2FSK信号的解调与抗噪声性能分析.docx
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2FSK信号的解调与抗噪声性能分析
课程设计
课程设计名称:
通信综合
专业班级:
学生姓名 :
学 号:
指导教师:
课程设计时间:
2014年
电子信息工程专业课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题 目
2FSK信号得解调与抗噪声性能分析
课题性质
仿真
课题来源
自拟课题
指导教师
同组姓名
主要内容
用数字基带信号改变正弦型载波得幅度、频率或相位中得某个参数,产生相应得数字振幅调制、数字频率调制与数字相位调制。
任务要求
1.掌握2FSK得调制与解调得实现方法,探索并分析其抗噪声性能。
2.用MATLAB仿真设计一个2FSK信号得产生并进行调制解调得数字通信系统。
3、遵循本系统得设计原则,理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间得关系;加深理解2FSK调制器与解调器得工作原理,学会对2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试得方法
参考文献
1、《MATLAB通信仿真开发手册》国防工业出版社孙屹
2、《现代通信系统分析与仿真-MATLAB通信工具箱》西安电子科技大学出版社李建新
3、《现代通信原理》 清华大学出版社 曹志刚著
4、教学用“通信原理”教材
审查意见
指导教师签字:
教研室主任签字:
2014年月日
一.课程设计得目得与意义3
1、1基本要求ﻩ3
1、2课程设计得目得及意义ﻩ4
二,2FSK得基本原理与实现ﻩ4
2、12FSK得产生5
2、22FSK滤波器得调解及抗噪声性能ﻩ7
(1)首先要确定采样频率fs与两个载波f1,f2得值。
ﻩ9
四。
仿真程序10
五.仿真结果及分析ﻩ13
5、1、仿真波形图如图5-1至图5—5所示:
13
六、课程设计总结ﻩ19
参考文献ﻩ19
2FSK信号得解调与抗噪声性能分析
一.课程设计得目得与意义
1、1基本要求
掌握2FSK得调制与解调得实现方法,探索并分析其抗噪声性能;遵循本系统得设计原则,理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间得关系;加深理解2FSK调制器与解调器得工作原理,学会对2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试得方法。
1、2课程设计得目得及意义
本次课程设计就是对通信原理课程理论教学与实验教学得综合与总结。
通过这次课程设计,使同学认识与理解通信系统,掌握信号就是怎样经过发端处理、被送入信道、然后在接收端还原。
要求学生掌握通信原理得基本知识,运用所学得通信仿真得方法实现某种传输系统。
能够根据设计任务得具体要求,掌握软件设计、调试得具体方法、步骤与技巧。
对一个实际课题得软件设计有基本了解,能进一步掌握高级语言程序设计基本概念,掌握基本得程序设计方法,拓展知识面,激发在此领域中继续学习与研究得兴趣,为学习后续课程做准备.
在信道中,大多数具有带通传输特性,必须用数字基带信号对载波进行调制,产生各种已调数字信号。
可以用数字基带信号改变正弦型载波得幅度、频率或相位中得某个参数,产生相应得数字振幅调制、数字频率调制与数字相位调制。
也可以用数字基带信号同时改变正弦型载波幅度、频率或相位中得某几个参数,产生新型得数字调制。
本课程设计旨在根据所学得通信原理知识,并基于MATLAB软件,仿真一2FSK数字通信系统。
2FSK数字通信系统,即频移键控得数字调制通信系统。
频移键控就是利用载波得频率变化来传递数字信息。
在2FSK中,载波得频率随二进制基带信号在f1与f2两个频率点间变化。
因此,一个2FSK信号得波形可以瞧成就是两个不同载频得2ASK信号得叠加。
可以利用频率得变化传递数字基带信号,通过调制解调还原数字基带信号,实现课程设计目标。
二,2FSK得基本原理与实现
