正文基于MATLAB环境下的GUI的FSK仿真演示系统Word文档格式.docx

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数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传输的信息，在接收端也对载波信号的离散调制参量进行检测。

数字调制采用正弦波调制，即信号被调制为高频正弦波。

数字解调是一种为了传播方便，把信息编码传输的方法。

在传输过程中，语音通话等会转变成一连串的数字信号，变为计算机二进制代码0和1，在信息接收处又解码恢复到原来的语音状态。

解调是调制的逆过程，其作用是从接受的己调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。

调制的方法可分为两类：

相干解调和非相干解调。

由于FSK的解调过程有相干解调法和非相干解调法，我们在这里只介绍相干解调原理。

相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。

2.3频移键控FSK原理

二进制数字频率调制方法有模拟调制和键控法两种。

其中二进制频率键控2FSK（frequency-shiftkeying）是采用最为广泛的一种，它原理更为简单、实现起来也更为容易、抗噪声和抗衰减性能好、稳定可靠，是中低速数据传输的最佳选择。

故一般采用键控法来实现二进制的频率键控2FSK。

2.3.12FSK调制原理

一、基本原理

2FSK是用原二进制”0”/”1”序列信号调制载波的一种数字调制方式。

我们将每个比特的信息转换为一个频率，不同的电平对应不同频率的载波。

一般来说，“0”由较低的频率f0表示，“1”由较高的频率f1表示。

即f0<

f1。

其表达式为：

（式2-1）

对应典型波形为：

图2.1调制典型波形

频移键控采用的调制方式需要两个不同频率段的载波信号，码元为“1”和码元为“0”时的载波频率不同，其数学表达式为：

（式2-2）

（式2-3）

二、2FSK信号的产生方法

▲采用模拟调频电路来实现：

信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。

▲采用键控法来实现：

相邻码元之间的相位不一定连续。

键控法的原理框图如图2.2所示。

图2.2键控法原理框图

基带信号是一个二进制0/1信号。

键控开关受基带信号控制，其中基带信号为“1”时，开关接至振荡器1。

反之，基带信号为“0”时，开关接至振荡器0。

当振荡器产生信号为频率分别为f0、f1的余弦信号时，调制信号

即为

。

其中

，

都是二进制序列信号。

2.3.22FSK解调原理

解调原理框图如图2.4所示，对应的典型波形图如图2.3所示。

图2.3解调典型波形图

图2.4解调原理框图

第三章系统设计思路

3.1调制模块设计

图3.1调制模块设计流程图

注释：

w为二进制信息码；

bit信号是承载码信息的二进制单极性不归零脉冲序列；

fsk是已调制的二进制频移键控信号；

nos是加噪后的fsk信号；

fftfsk、ffsk分别是fsk、nos信号的傅立叶变换，即频域函数。

3.2解调模块设计

图3.2解调模块设计流程图

3.3GUI界面设计

如图3.3所示，界面一共有三个编辑框edit1～edit3，两个下拉菜单popupmenu3～popupmenu4。

一个pushbutton20。

三个axes1～axes2。

他们的功能描述如表3-1所示：

图3.3GUI界面设计

表3-1GUI界面功能描述

控件名

功能描述

edit1

输入二进制信息码w

edit2

输入载频f0

edit3

输入载频f1

popupmenu3

选择axes2坐标轴要显示的图形

popupmenu4

选择axes3坐标轴要显示的图形

pushbutton20

清除axes2、axes3坐标轴上的图形

axes1

显示背景图片

axes2

显示popupmenu3中被选择的函数的图形

axes3

显示popupmenu4中被选择的函数的图形

第四章系统调试结果分析

4.1调试步骤及现象分析

4.1.1调试步骤

第一步：

运行m文件或者fig文件后，系统会打开“基于MATLAB环境下的GUI的FSK调制解调仿真演示系统”。

第二步：

