（完整版）基于MATLAB的2FSK的調(diào)制與解調(diào)

（完整版）基于MATLAB的2FSK的調(diào)制與解調(diào)基于MATLAB的2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)仿真一、課程設(shè)計目的二、課程設(shè)計內(nèi)容在信道中，大多數(shù)具有帶通傳輸特性，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號?？梢杂脭?shù)字基帶信號改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某個參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。也可以用數(shù)字基帶信號同時改變正弦型載波幅度、頻率或相位中的某幾個參數(shù)，產(chǎn)生新型的數(shù)字調(diào)制。本課程設(shè)計旨在根據(jù)所學(xué)的通信原理知識，并基于MATLAB軟件，仿真一2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)。2FSK數(shù)字通信系統(tǒng)，即頻移鍵控的數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)。頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。因此，一個2FSK信號的波形可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加?？梢岳妙l率的變化傳遞數(shù)字基帶信號，通過調(diào)制解調(diào)還原數(shù)字基帶信號，實現(xiàn)課程設(shè)計目標(biāo)。三、2FSK的基本原理和實現(xiàn)二進制頻率調(diào)制是用二進制數(shù)字信號控制正弦波的頻率隨二進制數(shù)字信號的變化而變化。由于二進制數(shù)字信息只有兩個不同的符號，所以調(diào)制后的已調(diào)信號有兩個不同的頻率f1和f2，f1對應(yīng)數(shù)字信息“1”，f2對應(yīng)數(shù)字信息“0”。二進制數(shù)字信息及已調(diào)載波如圖3-1所示。1、2FSK的產(chǎn)生在2FSK信號中，當(dāng)載波頻率發(fā)生變化時，載波的相位一般來說是不連續(xù)的，這種信號稱為不連續(xù)2FSK信號。相位不連續(xù)的2FSK通常用頻率選擇法產(chǎn)生，如圖3-2所示：圖3-22FSK信號調(diào)制器兩個獨立的振蕩器作為兩個頻率發(fā)生器，他們受控于輸入的二進制信號。二進制信號通過兩個與門電路，控制其中的一個載波通過。調(diào)制器各點波形如圖3-3所示：圖3-32FSK調(diào)制器各點波形由圖3-3可知，波形g是波形e和f的疊加。所以，二進制頻率調(diào)制信號2FSK可以看成是兩個載波頻率分別為f1和f2的2ASK信號的和。由于“1”、“0”統(tǒng)計獨立，因此，2FSK信號功率譜密度等于這兩個2ASK信號功率譜密度之和，即（3-1）2FSK信號的功率譜如圖3-4所示：圖3-42FSK信號的功率譜由圖3-4看出，2FSK信號的功率譜既有連續(xù)譜又有離散譜，離散譜位于兩個載波頻率f1和f2處，連續(xù)譜分布在f1和f2附近，若取功率譜第一個零點以內(nèi)的成分計算帶寬，顯然2FSK信號的帶寬為（3-2）為了節(jié)約頻帶，同時也能區(qū)分f1和f2，通常取|f1-f2|=2fs，因此2FSK信號的帶寬為（3-3）當(dāng)|f1-f2|=fs時，圖3-4中2FSK的功率譜由雙峰變成單峰，此時帶寬為（3-4）對于功率譜是單峰的2FSK信號，可采用動態(tài)濾波器來解調(diào)。此處介紹功率譜為雙峰的2FSK信號的解調(diào)。2、2FSK濾波器的調(diào)解及抗噪聲性能2FSK信號的解調(diào)也有相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)兩種。由于2FSK信號可看做是兩個2ASK信號之和，所以2FSK解調(diào)器由兩個并聯(lián)的2ASK解調(diào)器組成。圖3-5為2FSK相干和包絡(luò)解調(diào)。圖3-52FSK信號調(diào)解器相干2FSK抗噪聲性能的分析方法和相干2ASK很相似?，F(xiàn)將收到的2FSK信號表示為（3-5）波頻率為f1，信號能通過上支路的帶通濾波器。上支路帶通濾波器的輸出是信號和窄帶噪聲ni1(t)的疊加(噪聲中的下標(biāo)1表示上支路窄帶高斯噪聲)，即（3-6）此信號與同步載波cos2πf1t相乘，再經(jīng)低通濾波器濾除其中的高頻成分，送給取樣判決器的信號為（3-7）上式中未計入系數(shù)1/2。與此同時，頻率為f1的2FSK信號不能通過下支路中的帶通濾波器，因為下支路中的帶通濾波器的中心頻率為f2，所以下支路帶通濾波器的輸出只有窄帶高斯噪聲，即（3-8）此噪聲與同步載波cos2πf2t相乘，再經(jīng)低通濾波器濾波后輸出為（3-9）上式中未計入系數(shù)1/2。定義（3-10）取樣判決器對x(t)取樣，取樣值為（3-11）其中，nI1、nI2都是均值為0、方差為的高斯隨機變量，所以x是均值為a、方差為的高斯隨機變量，x的概率密度函數(shù)為（3-12）概率密度曲線如圖3-6所示：圖3-6判決值的函數(shù)示意圖判決器對x進行判決，當(dāng)x>0時，判發(fā)送信息為“1”，此判決是正確的；當(dāng)x<0時，判決發(fā)送信息為“0”，顯然此判決是錯誤的。由此可見，x<0的概率就是發(fā)“1”錯判成“0”的概率，即（3-13）當(dāng)發(fā)送數(shù)字信號“0”時，下支路有信號，上支路沒有信號。用與上面分析完全相同的方法，可得到發(fā)“0”碼時錯判成“1”碼的概率P(1/0)，容易發(fā)現(xiàn)，此概率與上式表示的P(0/1)相同，所以解調(diào)器的平均誤碼率為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，式中無需“1”、“0”等概這一條件。由相關(guān)調(diào)制解調(diào)的原理圖輸入的信號為：S（t）=[∑аn*g(t-nTs)]cosω1t+[ān*g(t-nTs)]cosω1t（ān是аn的反碼）來設(shè)計仿真3、仿真思路（1）首先要確定采樣頻率fs和兩個載波f1，f2的值。（2）先產(chǎn)生一個隨機的信號，寫出輸入已調(diào)信號的表達(dá)式是s(t)。由于s(t)中有反碼的存在，則需要將信號先反轉(zhuǎn)后在原信號和反轉(zhuǎn)信號中進行抽樣。寫出已調(diào)信號的表達(dá)式s(t)。（3）在2FSK的解調(diào)過程中，根據(jù)解調(diào)的原理圖，信號先通過帶通濾波器，設(shè)置帶通濾波器的參數(shù)，后用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對信號s(t)的數(shù)據(jù)進行濾波處理。由于已調(diào)信號中有兩個不同的載波，則經(jīng)過兩個不同頻率的帶通濾波器后輸出兩個不同的波形H1，H2。（4）經(jīng)過帶通濾波器后的2FSK信號再分別經(jīng)過相乘器，輸出得到相乘后的兩個不同的2FSK波形sw1，sw2。（5）經(jīng)過相乘器輸出的波形再通過低通濾波器，設(shè)置低通濾波器的參數(shù)，用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對信號進行新的一輪的濾波處理。輸出經(jīng)過低通濾波器后的兩個波形st1，st2。（6）將