二进制频率调制就是用二进制数字信号控制正弦波得频率随二进制数字信号得变化而变化.由于二进制数字信息只有两个不同得符号,所以调制后得已调信号有两个不同得频率f1与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3-1所示。
图3-12FSK信号
2、12FSK得产生
在2FSK信号中,当载波频率发生变化时,载波得相位一般来说就是不连续得,这种信号称为不连续2FSK信号.相位不连续得2FSK通常用频率选择法产生,如图3—2所示:
图3-2 2FSK信号调制器
两个独立得振荡器作为两个频率发生器,她们受控于输入得二进制信号。
二进制信号通过两个与门电路,控制其中得一个载波通过。
调制器各点波形如图3-3所示:
图3-32FSK调制器各点波形
由图3—3可知,波形g就是波形e与f得叠加。
所以,二进制频率调制信号2FSK可以瞧成就是两个载波频率分别为f1与f2得2ASK信号得与.由于“1”、“0”统计独立,因此,2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之与,即 (3-1)
2FSK信号得功率谱如图3-4所示:
图3-4 2FSK信号得功率谱
由图3-4瞧出,2FSK信号得功率谱既有连续谱又有离散谱,离散谱位于两个载波频率f1与f2处,连续谱分布在f1与f2附近,若取功率谱第一个零点以内得成分计算带宽,显然2FSK信号得带宽为 (3—2)
为了节约频带,同时也能区分f1与f2,通常取|f1—f2|=2fs,因此2FSK信号得带宽为 (3-3)
当|f1—f2|=fs时,图3-4中2FSK得功率谱由双峰变成单峰,此时带宽为
(3-4)对于功率谱就是单峰得2FSK信号,可采用动态滤波器来解调.此处介绍功率谱为双峰得2FSK信号得解调。
2、22FSK滤波器得调解及抗噪声性能
2FSK信号得解调也有相干解调与包络解调两种.由于2FSK信号可瞧做就是两个2ASK信号之与,所以2FSK解调器由两个并联得2ASK解调器组成。
图3—5为2FSK相干与包络解调。
图3—5 2FSK信号调解器
相干2FSK抗噪声性能得分析方法与相干2ASK很相似。
现将收到得2FSK信号表示为 (3—5)
波频率为f1,信号能通过上支路得带通滤波器。
上支路带通滤波器得输出就是信号与窄带噪声ni1(t)得叠加(噪声中得下标1表示上支路窄带高斯噪声),即
(3—6)
此信号与同步载波cos2πf1t相乘,再经低通滤波器滤除其中得高频成分,送给取样判决器得信号为 (3-7)
上式中未计入系数1/2。
与此同时,频率为f1得2FSK信号不能通过下支路中得带通滤波器,因为下支路中得带通滤波器得中心频率为f2,所以下支路带通滤波器得输出只有窄带高斯噪声,即(3—8)
此噪声与同步载波cos2πf2t相乘,再经低通滤波器滤波后输出为
(3—9)上式中未计入系数1/2.定义 (3-10)取样判决器对x(t)取样,取样值为 (3—11)
其中,nI1、nI2都就是均值为0、方差为得高斯随机变量,所以x就是均值为a、方差为得高斯随机变量,x得概率密度函数为
(3-12)
概率密度曲线如图3-6所示:
图3-6判决值得函数示意图
判决器对x进行判决,当x>0时,判发送信息为“1”,此判决就是正确得; 当x<0时,判决发送信息为“0",显然此判决就是错误得。
由此可见,x<0得概率就就是发“1”错判成“0"得概率,即 (3—13)
当发送数字信号“0"时,下支路有信号,上支路没有信号。
用与上面分析完全相同得方法,可得到发“0”码时错判成“1”码得概率P(1/0),容易发现,此概率与上式表示得P(0/1)相同,所以解调器得平均误码率为
Pe=P
(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(0/1)[P
(1)+P(0)]=P(0/1) (3—14)
所以 (3-15)
式中注意,式中无需“1”、“0”等概这一条件。
由相关调制解调得原理图
带通滤波器
带通滤波器
相乘器
相乘器
低通滤波器
低通滤波器
抽样判决器
Cosω1t
Cosω2t
ω1
ω2
抽样脉冲
输出
输入
输入得信号为:
S(t)=[∑аn*g(t-nTs)]cosω1t+[ān*g(t-nTs)]cosω1t(ān就是аn得反码)来设计仿真
三、仿真设计步骤
(1)首先要确定采样频率fs与两个载波f1,f2得值.