输入任意长度的二进制信息码w，载频f0及f1。

（缺省值为f0=400，f1=200，w=[10000]）

第三步：

选中任一下拉菜单中的任意选项，即可调用FSK调制解调函数bfsk，并且根据选中项的项号，查找到相应已生成的函数信号，最后在相应的坐标轴中显示出来。

第四步：

选择另一下拉菜单中的任意项，并在其相应坐标轴中显示所选函数信号。

第五步：

根据需要，使用清除图像功能。

4.1.2现象分析

整个调制解调过程，生成了很多函数信号。

仿真演示系统可以通过popupmenu选择任意函数信号进行对比观察。

下面按照整个调制解调过程，顺序地选择一些具有重要对比意义的现象分析系统性能及调试结果。

一、打开系统界面

图4.1系统界面图

运行m文件或fig文件后，显示如图4.1所示系统界面。

二、输入参数、选择菜单项

打开界面后，用户需要输入任意长度的信息码w、载频f0和f1三个参数。

接着，如图4.2所示，点击下拉菜单后，共有原信号m（t）、已调信号、抽样判决输出信号m1（t）等16项函数信号可供选择。

用户可以选择不同的函数信号分别显示在图形一和图形二坐标轴上，这样可以方便对比观察。

（其中，编辑框的缺省值为f0=400，f1=200，w=[10000]）

图4.2用户输入参数

三、原信号&

已调信号

输入信息码10010，载频f0=50，f1=100。

观察原信号（图一）和已调信号（图二）。

如图4.3所示。

显然，对比观察图中两个信号，原信号为1时的已调信号频率f1是原信号为0时的已调信号频率f0的两倍，可以确定演示结果正确。

四、已调信号&

已调加噪信号

观察已调信号（图一）和已调加噪信号（图二）。

如图4.4所示。

当已调信号经过信道传输后，不免会有噪声干扰。

这里我们调用了MATLAB中的awgn（f,N）函数的功能产生噪声（其中f指的是无噪声信号，N指的是信噪比），令N=20。

将图4.4中的两个图形对比观察，发现图形二所示信号显然已被噪声干扰，发生了一定的变形，可以确定演示结果正确。

图4.3原信号&

图4.4已调信号&

五、已调加噪信号&

已调加噪信号频谱

输入信息码10010，载频f0=400，f1=200。

观察已调加噪信号（图一）和已调加噪信号频谱（图二）。

如图4.5所示。

图4.5已调加噪信号&

六、经乘法器与相应载波相乘后的信号m0、m1

输入信息码10010，载频f0=400，f1=200。

观察k0与载波C0=sin（2πf0t）相乘得到的信号m0（图一）和k1与载波C1=sin（2πf1t）相乘得到的信号m1（图二）。

如图4.6所示。

相乘后，若某点对应的原信号应为0，在此点处信号平均值

>

。

同理，若某点对应的原信号应为1，则在此点处信号

从而下面可以直接用抽样判决的方法解调出原信号。

对比观察图中两个信号，可以确定演示结果正确。

七、经两个低通滤波器后的信号Ym0、Ym1

观察m0经带通滤波器0滤波后得到的频域函数Ym0（图一）和m1经带通滤波器1滤波后得到的频域函数Ym1（图二）。

如图4.7所示。

经过低通滤波器以后，我们将经乘法器得到的信号m0、m1的高频成分滤除，得到较为平缓的信号Ym0、Ym1。

这样使得抽样判决器的抽样值较为准确，有利于提高抽样判决器的有效性。

观察图中两个信号，不难看出在有些时间段m0>

m1，有些时间段m1>

m0，且这些时间段较为严格地区分开来了。

这恰好符合抽样判决器的判决要求。

所以可以确定演示结果正确。

图4.6经乘法器与相应载波相乘后的信号m0、m1

图4.7经两个低通滤波器后的信号Ym0、Ym1

八、原信号m（t）&

解调输出信号m1（t）

观察原信号m（t）（图一）和解调输出信号m1（t）（图二）。

如图4.8所示。

信号在系统中受调制、传输、解调等过程是会存在一定的延迟的。

而比较图中两个信号发现，m1（t）相对于m（t）有一定的延迟。

图4.8原信号m（t）&

4.2调试故障分析

系统调试时，多次在调制步骤出现故障，载波的波形出现频率不正确的现象。

经过多次试验后，发现振荡器的频率f0、f1需要在200HZ以下，才能够明显观察出一个码元内的载波个数。

所以，系统在使用仿真时，输入的载波频率最好是在200HZ以下。

第五章

总结

自从因特网把我们领进信息时代开始，人类的历史翻开了璀璨的一页。

随着信息的飞速发展，通信原理也随之崛起。

从而，使得培养新世纪的技术人才显得分外重要。

