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1、 淮南师范学院电气信息工程学院2013届通信工程专业课程设计报告 成绩课程设计报告题 目：基于MATLAB的2FSK调制系统的设计基于MATLAB的2FSK调制系统的设计1 课程设计的任务与要求1.1 课程设计的任务1.学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论、基本算法进行实际验证。2.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。3.用MATLAB7.0 设计一种2FSK数字调制解调系统。1.2 课程设计的要求用MATLAB7.0进行仿真设计,本次是设计一个2FSK数字调制解调系统。其中包括:（1）设计方案分析及系统原理图。（2）2FSK已
2、调信号的解调方法及原理图。2.课程设计的研究基础2.1数字通信系统的基本模型从消息传输角度看,该系统包括了两个重要交换,即消息与数字基带信号之间的交换,数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一种交换则由调制和解调完成。信息源编码器信息源 信道 解调器 解码器受信者噪声源图1 数字通信系统模型2.2 2FSK调制解调基本原理在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化,则产生二进制移频键控信号(2FSK信号).二进制移频键控信号的时间波形如图2 所示,图中波形g可分解为波形e和波形f,即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的
3、二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1,0符号对应于载波频率f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为 （1-1） 式中 （1-2） （1- 3）图2 二进制移频键控信号的时间波形由图 2可看出,bn是an的反码,即若an=1,则bn=0, 若an=0,则bn=1,于是bn=，n和分别代表第n个信号码元的初始相位.在二进制移频键控信号中,和n不携带信息,通常可令和n为零。因此,二进制移频键控信号的时域表达式可简化 （1-4）二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现。3 2FSK调制解调系统方案设计3.1 方案提出1. 2F
4、SK数字系统的调制方法。(1)数字键控法实现二进制移频键控信号,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。如下原理图：振荡器2振荡器1选通开关相加器反相器选通开关基带信号图3 数字键控法实现二进制移频键控信号(2)模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频，如下原理图：调频器2FSK信号图4 模拟法调制2. 2FSK数字系统的解调方法2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式.下面我们将详
5、细的介绍（1）非相干解调经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示：带通滤波器抽样脉冲包络检波器带通滤波器包络检波器抽样判决器输入输出F1F2图5非相干解调（2）相干解调根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对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。原理图如下：LP
6、F相乘器LPFLPF相乘器LPF抽样判决抽样脉冲输入输出带通滤波器F1图6 相干解调3.2 方案比较1.2FSK的调制方式使用键控法产生2FSK信号，即由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，这样的相邻码元之间相位不一定连续，本系统采用调频法。2. 2FSK的解调方式相干解调在大多数情况下解调结果要好，本系统采用相干解调。4 2FSK调制解调系统设计4.1各单元模块功能介绍及电路设计调制模块：把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号图7调制模块解调模块：模拟信号转换成数字信号图8解制模块4.2 电路参数的计算及元器件的选择正弦载波f 1是幅度为2频率为5Hz采样周期为0.002的信号。设置依据
7、：实际上载波的频率应该很高，但这里为了调制时便于波形的对比观察，故设为5HZ。f2=10Hz的设置同理。本设计中滤波器据选择的是Analog Filter Design,选用的均是巴尔沃斯滤波器，至于低通和带通的区别只要把参数设置好就可以了,噪声选择的是高斯白噪声AWEN channel。同时选用了5个示波器scope，四个载波sine wave，四个相乘器product，以及relational operator，移相器unit delay和加法器等。4.3系统整体电路图图9 系统整体电路图5 2FSK调制解调系统仿真和调试 5.1 仿真软件介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一
8、，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink
9、可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在Simulink基础之上的其他产品扩
10、展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。5.2 系统仿真实现1.2FSK调制输出波形图10调制输出波形2.加入高斯白噪声后波形图11 高斯白噪声波形3.经过带通滤波器并与F1相乘所得图12 带通滤波器并与F1相乘波形4.经过带通滤波器并与F2相乘所得图13带通滤波器并与F2相乘波形5解调出的波形图14 解调出的波形5.3 系统测试在MATLAB的simulink环境中，利用设计好
11、的电路图可看到2FSK的调制和解调的全过程，通过改变f1和f2的值可以得到不同的结果，选取多组数据可以更好地检验调制系统的性能优劣：表1 载波数值f1(Hz)51001000f2(Hz)1020020005.4 数据分析参数设置f1=5Hz,f2=10Hz 图15 载波参数图16 延迟采样周期参数图17高斯白噪声参数 （a）带通滤波器参数 （b）带通滤波器参数 (c)低通滤波器参数 (d)低通滤波器参数图18 滤波器参数图19关系运算符参数以上为整个电路主要器件的参数设置，通过设置这些参数，可以使系统体现的功能与预先的设计要求相符合，从解调出的图形与调制的图形基本一致即可看出。6 总结6.1
12、设计小结FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式，也是数字通信中用得较广的一种方式。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，适合中低速数据的传输的应用。通常数据率在低于1200bps时使用FSK方式。在衰落信道中传输数据时，它也被广泛采用。相干解调对接受设备的复杂程度比非相干解调较高。通过本次课程设计，我对课本上数字通信传输系统特别是二进制频移键控（2FSK）有了重新的认识。对2FSK调制数字基带信号加深了理解。对于使用调频法产生2FSK信号、添加高斯白噪声、使用相干解调、抽样判决等，我比较系统地认识了数字通信传输系统。本课程设计使用的Simulink仿真环境，通过使用Si
13、mulink仿真环境，我可以直观地放置相应的模块，搭建通信系统，并能够动态的显示仿真结果，使学习设计不再枯燥。6.2 收获体会学习过程中，遇到过许多困难，比如参数设置的不理想因此总是会出现波形失真的现象等问题。但是通过上网查找资料和查询参考书能够让我更好的完成此次设计。通过进行设计我发现，没有熟悉的理论知识搞设计是困难的。在设计每一步时，必须搞清楚每一步是干什么的，怎么进行，这些都需要理论进行指导。当哪一步不会弄时，我就去查书，将书中的理论细细研读，这样通过本课程设计我又把书中相关的部分细细看了几遍，对书中的理论有了更深的认识。因为多次调试，结果越来越接近理论情况下的结果，可见实验其实就是对理
14、论的验证。所以，清楚地掌握理论是进行设计的关键步骤。另外，我也明白了用计算机仿真电子通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。在硬件试验中改变硬件的参数设置就意味着重做硬件，而在软件中只需对相应的参数进行重新设置，同时利用Simulink的可视化建模仿真和MATLAB简单编程的特点，可以实现较为复杂的系统，因此MATLAB/Simulink在通信系统仿真方面具有强大的功能和优越性！这次的课程设计使我收益颇丰，对通信原理有了新的认识。体会到理论和实际是有好大不同的，实践离不开理论，理论只有应用于实践才能发挥其作用。学过的东西，只有自己实际去做了才能更熟悉，才能对其本质更了解。在将理论用各种方法实现的同时，我们也在不断的搜集资料，不断的学习，获得更多的相关知识。7参考文献1樊昌信，曹丽娜.通信原理（第6版）.国防工业出版社，2009.52邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.清华大学出版社，20083赵静，张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真.北京.北京航空航天大学出版社，20074王兴亮.数字通信原理与技术(第二版).西安电子科技大学出版社，2006
