可通過(guò)顯示模塊觀察輸出，適用于批處理方式。<

20、;/p><p>　　2.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)</p><p>　?。?）2FSK的調(diào)制原理</p><p>　　在二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）中，當(dāng)傳送“1”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率，傳送“0”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率。</p><p>　　其中，，為頻率為的載波的初始相位，為頻率為的載波的初始相位。令為的反碼，即</p><p>

21、　　則有:當(dāng)時(shí)，;當(dāng)時(shí)，。    　　則2FSK信號(hào)可表示為:</p><p>　　其中，我們?cè)诜治鲋屑僭O(shè)為單個(gè)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為:</p><p>　　由式上式可知，相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)2ASK調(diào)幅信號(hào)之和。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生,可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn). 圖 2-3 是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)

22、二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖, 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制,在一個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一.。</p><p>　　圖 2 –3 數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖</p><p>　　圖 2- 4 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形</p><p>　　從圖中可以看出b是a的反碼即若a=1,則b=0, 若a=0,則b=1;c為

23、載波f1，d為載波f2，g為2FSK的調(diào)制出的信號(hào)。</p><p>　?。?）2FSK的解調(diào)原理</p><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w1、w2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)。本設(shè)計(jì)要求非相干解調(diào)，其原理圖如下圖所示：&

24、lt;/p><p>　　圖 2 –5 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖</p><p>　　圖 2 –6 2FSK非相干解調(diào)時(shí)間波形圖</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　3.1 2FSK信號(hào)調(diào)制</p><p>　?。?）2FSK的調(diào)制部分</p>&l

25、t;p>　　打開(kāi)simulink工具箱，點(diǎn)擊file圖標(biāo)，選擇新建中的model，新建一個(gè)仿真空白模型，將2FSK信號(hào)調(diào)至所需要的模塊拖入空白模型中，也可點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵單擊“add to untitled”。</p><p>　　Pulse Generator模塊為正弦基帶信號(hào)模塊，Sine wave1，Sine wave2為頻率為f1和f2載波模塊，Product為乘法器模塊，Scope為示波器模塊，NOT

26、為反相器模塊，Power Spectral是功率譜模塊。2FSK信號(hào)是由頻率分別為Sine wave1和Sine wave2的兩個(gè)載波對(duì)信號(hào)源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中Sine wave1和Sine wave2是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)。調(diào)制模型圖如下圖所示：</p><p>　　圖 3 –1 2FSK信號(hào)調(diào)制部分的simulink模型方框圖</p><p>

27、　?。?）2FSK的調(diào)制部分參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　圖 3 –2 載波sin wave1的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　其中f1幅度為2；頻率3HZ；采樣時(shí)間為0.002的信號(hào)。</p><p>　　圖 3 –3 載波sin wave2的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　其中f1幅度為2；頻率2HZ；采樣時(shí)間為0.002的信號(hào)。</

28、p><p>　　本信號(hào)源s(t)序列是用隨機(jī)的0 1信號(hào)產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的Pulse Generator信號(hào)模塊其參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　圖 3-4 基帶信號(hào)Pulse Generator信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　其中方波是幅度為1，周期為3，占1比為1/3的基于采樣的信號(hào)。</p><p>　?。?

29、）2FSK的調(diào)制部分仿真以及功率譜分析</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如下：</p><p>　　其中第1段圖形為載波f1的波形圖；第2段位信號(hào)源的波形圖；第3段為載波f2的波形圖；第4段為f1和f2的調(diào)制波形。</p><p>　　調(diào)制后頻譜分析如下圖：</p><p>　　圖 3-6 基帶信

30、號(hào)頻譜分析</p><p>　　由圖可知基帶信號(hào)在由載波f1和f2作用下頻率發(fā)生了變化，相位發(fā)生位移，波形表現(xiàn)為基帶與載波f1的乘積與基帶與載波f2的乘積得和。</p><p>　?。?）2FSK的解調(diào)部分</p><p>　　Analog Filter Design模塊為帶通濾波器，Abs模塊為絕對(duì)值，其作用等同于保羅檢測(cè)器，Scope模塊為示波器，Subtrac