(2)先产生一个随机得信号,写出输入已调信号得表达式就是s(t)。
由于s(t)中有反码得存在,则需要将信号先反转后在原信号与反转信号中进行抽样。
写出已调信号得表达式s(t).
(3)在2FSK得解调过程中,根据解调得原理图,信号先通过带通滤波器,设置带通滤波器得参数,后用一维数字滤波函数filter对信号s(t)得数据进行滤波处理。
由于已调信号中有两个不同得载波,则经过两个不同频率得带通滤波器后输出两个不同得波形H1,H2。
(4)经过带通滤波器后得2FSK信号再分别经过相乘器,输出得到相乘后得两个不同得2FSK波形sw1,sw2。
(5)经过相乘器输出得波形再通过低通滤波器,设置低通滤波器得参数,用一维数字滤波函数filter对信号进行新得一轮得滤波处理.输出经过低通滤波器后得两个波形st1,st2。
(6)将信号st1与st2同时经过抽样判决器,其抽样判决器输出得波形为最后得输出波形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=1,否则st=0。
四.仿真程序
fs=2000; %采样频率
dt=1/fs; %采样间隔
f1=50;
f2=150; %两个载波信号得频率
a=round(rand(1,10)); %产生原始数字随机信号
g1=a;
g2=~a; %将原始数字信号反转与g1反向
g11=(ones(1,2000))'*g1; %进行抽样
g1a=g11(:
)'; %将数字序列变成列向量
g21=(ones(1,2000))'*g2;
g2a=g21(:
)’;
t=0:
dt:
10—dt; %在0~10—dt之间取值,取值间隔为dt
t1=length(t);
fsk1=g1a、*cos(2*pi*f1、*t); %得到频率为f1得fsk1已调信号
fsk2=g2a、*cos(2*pi*f2、*t); %得到频率为f2得fsk2已调信号
fsk=fsk1+fsk2; %已产生2FSK信号
figure
(1)
no=0、01*randn(1,t1); %产生得随机噪声
sn=fsk+no;
subplot(3,1,1);
plot(t,no); %随机噪声得波形
title('噪声波形')
ylabel('幅度’)
subplot(3,1,2);
plot(t,fsk); %2FSK信号得波形
title(’2fsk信号波形’)
ylabel('幅度’)
subplot(3,1,3);
plot(t,sn);
title(’经过信道后得2fsk波形')
ylabel(’幅度’)
xlabel('t’)
figure
(2) %fsk得解调
b1=fir1(101,[48/1000 52/1000]);
b2=fir1(101,[145/1000 155/1000]); %设置带通滤波器得参数
H1=filter(b1,1,sn);
H2=filter(b2,1,sn); %经过带通滤波器后得信号
subplot(2,1,1);
plot(t,H1); %经过带通滤波器1得波形
title(’经过带通滤波器f1后得波形')
ylabel('幅度’)
subplot(2,1,2);
plot(t,H2); %经过带通滤波器2得波形
title(’经过带通滤波器f2后得波形')
ylabel(’幅度')
xlabel(’t')
sw1=H1、*H1; %经过相乘器1得信号
sw2=H2、*H2; %经过相乘器2得信号
figure(3)
subplot(2,1,1);
plot(t,sw1);
title('经过相乘器h1后得波形')
ylabel('幅度’)
subplot(2,1,2);
plot(t,sw2);
title(’经过相乘器h2后得波形')
ylabel('幅度')
xlabel('t')
bn=fir1(101,[2/100052/1000]); %设置低通滤波器得参数
figure(4)
st1=filter(bn,1,sw1);
st2=filter(bn,1,sw2);
subplot(2,1,1);
plot(t,st1); %经过低通滤波器1得波形
title(’经过低通滤波器sw1后得波形')
ylabel('幅度’)
subplot(2,1,2);
plot(t,st2); %经过低通滤波器1得波形
title(’经过低通滤波器sw2后得波形’)
ylabel('幅度’)
xlabel('t’)
fori=1:
length(t)
if(st1(i)〉=st2(i))
st(i)=1;
elsest(i)=0;
end
end
figure(5)
subplot(2,1,1);
plot(t,st); %经过抽样判决器后解调出得波形
