基于MATLAB的2FSK调制解调课设.doc

1、摘要FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较 容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。二进制的基带信号是用正负电平来表示的。FSK-又称频移键控法。FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。关键词：2FSK 基带信号 载波 调制解调目录摘要0一 引言1二 设计原理22.1 2FSK介绍22.2 2FSK调制原理22.3 2FSK解调原理3三 详细设计步骤4

2、四 设计结果及分析54.1 信号产生54.2 信号调制74.3 信号解调84.4 课程设计程序10五 心得体会17六 参考文献16一、引言2FSK信号的产生方法主要有两种：一种是调频法，一种是开关法。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而开关法产生的2FSK信号则分别由两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元之间的相位不一定是连续的。本设计采用后者开关法。2FSK信号的接受也分为相干和非相干接受两种，非相干接受方法不止一种，它们都不利用信号的相位信息。故本设计采用相干解调法。二、 设计原理2.1 2FSK介

3、绍： 数字频率调制又称频移键控（FSK），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，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。其表达式为： (3-1)典型波形如下图所示。由图可见,2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成： (3-2)2.2 2FSK调制原理2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一

4、相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图：图1 调制原理框图2.3 2FSK解调原理2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式，本次课程设计采用的是相干解调方式。根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，相干解调先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可其原理如下：图2 相干解调原理框图三、详细设计步骤1信号产生：二进制随机序列和两列频率不等的载波1)

5、利用matlab 库函数产生10个二进制随机数，也就是我们的基波调制信号a。并画出其波形。2)产生两列余弦波tuf1和tuf2，频率分别为f1=20hz,f2=100hz；并画出其波形。2信号调制：产生2FSK信号和加入高斯噪声后的2FSK信号1)用二进制序列a去调制f1和f2，产生2fsk信号，具体做法是用以a生成的方波信号g1a直接与tuf1相乘，用a取反后的方波g2a与tuf2相乘，再将两列信号相加。并画出其波形。2)调用matlab 库函数产生高斯噪声no，并与2fsk信号相加得到加入噪声后的sn信号。并画出其波形。3解调1)对于两列让sn通过两个带通滤波器H1和H2，他们分别以f1和

6、f2为中心频率，并画出经过带通滤波器后的波形。2)对这两列波形分别相干解调乘以与他们同频同相的余弦波tuf1和tff2，画出此时的波形。3)让这两列波形再通过低通滤波器sw1和sw2得到这两列基带调制波形g1a和g2a.画出其波形。4)最后将两列波g1a和g2a通过抽样判决器，画出其波形st，并与之前调制后的波形sn做对比。三、 设计结果及分析4.1 信号产生 波形figure(1) 图3 figure(1) 第一幅图现实了此时产生的二进制序列是1011011011，第二和第三幅图片是频率为20hz的载波tuf1和频率为100hz的载波tuf2的波形。图 4 调制信号的频谱图 图 5 载波1的

7、频谱图 图 6 载波2的频谱图4.2 信号调制波形figure(2)图7 figure(2) 由于产生的随即序列是1011011011，对比上面figure2可以看出，波形较疏的是tuf1，波形较密的是tuf2，上图呈现的序列是：1011011011，与调制波相符。 图8 已调信号的频谱图4.3 信号解调1) 波形figure(3) 图9 figure(3) 经过带通滤波器之后滤出了频率为f1和f2的载波，从figure(2)和figure(3)的对比可以看出这一步做对了。2) 波形figure(4) 图10 figure(4) 这是两列信号经过相干解调乘以同频同相的载波之后得到的波形，可以看

8、出figure(4)比figure(3)的波形更密了。3) 波形figure(5)图11 figure(5)经过低通滤波器之后，调制信号被滤出来了，第一幅为tuf1，滤波后的序列为：1011011011，与之前的调制信号相同。第二幅图为：0100100100，与调制信号相反，这是因为在程序中队调制信号取反之后才和tuf2相乘的。4) 波形figure(6)图12 figure(6)经过抽样判决之后，恢复出来的基带信号是：1011011011，与调制信号一样，从原始波形也可以看出，解调后的波形与调制信号相同。2FSK调制解调实现。 图 13 信噪比与误码率关系图由图可以看出随着信噪比的增大，误码

