基于matlab的頻移鍵控的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要移頻鍵控（FSK）是數(shù)據(jù)通信中最常用的一種調(diào)制方式。FSK方法簡單易于實現(xiàn)，并且解調(diào)不需要恢復本地載波，可以異步傳輸，抗噪聲和抗衰落性能較強。缺點是占用頻帶較寬，頻帶利用不夠經(jīng)濟。FSK主要應用于低中速數(shù)據(jù)傳輸，以及衰落信道和頻帶較寬的信道中。MATLAB 中的通信工具箱可以用來進行通信領域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設計和仿真。闡述了計算機仿真的發(fā)展概況，及其重要意義，介紹了幾種仿真軟件，著重介紹了MATLAB和其通信工具箱。利用MATLAB建立了FSK仿真模型，并對仿真模型進行了測試,結(jié)果表明，仿真結(jié)果與理論基本一致，在研究FSK調(diào)制解調(diào)原理的基礎上設計了調(diào)制解調(diào)電路。

2、關鍵詞 ： FSK MATLAB 仿真 調(diào)制解調(diào)第一章 設計任務及要求1.1課程設計依據(jù)在掌握頻移鍵控調(diào)制解調(diào)原理的基礎上，利用MATLAB/Simulink軟件進行系統(tǒng)的設計。1.2課程設計內(nèi)容 設計一個頻移鍵控系統(tǒng)，具體要求如下：1、 信源參數(shù)：0碼概率 0.5 采樣時間1s2、 載波1參數(shù)：幅度1 頻率100rad/s3、 載波2參數(shù)：幅度1 頻率20rad/s4、 BPF1參數(shù)：下限頻率95rad/s 上限頻率105rad/s5、 BPF2參數(shù)：下限頻率15rad/s 上限頻率25rad/s6、 LPF參數(shù)：截止頻率10rad/s7、 判決器參數(shù)：門限0.251.3課程設計要求1. 要

3、求獨立完成設計任務。2. 課程設計說明書封面格式要求見天津城市建設學院課程設計教學工作規(guī)范附表13. 課程設計的說明書要求簡潔、通順，計算正確，圖紙表達內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。4. 測試要求：根據(jù)題目的特點，在MATLAB仿真并上觀察調(diào)制解調(diào)各個部分波形圖。5. 課設說明書要求：1) 說明題目的設計原理和思路、采用方法及設計流程。2) 系統(tǒng)框圖、MATLAB程序清單或Simulink框圖。3) 對各部分的功能以及各部分之間的關系作較詳細的描述。說明仿真結(jié)果：調(diào)制解調(diào)各個部分波形圖。并對其進行說明和分析第二章 2FSK調(diào)制與解調(diào)原理2.1調(diào)制原理二進制頻移鍵控信號碼元的“1”和“0”分別用兩個不同

4、頻率的正弦波形來傳送，而其振幅和初始相位不變。故其表達式為： 由圖可見，2FSK信號的波形（a）可以分解為波形（b）和波形（c）,也就是說，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。2FSK信號的產(chǎn)生方法有兩種：（1） 模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進行調(diào)頻。如圖1-1（a）所示。（2） 鍵控法，用數(shù)字基帶信號及其反相分別控制兩個開關門電路，以此對兩個載波發(fā)生器進行選通。如圖1-1（b）所示。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，則分別有兩個獨立的頻率源產(chǎn)生兩個不同

5、頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。 (a) (b) 圖2.1 2FSK信號產(chǎn)生原理圖 由鍵控法產(chǎn)生原理可知，一位相位離散的2FSK信號可看成不同頻率交替發(fā)送的兩個2ASK信號之和，即 其中是脈寬為的矩形脈沖表示的NRZ數(shù)字基帶信號。 其中，為的反碼，即若，則；若，則。2.2解調(diào)原理 2FSK信號的解調(diào)也分為2FSK信號的接收也分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)接收兩類。2.2.1相干解調(diào)相干解調(diào)根據(jù)已調(diào)信號由兩個載波f1、f2調(diào)制而成，則先用兩個分別對f1、f2帶通的濾波器對已調(diào)信號進行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應的載波f1、f2相乘進行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號進行抽樣判決

6、器即可。原理圖如下：圖2.2.1相干解調(diào)原理框圖2.2.2非相干解調(diào)帶通濾波器F1非相干解調(diào)接收經(jīng)過調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號通過兩個頻率不同的帶通濾波器f1、f2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號分別通過包絡檢波器檢波，最后將兩種信號同時輸入到抽樣判決器同時外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號就是調(diào)制前的輸入信號。其原理圖如下圖所示：圖2.2.2 非相干解調(diào)原理框圖第三章 MUTLAB與Simulink介紹3.1 MUTLABMATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級

7、技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、科學數(shù)據(jù)可視化以及非動態(tài)系統(tǒng)的和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。它在數(shù)學類科技應用軟件中在方面首屈一指。MATLAB可以進行運算、繪制和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、金融建模設計

8、與分析等領域。3.2 SimulinkSimulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個，被廣泛應用于、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。 對各種，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。. 構(gòu)架在Simulink基礎之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析

9、和可視化、批處理的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。其特點為：1、豐富的可擴充的預定義模塊庫。 2、交互式的圖形來組合和管理直觀的模塊圖。 3、以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理。 4、通過Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 5、提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 6、使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。 7、使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)

10、來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型。 8、圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設計的性能和異常行為。 9、可訪問MATLAB從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。第四章 設計思路4.1設計調(diào)制模塊思路 根據(jù)二進制頻移鍵控調(diào)制的原理，了解MATLAB軟件中的仿真工具Smulink中各個模塊的功能后，根據(jù)調(diào)制的原理框圖，使用pulse generator產(chǎn)生信號，用幅度為1 ，頻率為100rad/s載波表示“1”，用幅度為1 ，頻率為20rad/s載波表示“0”。采用鍵控法，在Smulink