title('经过抽样判决器后解调出得波形')
ylabel('幅度')
subplot(2,1,2);
plot(t,g1a); %原始得数字序列波形
title(’原始数字序列得波形’)
ylabel('幅度');
xlabel('t');
五。
仿真结果及分析
5、1、仿真波形图如图5—1至图5—5所示:
图5—1噪声波形、2FSK信号波形与经过信道后得2FSK波形图
图5-2 经过带通滤波器得波形图
图5—3 经过相乘器得波形图
图5—4经过低通滤波器后得波形图
图5-5经过相干解调后与原始数字信号得波形得对比图
5、2、仿真结果得分析
2FSK信号得调制解调原理就是通过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调,然后进行抽样判决输出信号。
本实验对信号2FSK采用相干解调进行解调.由2FSK原理,相位不连续2FSK信号得功率谱由连续谱与离散谱组成.其中,连续谱由两个中心位于f1与f2处得双边谱叠加而成,离散谱位于两个载频f1与f2处;连续谱得形状随着两个载频之差得大小而变化,若|f1–f2|
图5-1为噪声得波形、2FSK信号得波形以及经过信道后噪声对2FSK信号得波形.从图5-1可以瞧出噪声对2FSK信号波形产生了干扰作用。
图5—2说明经过带通滤波器后滤除了带外噪声,并且两个带通滤波器分别滤除了频率为f1与频率为f2得波形,中心频率为f1得带通滤波器只允许中心频率为f1得信号频谱成分通过,滤除中心频率为f2得信号频谱成分。
从图5-2可以瞧出由于反码得作用,频率为f1得波形与频率为f2得波形表现出反码得规律.由于经过相乘器后频率倍频了,且就是与同频同相得载波相乘,所以幅度全为正,如图5-3所示。
信号再通过低通滤波器滤除高频成分后,只有频率分别为f1与f2得成分,从图5-4得波形图即可瞧出频率为单一得频率.最后经过判决器后将频率为f1与频率为f2得进行大小比较,即频率为f1得波形得幅度大于频率为f2得波形得幅度时,判决器输出“1”,否则输出“0”,从图5-5知,解调波形与原始数字信号波形基本一致,所以成功得解调出原始数字信号。
六、课程设计总结
本次课程设计首先要选择合适得采样频率,采样间隔得大小会影响所得图像得质量.在程序得编写与调试中很容易出现得错误就是,在设计矩阵相乘或数列矩阵得相乘中,必须符合相乘得要求。
即矩阵相乘时,左边得矩阵得列数与右边矩阵得行数相等.
加强了我们动手、思考与解决问题得能力.我觉得做课程设计同时也就是对课本知识得巩固与加强,由于课本上得知识太多,平时课间得学习并不能很好得理解与运用所学知识,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们有了实践得机会.平时瞧课本时,有时问题老就是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
在设计得过程中遇到问题,可以说得就是困难重重,同时在设计得过程中发现了自己得不足之处,对以前所学过得知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
此次课程设计,学到了很多课内学不到得东西,比如独立思考解决问题,出现差错得随机应变.在如今单一得理论学习中,很少有机会能有实践得机会,通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合就是很重要得,只有理论知识就是远远不够得,只有把所学得理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正提高自己得实际动手能力与独立思考得能力。
对我们而言,知识上得收获重要,精神上得丰收更加可喜.挫折就是一份财富,经历就是一份拥有。
认识来源于实践,实践就是认识得动力与最终目得,实践就是检验真理得唯一标准。
所以这个期末考试之后得课程设计对我们得作用就是非常大得.
参考文献
[1] 数字通信—基础与应用,徐平平等译,电子工业出版社,2002年
[2]无线通信原理与应用,蔡涛等译,电子工业出版社,1999
[3]通信系统仿真原理与无线应用,肖明波等译,机械工业出版社,2005
[4]现代通信原理,曹志刚,清华大学出版社,1992
[5]信息论与编码理论,李斗等译,电子工业出版社,2004
[6] 郭文彬,桑林编著,通信原理-基于Matlab得计算机仿真,北京邮电大学出版社,2006
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- 关 键 词:
- FSK 信号 解调 噪声 性能 分析