9、率在降低4.4 课程设计程序：1 fs=2000; %抽样频率2 dt=1/fs;3 f1=20; %定义两列载波的频率4 f2=100;5 a=round(rand(1,10); %产生二进制随机序列6 g1=a;7 g2=a;8 g11=(ones(1,2000)*g1; %产生方波信号9 g1a=g11(:); 10 g21=(ones(1,2000)*g2;11 g2a=g21(:);12 t=0:dt:10-dt;13 t1=length(t);14 tuf1=cos(2*pi*f1.*t)15 tuf2=cos(2*pi*f2.*t)16 subplot(311)17 n=0:9;

10、18 x=square(1,50);19 stem(0:9,a*x);20 grid;21 xlabel(二进制随机序列)22 ylabel(幅度)23 subplot(312);24 plot(t,tuf1);25 title(频率为f1的余弦波)26 ylabel(幅度)27 subplot(313);28 plot(t,tuf2);29 title(频率为f2的余弦波)30 ylabel(幅度)31 figure(2)32 fsk1=g1a.*tuf1;33 fsk2=g2a.*tuf2;34 fsk=fsk1+fsk2;35 no=0.01*randn(1,t1);%噪声36 sn=f

11、sk+no;37 subplot(211);38 plot(t,fsk);39 title(2fsk波形)40 ylabel(幅度)41 subplot(212);42 plot(t,sn);43 title(加入高斯噪声后的2fsk波形)44 ylabel(幅度的大小)45 xlabel(t)46 figure(3) %FSK解调47 b1=fir1(101,10/800 20/800);48 b2=fir1(101,90/800 110/800); %设置带宽参数49 H1=filter(b1,1,sn); %b1为分子，1为分母，sn为滤波器输入序列50 H2=filter(b2,1,s

12、n); %噪声信号同时通过两个滤波器51 subplot(211);52 plot(t,H1);53 title(经过带通滤波器H1后的波形) %画出经过H1滤波器后的波形54 ylabel(幅度);55 subplot(212);56 plot(t,H2); %画出经过滤波器二后的波形57 title(经过带通滤波器H2后的波形)58 ylabel(幅度)59 xlabel(t)60 sw1=H1.*H1; %相干解调乘以同频同相的载波61 sw2=H2.*H2;%经过相乘器 62 figure(4)63 subplot(211);64 plot(t,sw1);65 title(经过相乘器h

13、1后的波形) %画出乘以同频同相载波后的波形66 ylabel(幅度)67 subplot(212);68 plot(t,sw2);69 title(经过相乘器h2后的波形)70 ylabel(.幅度)71 xlabel(t)72 bn=fir1(101,2/800 10/800); %经过低通滤波器73 figure(5)74 st1=filter(bn,1,sw1);75 st2=filter(bn,1,sw2);76 subplot(211);77 plot(t,st1);78 title(经过低通滤波器sw1后的波形) %经过低通滤波器，滤出频率79 ylabel(幅度) %为f1,f

14、2的基带调制信号波形80 subplot(212);81 plot(t,st2);82 title(经过低通滤波器sw2后的波形)83 ylabel(幅度)84 xlabel(t)%判决85 for i=1:length(t)86 if(st1(i)=st2(i)87 st(i)=0;88 else st(i)=st2(i);89 end 90 end91 figure(6)92 st=st1+st2;93 subplot(211);94 plot(t,st);95 title(经过抽样判决器后的波形) %画出经过抽样判决的波形 96 ylabel(幅度)97 subplot(212);98

15、plot(t,sn);99 title(原始的波形)100 ylabel(幅度)101 xlabel(t)五、心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用所学知识，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们有了实践的机会。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，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。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到

16、了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变。在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末考试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。六、参考文献1 樊昌信 曹丽娜.通信原理第六版M.国防工业出版社,2012: 180-205 2 刘卫国.MATLAB程序设计教程M.中国水利水电出版社,2006：135-1363 程佩青.数字信号处理教程M.清华大学出版社,2008：89-984 孙屹.MATLAB通信仿真开发手册M.国防工业出版社,2005：39-545 阮沈青.MATLAB程序设计M.北京电子工业出版社,2004：147-16817