在学习通信原理理论基础后，我们了解到FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式，也是数字通信中用得较广的一种方式。

实现起来较容易，抗噪声与衰减的性能较好，适合中低速数据的传输的应用。

通常数据率在低于1200bps时使用FSK方式。

在衰落信道中传输数据时，它也被广泛采用。

相干解调对接收设备的复杂程度比非相干解调较高。

在理论学习的基础上通过利用MATLAB仿真，真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题。

比如说要使信号不失真地传输到接收端，就要考虑很多的因数。

在发送端要注意噪声的加入，尽量地减少噪声浸入信道中，以免在接受端使信号失真度过大而不能恢复成原来的信号。

而在接收端，采用哪种解调方式能够更好地恢复出原来的信号，对于不同的解调方式有相干解调和非相干解调。

相干解调一般是在接收端使接收的信号通过一个相乘器，同时乘上一个与原调制信号同频同相的载波，再通过低通滤波器滤除不需要的信号。

然后再经过采样、量化和编码，最终可以得到原调制信号。

通过这次的课程设计，进一步了解了二进制频移键控即2FSK的基本原理及其相干解调方法。

当然在学习的过程中，也遇到了许多困难。

比如参数设置的不理想时，总是会出现波形失真等问题。

但是通过查阅资料和请教老师，我们很好地完成了此次设计。

同时这次的设计也让我对MATLAB环境下的GUI有了一定的了解，使我明白了用计算机仿真电子通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。

心得

本次设计主要涉及到了通信原理和MATLAB的相关知识与运用，主要有基带信号的调制原理及方法、相干解调的原理及实现方法、带通和低通滤波器的特性、抽样判决的实现方法等等，加深了对上述相关知识的了解，使自己更深刻理解了调制与解调的原理和实现方法，已经基本掌握了MATLAB的m文件及其环境下的GUI的基本应用。

通过这次课程设计，我们学到了很多书本上没有的知识。

锻炼了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。

而且本次设计是和同组人共同完成的，加强了与他人沟通的能力以及团队合作精神，为今后走向社会提供了很好的准备。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理.北京：

国防工业出版社，2008.

[2]郝文化.MATLAB图形图像处理应用教程.北京：

中国水利水电出版社，2002.

[3]徐金明.MATLAB实用教程.北京：

清华大学出版社，2003.

[4]达新宇.通信原理实验与课程设计.北京：

北京邮电大学出版社，2003.

附录一m文件

由于有很多都是系统生成语句，不是函数关键部分，故这里删除了许多不必要的语句，着重强调的还是popupmenu3、popupmenu4的回调函数及调制解调函数bfsk。

functionpopupmenu3_Callback

（hObject,eventdata,handles）

axes（handles.axes2）;

ab=1;

val=get（handles.popupmenu3,'

value'

）;

switchval

case1

ab=1;

case2

ab=2;

case3

ab=3;

case4

ab=4;

case5

ab=5;

case6

ab=6;

case7

ab=7;

case8

ab=8;

case9

ab=9;

case10

ab=10;

case11

ab=11;

case12

ab=12;

case13

ab=13;

case14

ab=14;

case15

ab=15;

case16

ab=16;

end

bfsk1（ab）;

functionpopupmenu4_Callback

（hObject,eventdata,handles）

axes（handles.axes3）;

val=get（handles.popupmenu4,'

functionbfsk1（ba）

%----------------产生原信号（二进制单极性不归零脉冲序列）-----------------------

w=eval（get（findobj（'

tag'

