基于MATLAB的2FSK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文40論文41

1、(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 2FSK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 摘 要2FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式.本文主要簡述了2FSK的設(shè)計原理,設(shè)計步驟和設(shè)計結(jié)果及分析.設(shè)計原理包括了2FSK的介紹,調(diào)制原理和解調(diào)原理;設(shè)計步驟包括了2FSK信號的產(chǎn)生,調(diào)制和解調(diào);設(shè)計結(jié)果及分析那么包括了2FSK信號產(chǎn)生,調(diào)制和解調(diào)每一步的結(jié)果分析和用matlab實現(xiàn)上述的結(jié)果.2FSK在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。關(guān)鍵字:2FSK；載波；調(diào)制解調(diào)目 錄TOC o 1-3 t h z u 第1章 課程設(shè)計的任

2、務(wù)與要求11.1 2FSK簡介11.2 課程設(shè)計的任務(wù)11.3 課程設(shè)計的要求1第2章 課程設(shè)計的研究根底2數(shù)字通信系統(tǒng)的根本模型22.2 2FSK調(diào)制解調(diào)根本原理2第3章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計4 方案提出43.2 方案比擬5第4章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計6各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計64.2 電路參數(shù)的計算及元器件的選擇7系統(tǒng)整體電路圖7第5 章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真和調(diào)試85.1 仿真軟件介紹85.2 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)95.3 系統(tǒng)測試105.4 數(shù)據(jù)分析11第6章 總結(jié)13致 謝14參考文獻(xiàn)15附錄 源程序16第1章 課程設(shè)計的任務(wù)與要求1.1 2FSK簡介數(shù)字信號的傳輸方式分

3、為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實際中的大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號。為了使數(shù)字信號在帶通系統(tǒng)中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端，通過解調(diào)器把帶通信號復(fù)原為數(shù)字基帶信號的過程稱為數(shù)字解調(diào)。數(shù)字調(diào)制的根本方式有三種：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK。本文介紹的就是二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控系統(tǒng)2FSK。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(fù)本地載波，可以異步傳輸，抗噪聲和抗衰落性能較強(qiáng)。缺點(diǎn)是占用頻帶

4、較寬，頻帶利用不夠經(jīng)濟(jì)。FSK主要應(yīng)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。1.2 課程設(shè)計的任務(wù)1.學(xué)習(xí)使用計算機(jī)建立通信系統(tǒng)仿真模型的根本方法及根本技能，學(xué)會利用仿真的手段對于實用通信系統(tǒng)的根本理論、根本算法進(jìn)行實際驗證。2.通過系統(tǒng)仿真加深對通信課程理論的理解。 設(shè)計一種2FSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。1.3 課程設(shè)計的要求用進(jìn)行仿真設(shè)計，本次是設(shè)計一個2FSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。其中包括:1設(shè)計方案分析及系統(tǒng)原理圖。22FSK已調(diào)信號的解調(diào)方法及原理圖。第2章 課程設(shè)計的研究根底。圖2.1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型2.2 2FSK調(diào)制解調(diào)根本原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,假設(shè)正弦載波的頻率隨

5、二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻率點(diǎn)間變化,那么產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(2FSK信號).二進(jìn)制移頻鍵控信號的時間波形如下圖,圖中波形g可分解為波形e和波形f,即二進(jìn)制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號的疊加。假設(shè)二進(jìn)制基帶信號的1符號對應(yīng)于載波頻率f1，0符號對應(yīng)于載波頻率f2,那么二進(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式為 1-1 式中 1-2 1- 3圖2 二進(jìn)制移頻鍵控信號的時間波形由圖 可看出,bn是an的反碼,即假設(shè)an=1,那么bn=0, 假設(shè)an=0,那么bn=1,于是bn=，n和分別代表第n個信號碼元的初始相位.在二進(jìn)制移頻鍵控信號中,和n不攜帶信息,通常可令和n為零

6、。因此,二進(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式可簡化 1-4二進(jìn)制移頻鍵控信號的產(chǎn)生,可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn),也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。第3章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計 方案提出3.1.1 2FSK數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制方法(1)數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號,2FSK調(diào)制就是使用兩個不同的頻率的載波信號來傳輸一個二進(jìn)制信息序列。可以用二進(jìn)制“1來對應(yīng)于載頻f1，而“0用來對應(yīng)于另一相載頻w2的已調(diào)波形，而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨(dú)立的頻率源w1、f2進(jìn)行選擇通。如下原理圖：圖3 數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)頻，如下原理圖

