基于Matlab_Simulink的2FSK调制解调仿真设计张倩Word格式文档下载.doc
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2.1.22FSK信号的频谱特性:
7
2.2FSK调制原理 7
2.3FSK解调原理 9
2.4仿真思路 10
2.5仿真程序 11
2.6输出波形及结果分析 13
结果分析 17
第三章用SIMULINK仿真FSK调制解调 19
3.1用Simulink仿真FSK调制 19
3.1.1Simulink仿真FSK调制框图 19
3.1.2参数设置 19
3.1.3仿真波形 20
3.2用Simulink仿真FSK解调 22
3.2.1Simulink仿真FSK解调框图 22
3.2.2参数设置 22
3.2.3仿真波形及分析 24
第五章结论 26
参考文献 27
摘要
本设计是基于MATLAB来实现调制与解调的仿真。
主要设计思想是利用MATLAB和MATLAB集成环境下Simulink的仿真平台,这个强大的数学软件工具方便快捷灵活的功能实现数字调制解调中的频率调制与解调的设计。
首先,先阐述了通信系统的模型,以及FSK信号的产生原理,调制与解调的基本原理。
然后分别设计了FSK调制框图和解调框图,实现了Matlab程序仿真和Simulink系统仿真,在解调部分各信号都是采用相干解调、非相干解调的方法,同时在没有噪声的情况下和存在噪声的基础上分别对信号进行调制与解调,并且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示,得到了比较准确的结果,进而在存在噪声和不存在噪声时进行对比,对结果进行了详尽而且准确的分析。
最后给出了一些结论:
信道中的噪声大小严重影响通信质量。
在通信中,要保证通信质量高,必须信道信噪比要高。
在低信噪比信道中,必须想其它办法克服,如信道编码等。
FSK(Frequency-shiftkeying)是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是:
实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。
在中低速数据传输中得到了广泛的应用。
第一章前言
1.1专业设计任务及要求
1了解并掌握FSK调制与解调的基本原理;
2在通信原理课程的基础上设计与分析简单的通信系统;
3学会利用MATLAB7.0编写程序进行仿真,根据实验结果能分析所设计系统的性能。
4学习MATLAB的基本知识,熟悉MATLAB集成环境下Simulink的仿真平台。
5利用通信原理相关知识在仿真平台中设计FSK调制与解调仿真系统并用示波器观察解调后的波形
6在指导老师的指导下,独立完成课程设计的全部内容,能正确的阐述和分析设计和实验结果。
1.2Matlab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。
由于它使用简单,扩充方便,尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能,使其成为了巨大的知识宝库。
Matlab可以方便的设计漂亮的界面,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。
可以说,Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一,掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。
1.3Matlab下的simulink简介
Simulink是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境。
它的存在使得Matlab的功能进一步扩展。
它支持连续离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多重采样率的多速率系统。
Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型就像用笔和纸来画一样容易。
与传输的仿真软件包用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。
1.4通信系统模型
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1-1所示。
图1-1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所示,
图1-2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,模型如图1-3所示。
图1-3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。
第二章FSK调制解调原理及Matlab仿真
2.1FSK信号产生原理
2FSK是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。
例如,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
式中,假设码元的初始相位分别为和;
和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。
2FSK信号的产生方法有两种:
(1)模拟法,即用数字基带信号作为调制信号进行调频。
如图1-1(a)所示。
(2)键控法,用数字基带信号及其反相分别控制两个开关门电路,以此对两个载波发生器进行选通。
如图1-1(b)所示。
这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同,只有一点差异,即由调频器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的,而键控法产生的2FSK信号,则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号,故相邻码元的相位不一定是连续的。
(a)(b)
图1-12FSK信号产生原理图
由键控法产生原理可知,一位相位离散的2FSK信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK信号之和,即
其中是脉宽为的矩形脉冲表示的NRZ数字基带信号。
其中,为的反码,即若,则;
若,则。
由于相位离散的2FSK信号可看成是两个2ASK信号之和,所以,这里可以直接应用2ASK信号的频谱分析结果,比较方便,即
2FSK信号带宽为式中,是基带信号的带宽。
2.2FSK调制原理
二进制频率调制是用二进制数字信号控制正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化。
由于二进制数字信息只有两个不同的符号,所以调制后的已调信号有两个不同的频率f1和f2,f1对应数字信息“1”,f2对应数字信息“0”。
二进制数字信息及已调载波如图2-1所示。
图2-12FSK信号
在2FSK信号中,当载波频率发生变化时,载波的相位一般来说是不连续的,这种信号称为不连续2FSK信号。
相位不连续的2FSK通常用频率选择法产生,如图2-2所示:
图2-22FSK信号调制器
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。
调制器各点波形如图2-3所示:
图2-32FSK调制器各点波形
由上图可知,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。
2.3FSK解调原理
FSK相关调制解调的原理图如下:
输入的信号为:
其中ān是аn的反码。
2.4仿真思路
1.首先要确定采样频率fs和两个载波频率的值f1,f2。
2.写出输入已经信号的表达式S(t)。
由于S(t)中有反码的存在,则需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样。
写出已调信号的表达式S(t)。
3.在2FSK的解调过程中,信号首先通过带通滤波器,设置带通滤波器的参数,后用一维数字滤波函数filter对信号S(t)的数据进行滤波处理。
输出经过带通滤波器后的信号波形。
由于已调信号中有两个不同的载波(ω1,ω2),则经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形H1,H2。
4.经过带通滤波器后的2FSK信号再经过相乘器(cosω1,cosω2),两序列相乘的MATLAB表达式y=x1.*x2→SW=Hn.*Hn,输出得到相乘后的两个不同的2FSK波形h1,h2。
5.经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器,设置低通滤波器的参数,用一维数字滤波函数filter对信号的数据进行新的一轮的滤波处理。
输出经过低通滤波器后的两个波形(sw1,sw2)。
6.将信号sw1和sw2同时经过抽样判决器,分别输出st1,st2。
其抽样判决器输出的波形为最后的输出波形st。
对抽样判决器经定义一个时间变量长度i,当st1(i)>
=st2(i)时,则st=0,否则st=st2(i).其中st=st1+st2。
2.5仿真程序
%程序如下:
%2FSK仿真程序
clc;
clear;
set(findobj('
Color'
[0.8000.8000.800]),'
'
w'
);
%设置背景白
fs=2000;
%采样频率
dt=1/fs;
f1=20;
f2=120;
%两个信号的频率
a=round(rand(1,10));
%随机信号
g1=a;
g2=~a;
%信号反转,和g1反向
g11=(ones(1,2000))'
*g1;
%抽样
g1a=g11(:
)'
;
g21=(ones(1,2000))'
*g2;
g2a=g21(:
t=0:
dt:
10-dt;
t1=length(t);
fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);
fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);
fsk=fsk1+fsk2;
%产生的信号
no=0.0*randn(1,t1);
%噪声
sn=fsk+no;
subplot(311);
plot(t,no);
title('
噪声波形'
ylabel('
噪声幅度'
%噪声波形
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- 基于 Matlab_Simulink FSK 调制 解调 仿真 设计