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1、通信原理课程设计1摘要摘要本文主要是利用 MATLAB7.0 来实现 2FSK 数字调制系统解调器的设计.该设计模块包含信源,调制,发送滤波器模块,信道,接收滤波器模块,解调以及信宿.并为各个模块进行相应的参数设置在此基础上熟悉 MATLAB 的功能及操作,最后通过观察仿真图形进行波形分析(眼图)及系统的性能评价(分析误码率).关键词 2FSK MATLAB 调制解调 噪声 Summary引言引言设计目的及任务要求设计目的及任务要求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 学习现有流行通信系统仿真软件 M
2、ATLAB7.0 的基本使用方法，学会使用这些软件解决实际系统出现的问题；3 通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。4. 用 MATLAB7.0 设计一种 2FSK 数字调制解调系统。课程设计内容课程设计内容用 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（2）2FSK 已调信号的解调方法及原理图第一章第一章:2FSK 数字系统的调制和解调的原理数字系统的调制和解调的原理图图.1.1 2FSK 数字系统的调制原理图数字系统的调制原理图.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
3、“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：二进制数据载波 f2载波 f12FSK 输出信号图 1.12FSK 的调制的原理图1.2 2 FSK 的解调方式的解调方式2FSK 的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式.下面我们将详细的介绍:通信原理课程设计31.2.1 非相干解调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
4、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：1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 1.2 非相干方式1.2.2 相干解调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：4输入抽样脉冲Cos2f1tCos2f2t相乘器低通滤波器带通滤波器 F1带通滤波器 F2抽样判决器相乘器低通滤波器输出图 1.3 相干方式二章二章: 2FS
5、K 的的调制与解调过程的的的调制与解调过程的MATLAB 仿真原理图及其分析仿真原理图及其分析2.1 利用利用 MATLAB 建立系统的仿真图。建立系统的仿真图。按照 2FSK 系统的物理与数学模型建立系统模型。根据相干方式的原理图利用 MATLAB 的 Simulink 建立系统的模拟仿真图。如下图所示：带通滤波器 F1通信原理课程设计52.2 系统中仿真模块的作用及主要参数的设置分析系统中仿真模块的作用及主要参数的设置分析2.2.1 Bernoulli Binary Generator 模块模块贝努力二进制序列产生器,用来产生调制二进制信号.要设置的参数两个,一个是 Probability
6、 of a zero 即二进制中”0”产生的概率,设置成 0.5;另一个是 Sample time即每秒发送多少个脉冲,这个值可以由仿真后的 Scope 中的数据与仿真时间相除得到，可以任意设置。这里设置成 1/1800,即一秒发送 1800 个脉冲。2.2.2 M-FSK Modulator Baseband 模块模块作用是用来产生两个载频信号来调制二进制脉冲序列,实现 2FSK 的调制功能。图 2-1 频移键控 Simulink 模型6主要的参数有： M-ary number,指的是载频的个数，由于本设计中需要 2 个载频，所以 设为 2。 Frequency separation,指的两
7、个载频的间隔频率，高置适中即可，设 为 1000HZ。2.2.3 M-FSK Demodulator Baseband 模块模块由于是实现解调功能，所以主要参数相应的要高置成一样，即 M-ary number为 2；Frequency separation 设为 1000HZ 。2.2.4 Channels 模块模块作用是用模拟一个加性高斯白噪声信道。主要参数：Mode,有 Eb/no、Es/no、SNR 等几种选择，都是表示信道中噪声对信号的大小，这里设为 Eb/no;b、Eb/no，大小不同，信道中噪声对信号的大小就不同，Eb/no 越大信道中噪声对信号就越小，误码率就小，这个大小仿真后的