11、文件中調(diào)用相關模塊，連線后對信號進行調(diào)制產(chǎn)生2FSK信號。4.2設計解調(diào)模塊思路 利用FSK相干解調(diào)方法對調(diào)制的FSK信號進行解調(diào)。根據(jù)相干解調(diào)的原理框圖，經(jīng)調(diào)制后的2FSK信號經(jīng)信道中加高斯白噪聲后信號進行相干解調(diào)。在Smulink中調(diào)用相應的模塊，連接各個模塊，設置各個模塊的參數(shù)，并用scope顯示仿真波形。第五章 軟件仿真5.1設計的仿真模型圖用Pulse Generator產(chǎn)生二進制01信號，調(diào)用倆個Sine Wave模塊產(chǎn)生頻率分別為100和20的兩個載波正弦信號，將此三個信號輸入到Switch模塊中，從而通過鍵控輸出調(diào)制后的FSK波形。輸出的波形經(jīng)兩路經(jīng)過帶通濾波器，再分別與先前定

12、義的倆個不同頻率的正弦載波信號相乘，經(jīng)過低通濾波器后抽樣判決完成對FSK信號的解調(diào)。simulink仿真模型圖如下所示：5.2各模塊功能及其參數(shù)設置：用于產(chǎn)生正弦波信號，兩個正弦載波信號參數(shù)設置如下：圖5.2.1 載波1參數(shù)設置圖5.2.2 載波2參數(shù)設置 脈沖信號發(fā)生器模塊，用于產(chǎn)生固定間隔的脈沖，在本課程設計中用來產(chǎn)生二進制信號圖5.2.3 脈沖信號發(fā)生器模塊參數(shù)設置在兩個輸入此模塊的載波信號之間切換。對于此次課程設計，當輸入方波信號的幅值大于 1時，切換到高頻率的載波信號上，小于1時，切換到低頻率的載波信號上，從而完成FSK調(diào)制。濾波器，通過設置其參數(shù)，可以設置為低通、高通、帶通、帶阻濾

13、波器，提取出某頻率范圍內(nèi)的信號 圖5.2.4 兩個帶通濾波器參數(shù)的設置 圖5.2.5兩個低通濾波器參數(shù)的設置比較運算模塊，可設置為<=（小于等于）、>=（大于等于）、<（小于）、>（大于）等運算關系。此課程設計中用來行使抽樣判決，解調(diào)出FSK信號。示波器模塊，用來顯示仿真過程中信號的波形，可通過修改屬性中Number of axes的值設置輸入信號的個數(shù)。5.3仿真波形5.3.1 FSK調(diào)制過程仿真波形圖5.3.1.1信源信號圖5.3.1.2 載波1波形圖5.3.1.3 載波2波形圖5.3.1.4調(diào)制產(chǎn)生的FSK信號5.3.2 解調(diào)過程波形圖5.3.2.1信道中傳輸?shù)腇

14、SK信號圖5.3.2.2經(jīng)帶通濾波器1后的波形圖5.3.2.3經(jīng)帶通濾波器2后的波形圖5.3.2.4 圖5.3.1.3的波形與載波1相乘得到的波形圖5.3.2.5 圖5.3.1.4的波形與載波2相乘得到的波形圖5.3.2.6 判決過程波形圖5.3.2 未調(diào)制信號波形與解調(diào)后波形比較圖5.3.2.1 未調(diào)制信號波形圖5.3.2.2 FSK信號解調(diào)后的信號波形5.3仿真結(jié)果分析從實驗仿真波形上來看，實驗結(jié)果是正確的，二進制數(shù)字信號“1”對應載波頻率100rad/s, 二進制數(shù)字信號“0”對應載波頻率20rad/s，實現(xiàn)了對數(shù)字信號的頻移鍵控調(diào)制。解調(diào)出的數(shù)字基帶信號也是正確的，知識相對于原本輸入的

15、基帶信號在時域上有延時。第六章 心得體會此次課程設計要求用MATLAB軟件仿真，因為之前沒有學過這個軟件，因此做之前，我先去圖書館借了幾本關于MATLAB的書籍，上網(wǎng)搜集了此次課程設計的相關資料，做好課程設計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半。通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，認識了通信原理和 MATLB 的相關知識與運用，主要有基帶信號的調(diào)制原理及方法、低通和帶通濾波器等等，加深了對上述相關知識的了解，使我更深刻理解了調(diào)制與解調(diào)的原理和實現(xiàn)方法，以及基本掌握了 MATLAB 的基本應用。在這樣的基礎上，我才開始著手分析題目，進行設計。通過本次課程設計，我又掌握了一個可用于我們專業(yè)的

16、強大的軟件MATLAB。課程設計中重新復習了一下FSK的解調(diào)與調(diào)制原理。以前我對FSK的理解僅限于表面，會畫經(jīng)調(diào)制后的波形，經(jīng)過這次課程設計，利用simulink進行畫圖仿真，我又深入了解到了FSK的調(diào)制與解調(diào)過程，加深了我的理解。與此同時，我感到matlab這個軟件對于我們信息科學相關專業(yè)的重要性，學好這個軟件對我們今后深入研究學習這個專業(yè)會有非常大的幫助。每次課程設計對我們來說都是一個很好的鍛煉自己動手動腦的機會，通過實際電路或者軟件仿真不僅將課本中的知識應用到實際中，加深我們對知識的鞏固理解，更重要的是鍛煉了我們的思維能力，活躍了我們的大腦。課程設計中必定會遇到很多問題，通過自己思考，查閱資料等方法想出解決問題的方法，幫助我們提高了分析問題、處理問題的能