基于2FSK调制技术的无线载波通信系统 文档在线提供.docx
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基于2FSK调制技术的无线载波通信系统文档在线提供
《课程设计》报告
目录
模拟信号转换成数字信号的过程……………………………………2
数字调制及解调基本原理……………………………………………2
数字调制及解调模块…………………………………………………7
实验调试………………………………………………………………8
数字调制及解调模的仿真……………………………………………8
性能与分析……………………………………………………………9
结论与心得……………………………………………………………11
参考文献………………………………………………………………11
基于2FSK调制技术的无线载波通信系统
一、设计任务与要求
利用2FSK数字调制及解调原理,实现对模拟信号在数字通信系统中的传输(包括PCM编码,2FSK调制与调制,模拟信号的还原)过程;通过systemview中仿真,最后能在输入信号的作用下,观察出相应的调制及解调结果,分析其性能。
具体分为一下内容:
1.模拟信号转换成数字信号的过程
2.数字调制及解调基本原理和模块
3.Systemview的仿真
二、基本原理及设计方案
1.模拟信号转换成数字信号的过程
模拟信号转换成数字信号的过程包括三个步骤:
抽样、量化和编码。
模拟信号首先被抽样。
通常抽样是按照等时间间隔进行的,虽然在理论上并不是必须如此的。
模拟信号被抽样后,成为抽样信号,它在时间上是离散的,但是其取值仍然是连续的,所以是离散模拟信号。
第二部是量化。
量化的结果使抽样信号变成量化信号,其取值是离散的。
故量化信号已经是数字信号了,它可以看成是多进制的数字脉冲信号。
第三步是编码。
最基本和最常用的编码方法是脉冲编码调制,它将量化后的信号变成二进制码元。
由于编码方法直接和系统的传输效率有关,为了提高传输效率,常常将这种PCM信号进一步作压缩编码,再在通信系统中传输。
2.数字调制及解调基本原理
数字频率调制又称频移键控,记作FSK(FrequencyShiftKeying),二进制频移键控记作2FSK。
数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息的,即用所传送的数字消息控制载波的频率。
由于数字消息只有有限个取值,相应地,作为已调的FSK信号的频率也只能有有限个取值。
那么,2FSK信号便是符号“1”对应于载频ω1,而符号“0”对应于载频ω2(与ω1不同的另一载频)的已调波形,而且ω1与ω2之间的改变是瞬间完成的。
从原理上讲,数字调频可用模拟调频法来实现,也可用键控法来实现,后者较为方便。
2FSK键控法就是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通的。
图5-14是2FSK信号的原理方框图及波形图。
图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列,eo(t)即是2FSK信号。
注意到相邻两个振荡波形的相位可能是连续的,也可能是不连续的。
因此,有相位连续的FSK及相位不连续的FSK之分,并分别记作CPFSK(ContinuousPhaseFSK)及DPFSK(DiscretePhaseFSK)。
根据以上对2FSK信号的产生原理的分析,已调信号的数字表达式可以表示为
式中,g(t)为单个矩形脉冲,脉宽为Ts:
一般说来,键控法得到的φn、θn与序号n无关,反映在eo(t)上,仅表现出当ω1与ω2改变时其相位是不连续的;而用模拟调频法时,由于ω1与ω2改变时eo(t)的相位是连续的,故φn、θn不仅与第n个信号码元有关,而且φn与θn之间也应保持一定的关系。
1)直接调频法(相位连续2FSK信号的产生)
用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数,直接改变振荡频率,使输出得到不同频率的已调信号。
用此方法产生的2FSK信号对应着两个频率的载波,在码元转换时刻,两个载波相位能够保持连续,所以称其为相位连续的2FSK信号。
2)频率键控法(相位不连续2FSK信号的产生)
如果在两个码元转换时刻,前后码元的相位不连续,称这种类型的信号为相位不连续的2FSK信号。
频率键控法又称为频率转换法,它采用数字矩形脉冲控制电子开关,使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换,从而在输出端得到不同频率的已调信号。