31、t模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算，Power Spectral模塊是功率譜，Zero order hold模塊的功能為零階保持模塊，Quantizing Encoder為量化編碼器模塊，Zero order hold和Quantizing Encoder的作用等同于在定時(shí)脈沖下的抽樣判決器。解調(diào)模型圖如下圖所示：</p><p>　　（2）2FSK的調(diào)制部分參數(shù)設(shè)置</p><p>　　在帶

32、通濾波器的參數(shù)設(shè)置中，由于載波f1和f2的頻率分別為3HZ和2HZ，基帶信號(hào)的采樣時(shí)間為1，所以其頻率為1HZ，1HZ等于2*pi，又因?yàn)?FSK的帶通濾波器取值就是載波頻率加減基帶信號(hào)的頻率，則帶通濾波器的取值范圍是4*pi到8*pi，帶通濾波器1的取值范圍是2*pi到6*pi。</p><p>　　圖 3-9帶通濾波器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖 3-10帶通濾波器1參數(shù)設(shè)置<

33、;/p><p>　　圖 3-11 零階保持模塊的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　其中零階保持模塊的采樣時(shí)間設(shè)置必須與基帶信號(hào)的采樣時(shí)間保持一致。</p><p>　　（3）2FSK的解調(diào)部分仿真以及功率譜分析</p><p>　　第3段是載波f1經(jīng)過(guò)解調(diào)的波形圖；第5段是載波f1和f2經(jīng)過(guò)解調(diào)的波形圖；第1段是解調(diào)出現(xiàn)的波形圖，在0~1時(shí)間段出現(xiàn)延

34、時(shí)，其他時(shí)間段與原基帶信號(hào)圖3-5第2段一致，符合實(shí)驗(yàn)要求。第4段是載波f2解調(diào)的波形圖。</p><p>　　解調(diào)后頻譜分析如下圖：</p><p>　　4出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了MATLAB軟件下Simulink建立工作模型，在仿真的過(guò)程中遇到了各種不同的問(wèn)題，通過(guò)自己的探索和在老師和同學(xué)的幫助下總算得以解決，總結(jié)分析分析如

35、下：</p><p>　　（1）運(yùn)行后如沒(méi)有出現(xiàn)波形、出現(xiàn)多路波形的混合或是出現(xiàn)波形的幅度過(guò)小或過(guò)大，可以點(diǎn)擊scope菜單欄的或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇autoscale即可出現(xiàn)清晰波形。</p><p>　?。?）若出現(xiàn)波形很差，可以把修正因子（默認(rèn)為1）加大，具體步驟為選擇模型菜單中的“Simulink|configuration parameters|Data import/expor

36、t”修改Decimation中數(shù)據(jù)（默認(rèn)為1），可加大為50或100。</p><p>　?。?）調(diào)制模塊中，如調(diào)制結(jié)果不明顯，可以加大載波頻率，一般來(lái)說(shuō)載波頻率要比基帶頻率大得多。</p><p>　?。?）若波形出錯(cuò)，可以把濾波器級(jí)數(shù)(默認(rèn)為8)適當(dāng)減小，使濾波器精確度變小，允許誤差變大，便于波形的輸出。</p><p>　?。?）在選擇帶通濾波器的參數(shù)時(shí)候要嚴(yán)

37、格按照需要的頻率范圍取值，通過(guò)計(jì)算載波和基帶信號(hào)的頻率可以得出該頻率范圍取值。</p><p>　?。?）在整個(gè)仿真過(guò)程中，各模塊的參數(shù)設(shè)置十分重要，一定要設(shè)置合適的參數(shù)，才會(huì)得出所需要的信號(hào)。</p><p><b>　　5 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　不同于在教室里上的理論，這次的課程設(shè)計(jì)需要將我們平時(shí)所學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐之中，將

38、知識(shí)學(xué)以致用。 </p><p>　　因?yàn)槭且运鶎W(xué)理論為基礎(chǔ)，所以在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我又重溫2FSK的調(diào)制與解調(diào)等知識(shí)，更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱，學(xué)會(huì)了獨(dú)立建立模型，分析調(diào)制與解調(diào)結(jié)果，和加入噪聲之后的情況，通過(guò)自己不斷地調(diào)試，更好的理解加入噪聲對(duì)信道的影響。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了實(shí)際操作能力，綜合素質(zhì)也

39、得到了提高，進(jìn)一步加深了了我們對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)和激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)的興趣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信 通信原理. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 達(dá)新宇．通信原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[3]