7、：圖 模擬法調(diào)制3.1.2 2FSK數(shù)字系統(tǒng)的解調(diào)方法2FSK1非相干解調(diào)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(luò)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。其原理圖如下列圖所示：圖 非相干解調(diào)2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，那么先用兩個分別對f1、f2帶通的濾波器對已調(diào)信號進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號進(jìn)行抽樣判決器即可。原理圖如下：圖 相干解調(diào)3.2 方案比擬

8、.1 2FSK的調(diào)制方式使用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號，即由電子開關(guān)在兩個獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成，這樣的相鄰碼元之間相位不一定連續(xù)，本系統(tǒng)采用調(diào)頻法。3.2.2 2FSK的解調(diào)方式相干解調(diào)對接受設(shè)備的復(fù)雜程度比非相干解調(diào)較高，相干解調(diào)在大多數(shù)情況下解調(diào)結(jié)果要好，本系統(tǒng)采用相干解調(diào)。第4章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計調(diào)制模塊：把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成 線上傳輸?shù)哪M信號圖 調(diào)制模塊解調(diào)模塊：模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號圖 解制模塊4.2 電路參數(shù)的計算及元器件的選擇正弦載波f 1是幅度為2頻率為5Hz采樣周期為的信號。設(shè)置依據(jù)：實際上載波的頻率應(yīng)該很高，但這里為了調(diào)制時便于波形的比照觀察，故設(shè)為5HZ。f2=10

9、Hz的設(shè)置同理。本設(shè)計中濾波器據(jù)選擇的是Analog Filter Design,選用的均是巴爾沃斯濾波器，至于低通和帶通的區(qū)別只要把參數(shù)設(shè)置好就可以了,噪聲選擇的是高斯白噪聲AWEN channel。同時選用了5個示波器scope，四個載波sine wave，四個相乘器product，以及relational operator，移相器unit delay和加法器等。圖 系統(tǒng)整體電路圖第5 章 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真和調(diào)試5.1 仿真軟件介紹Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠

10、標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、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。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具

11、有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink根底之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與M

12、ATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)立、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。5.2 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)1.2FSK調(diào)制輸出波形圖 調(diào)制輸出波形圖 高斯白噪聲波形經(jīng)過帶通濾波器并與F1相乘所得圖 帶通濾波器并與F1相乘波形圖 帶通濾波器并與F2相乘波形5解調(diào)出的波形圖 解調(diào)出的波形5.3 系統(tǒng)測試在MATLAB的simulink環(huán)境中，利用設(shè)計好的電路圖可看到2FSK的調(diào)制和解調(diào)的全過程，通過改變f1和f2的值可以得到不同的結(jié)果，選取多組數(shù)據(jù)可以更好地檢驗調(diào)制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣：f1(Hz)51001000f2(Hz)102002

13、000表 載波數(shù)值5.4 數(shù)據(jù)分析參數(shù)設(shè)置f1=5Hz,f2=10Hz 圖 載波參數(shù)圖 延遲采樣周期參數(shù)圖 高斯白噪聲參數(shù) a帶通濾波器參數(shù) b帶通濾波器參數(shù) (c)低通濾波器參數(shù) (d)低通濾波器參數(shù)圖 濾波器參數(shù)圖 關(guān)系運(yùn)算符參數(shù)以上為整個電路主要器件的參數(shù)設(shè)置，通過設(shè)置這些參數(shù)，可以使系統(tǒng)表達(dá)的功能與預(yù)先的設(shè)計要求相符合，從解調(diào)出的圖形與調(diào)制的圖形根本一致即可看出。第6章 總結(jié)在本次課程設(shè)計中，我、陸超、李小龍三人一組。陸超負(fù)責(zé)電路設(shè)計局部，李小龍負(fù)責(zé)軟件設(shè)計局部，我負(fù)責(zé)系統(tǒng)仿真及論文的編寫。在系統(tǒng)仿真時我們需要將數(shù)據(jù)率調(diào)在低于1200bps，這樣實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好