FSK信号的功率谱及带宽
1)相位不连续的2FSK情况
由前面对相位不连续的2FSK信号产生原理的分析,可视其为两个2ASK信号的叠加,其中一个载波为f1,另一个载波为f2。
其信号表示式为
2FSK信号的产生和各点波形
相位不连续的2FSK信号的功率谱曲线如图所示
(1)相位不连续2FSK信号的功率谱与2ASK信号的功率谱相似,同样由离散谱和连续谱两部分组成。
其中,连续谱与2ASK信号的相同,而离散谱是位于±f1、±f2处的两对冲击,这表明2FSK信号中含有载波f1、f2的分量。
(2)若仅计算2FSK信号功率谱第一个零点之间的频率间隔,则该2FSK信号的频带宽度为
图相位不连续的2FSK信号的功率谱
为了便于接收端解调,要求2FSK信号的两个频率f1,f2间要有足够的间隔。
对于采用带通滤波器来分路的解调方法,通常取|f2-f1|=(3~5)RB。
于是,2FSK信号的带宽为
2)相位连续的2FSK情况
直接调频法是一种非线性调制,由此而获得的2FSK信号的功率谱不像2ASK信号那样,也不同于相位不连续的2FSK信号的功率谱,它不可直接通过基带信号频谱在频率轴上搬移,也不能用这种搬移后频谱的线性叠加来描绘。
因此对相位连续的2FSK信号频谱的分析是十分复杂的。
图5-18给出了几种不同调制指数下相位连续的2FSK信号功率谱密度曲线。
图中fc=(f1+f2)/2称为频偏,h=|f2-f1|/RB称为偏移率(或频移指数或调制指数),RB=fb是基带信号的带宽。
图相位连续的2FSK信号的功率谱
由图可以看出:
(1)功率谱曲线对称于频偏(标称频率)fc。
(2)当偏移量(调制指数)h较小时,如h<0.7时,信号能量集中在fc±0.5RB范围内;如h<0.5时,在fc处出现单峰值,在其两边平滑地滚降。
在这种情况下,2FSK信号的带宽小于或等于2ASK信号的带宽,约为2RB。
(3)随着h的增大,信号功率谱将扩展,并逐渐向f1、f2两个频率集中。
当h>0.7后,将明显地呈现双峰;当h=1时,达到极限情况,这时双峰恰好分开,在f1和f2位置上出现了两个离散谱线,如图5-18(b)所示。
继续增大h值,两个连续功率谱f1、f2中间就会出现有限个小峰值,且在此间隔内频谱还出现了零点。
但是,当h<1.5时,相位连续的2FSK信号带宽虽然比2ASK的宽,但还是比相位不连续的2FSK信号的带宽要窄。
(4)当h值较大时(大约在h>2以后),将进入高指数调频。
这时,信号功率谱扩展到很宽频带,且与相位不连续2FSK信号的频谱特性基本相同。
当|f2-f1|=mRB(m为正整数)时,信号功率谱将出现离散频率分量。
3.数字调制及解调模块
非相干解调
相干解调
三、实验调试
使用数字信源模块和数字调制模块。
信源模块向调制模块提供位同步信号和数字基带信号(NRZ码)。
调制模块将输入的NRZ绝对码变为相对码、用键控法产生2FSK信号。
2FSK信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/8和1/16,也是通过分频和滤波得到的。
使用M6数字信源模块、M4数字调制模块,做2SK解调实验时位同步信号送到2FSK解调单元。
示波器探头CH1接数字调制单元中的AK,CH2分别2FSK解调单元中DW1、DW2、FD、LPF、CM及AK-OUT,观察2FSK过零检测解调器的解调过程。
四、数字调制与解调仿真
通过Systemview仿真软件,实现对2FSK数字调制系统的仿真,结果如下:
五、性能与分析
1.同步检测法的系统性能
在一个码元的持续时间内,发送端产生的2FSK信号可表示为
因此,接受端的输入合成波形为
比较的两路输入波形分别为
采用同步检测时2FSK系统的总误码率为
在大信噪比(r>>1)条件下,上式可表示为
2.包络检波法的系统性能
两路包络检波器的输出分别为
2FSK信号包络检波时系统的总误码率为
六、结论与心得
通过本次通信原理课程设计,强化了通信原理书本知识,锻炼了动手能力,增强了把书本知识转化为实践设计的能力。
在强调基本原理的同时,更突出设计过程的锻炼。
强化了实践创新能力和独立进行科研工作的能力,为以后从事通信方面的工作增加了信心。
七、参考文献
樊昌信、曹丽娜.《通信原理》(第六版).北京.国防工业出版社2006.2
陈显治等.《现代通信技术》.北京,电子工业出版社2001.6
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