'

edit1'

）,'

string'

））;

f0=eval（get（findobj（'

edit2'

f1=eval（get（findobj（'

edit3'

le=length（w）;

t=0:

0.001:

（0.05*le-0.001）;

c1=sin（2*pi*f1*t）;

c0=sin（2*pi*f0*t）;

bit=1:

le;

fsk=1:

fori=1:

le

forj=1:

50

n=（i-1）*50+j;

ifw（i）==1

bit（n）=1;

fsk（n）=c1（n）;

%原信号bir和已调信号fsk

else

bit（n）=0;

fsk（n）=c0（n）;

end

fftfsk=abs（fft（fsk））;

%已调信号的频谱fftfsk

nos=awgn（fsk,20）;

%加噪已调信号nos

ffsk=abs（fft（nos））;

%加噪已调信号的频谱ffsk

%--------------------------------带通滤波器-------------------------------

fpl=f0-15;

fpu=f0+15;

fsl=f0-40;

fsu=f0+40;

Fs=10000;

wp0=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];

ws0=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];

rp=1;

rs=50;

[N0,wp0]=ellipord（wp0,ws0,rp,rs）;

[B0,A0]=ellip（N0,rp,rs,wp0）;

y0=filter（B0,A0,nos）;

%经带通滤波器0后的c0（t）--y0

k0=abs（fft（y0））;

%经带通滤波器0后的c0（f）--k0

fpl1=f1-8;

fpu1=f1+8;

fsl1=f1-20;

fsu1=f1+20;

wp1=[2*fpl1/Fs,2*fpu1/Fs];

ws1=[2*fsl1/Fs,2*fsu1/Fs];

[N1,wp1]=ellipord（wp1,ws1,rp,rs）;

[B1,A1,]=ellip（N1,rp,rs,wp1）;

y1=filter（B1,A1,nos）;

%经带通滤波器1后的c1（t）--y1

k1=abs（fft（y1））;

%经带通滤波器1后的c1（f）--k1

%----------------------------------相乘器---------------------------------

length（y0）;

length（c0）;

m0=y0.*c0;

%与载波相乘后c0（t）--m0

m1=y1.*c1;

%与载波相乘后c1（t）--m1

%--------------------------------低通滤波器0------------------------------

Fsm=1000;

%采样频率

wpm=f0*0.6;

wsm=f0*1.2;

rpm=1;

rsm=20;

[Nm,wcm]=buttord（wpm,wsm,rpm,rsm,'

s'

[Bm,Am]=butter（Nm,wcm,'

[Bzm,Azm]=impinvar（Bm,Am,Fsm）;

Ym0=filter（Bzm,Azm,m0）;

%经低通滤波器0后c0（t）--Ym0

ym0=abs（fft（Ym0））;

%经低通滤波器0后c0（f）--ym0

%--------------------------------低通滤波器1------------------------------

wpm=f1*0.8;

wsm=f1*1.2;

Ym1=filter（Bzm,Azm,m1）;

%经低通滤波器1后c1（t）--Ym1

ym1=abs（fft（Ym1））;

%经低通滤波器1后c1（f）--ym1

%-------------------------------抽样判决模块-------------------------------

g=[];

length（Ym0）

ifYm0（i）>

Ym1（i）

g（i）=0;

g（i）=1;

switchba

plot（bit）;

plot（fsk）;

plot（fftfsk）;

plot（nos）;

plot（ffsk）;

plot（y0）;

plot（k0）;

plot（y1）;

plot（k1）;

plot（m0）;

plot（m1）;

plot（Ym0）;

plot（ym0）;

plot（Ym1）;

plot（ym1）;

plot（g）;

functionpushbutton20_Callback（hObject,eventdata,handles）

cla;

functionaxes4_CreateFcn（hObject,eventdata,handles）

axes（hObject）;

imshow（'

TTT.jpg'