14、。在論文編寫的過程中，我首先對本次課程設(shè)計進(jìn)行了總體設(shè)計，然后根據(jù)陸超、李小龍和我各自負(fù)責(zé)的內(nèi)容進(jìn)行匯總編排。通過本次課程設(shè)計，我對課本上數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)特別是二進(jìn)制頻移鍵控2FSK有了重新的認(rèn)識。對2FSK調(diào)制數(shù)字基帶信號加深了理解。對于使用調(diào)頻法產(chǎn)生2FSK信號、添加高斯白噪聲、使用相干解調(diào)、抽樣判決等，我比擬系統(tǒng)地認(rèn)識了數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)。本課程設(shè)計使用的Simulink仿真環(huán)境，通過使用Simulink仿真環(huán)境，我可以直觀地放置相應(yīng)的模塊，搭建通信系統(tǒng)，并能夠動態(tài)的顯示仿真結(jié)果，使學(xué)習(xí)設(shè)計不再枯燥。這次的課程設(shè)計使我收益頗豐，對通信原理有了新的認(rèn)識。體會到理論和實際是有好大不同的，實踐離

15、不開理論，理論只有應(yīng)用于實踐才能發(fā)揮其作用。學(xué)過的東西，只有自己實際去做了才能更熟悉，才能對其本質(zhì)更了解。在將理論用各種方法實現(xiàn)的同時，我們也在不斷的搜集資料，不斷的學(xué)習(xí)，獲得更多的相關(guān)知識。致 謝在此次設(shè)計中，何海浪老師作為我的指導(dǎo)老師，至始至終都給予我了不少幫助，從下任務(wù)書開始，就幫我制定規(guī)劃，提醒我應(yīng)注意的問題，借給我資料和實驗器材，和我一起調(diào)程序，并提出了很多的修改意見以及完善方案。此外還認(rèn)真批閱了我的論文，指出其中很多瑕疵和不清晰的地方，更重要的是在我遇到困難時對我的鼓勵，讓我不懈怠、不退縮、也讓我更有信心，可以說我的每一點(diǎn)進(jìn)展都與黃老師的付出是分不開的。當(dāng)然還在此，我向身邊關(guān)心我的

16、老師、同學(xué)致以誠摯的謝意！有其他老師和同學(xué)都幫了我不少忙，在此不再贅述。謹(jǐn)祝老師們工作順利，萬事如意，桃李滿天下；同學(xué)們學(xué)業(yè)有成，前程似錦！參考文獻(xiàn)2邵玉斌.MatlabSimulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析.清華大學(xué)出版社，20213趙靜，張瑾.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真.北京.北京航空航天大學(xué)出版社，20074王興亮.數(shù)字通信原理與技術(shù)(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社，20065徐明遠(yuǎn).MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，20056孫屹，吳磊編著.Simulink通信仿真開發(fā)手冊.國防工業(yè)出版社，20037王秉鈞，王少勇，王彥杰.通信原理根本教程.北

17、京.北京郵電大學(xué)出版社，20058王興亮 編著.數(shù)字通信原理與技術(shù)第二版.西安電子科技大學(xué)出版社,20069胡曉冬，董辰輝主編.MATLAB 從入門到精通.人民郵電出版社，202110黃葆華，楊曉靜等.通信原理. 西安電子科技大學(xué)出版社，2007附錄 源程序fs=2000;%抽樣頻率dt=1fs;f1=20;%載波1頻率f2=50;%載波2頻率a=round(rand(1,10);%隨機(jī)信號g1=a;g2=a;%信號反轉(zhuǎn)，和g1反向g11=(ones(1,2000)*g1;%抽樣g1a=g11(:);g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1

18、=length(t);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2;%產(chǎn)生的信號no=0.01*randn(1,t1);%噪聲sn=fsk+no;subplot(311);plot(t,no);%噪聲波形title(噪聲波形)ylabel(幅度)subplot(312);plot(t,fsk);title(產(chǎn)生的波形)ylabel(幅度)subplot(313);plot(t,sn);title(將要通過濾波器的波形)ylabel(幅度的大小)xlabel(t)figure(2)%FSK解調(diào)b1=fir1(101,180020800);b2=fir1(101,4080060800);%設(shè)置帶通參數(shù)H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn);%經(jīng)過帶通濾波器后的信號subplot(211);plot(t,H1);title(經(jīng)過帶通濾波器f1后的波形)ylabel(