8、 scope 模块中看到,设为 15. c、Symbol period,设成与二进制产生的速度一们，每秒1800，即 1/1800。2.2.5 Error rate Calculation 模块模块用来计算接收到的信号的差错率，输出结果有三组，依次是差错率、已检到的错 误比特数、统计的总比特数；主要参数：Receive delay 表示接收信号的延迟时 间，用来等待所有输入端信号的到达。在这里 1s 就够了，所以设为 1；Output data,指的是输出端的形式，根据后面接的什么决定，由于此设计中接的是 scope 模块，所以设为 Poet。2.2.6 Scope 模块模块作用是显示输出信号
9、的结果。主要参数：Number of axes,表示坐标系的数目，由于有 3 个输入端，所以设为 3。通信原理课程设计72.2.7 Display 模块模块作用是显示输出信号的结果。主要参数：Format,用一来设置显示结果的格式，如：整数、科学计数，这里设为 short_e。2.2.8 Relational Operator 模块模块作用是实现系统中的比较运算，比较二进序列产生器发出的信号与解调后的信号，若两个信号相同，则输出 0，否则输出 1。主要参数：relational operator 设为=。2.2.9 Dlay 模块模块用来延迟。默认参数即可 。2.2.10 Eye diagra
10、m scope 模块模块用眼图的形式来观察输出信号。默认参数即可 。第三章第三章: 2FSK 的的调制与解调过程的的的调制与解调过程的MATLAB 仿真结果波形图及分析仿真结果波形图及分析3.1 眼图的定义、模块、波形及其分析眼图的定义、模块、波形及其分析3.1.1 眼图的定义眼图的定义评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是观察接受端的基带信号波形。如果将接受波形输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步（这时每个码元将重叠到间隔（0，Ts）上） ，则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称之为“眼图”(eye pattern).8眼图为基带传输系统的性能提供了大
11、量的信息。在一般情况下：眼图张开部分的宽度决定了接受波形可以不受串扰影响而抽样、重建的时间间隔，显然，抽样的最佳时刻是“眼睛”张开最大的时刻；“眼睛”在特定抽样时刻的张开高度决定了系统的噪声容限；“眼睛”的闭合斜率决定了系统对抽样定时误差的敏感程度，斜率愈大则对定时误差愈敏感。3.1.2 眼图的模块眼图的模块模块名称：离散时间眼图（Discrete Eye Diagram Scope）图 3-1 眼图模块通信原理课程设计9位置：Communication BlocksetComm Sinks3.1.3 眼图的波形眼图的波形根据频移键控的 Simulink 模型得到眼图的波形，如下图所示：3.1
12、.4 眼图波形的分析眼图波形的分析根据 Simulink 系统仿真系统可以得到 2FSK 解调后的眼图。由眼图可以看出系统的误码率很低,这都是 Channels 模块中的 Eb/no 设为 15 的原因, Eb/no 有点大,但眼图的为 0 的下面那根线没有,还是有一些失真。这时 display 为：图 3-2 眼图的波形10由于二进制产生模块的参数 Sample time 设为 1/1800，并且仿真时间为10S，所输出码元为 1.7999e+004。误码率为 1.1112e-004,误码个数为2.000e+000,即 2 个。当 Eb/no 设为 200 后，眼图及 display 如下所
13、显示：图 3-3 误码率图 3-4 眼图的波形通信原理课程设计11由此图可以看出眼图看不出什么变化，但 display 却有了明显变化，误码率及误码个数都为 0 了，说明了 Eb/no 越大信道中噪声对信号就越小，误码率就小。3.2 Scope 端的最终波形图端的最终波形图在对系统模块参数与系统仿真参数设置之后，接下来对系统进行仿真分析。为了能够清楚地观察仿真结果，我们截取一段时间的仿真结果进行观察。根据频移键控的 Simulink 模型最终在 Scope 端得到不同信号的数字波形图。如下图所示：图 3-5 误码率12上图中第一张图是发送信号的波形，第二张图是接收信号的波形，第三张是发送信号与
14、接收信号的比较结果波形图。从上图显示的结果可以看出，误码率很低，但这只是目测的结果，事实上，使用 Error Rate Calculation 模块，我们可以准确的计算出该系统的误码率。其分析在上面的已经介绍过了。在这里不要介绍。随着 AWGN Chanel 模块的参数的不同，最终得到的误码率也不同。当次模块中 的 Eb/no 的值的不同最终的误码率有很大的变化。当次值很小的时候，输出的误 码率就大，在调制与解调的过程中出现出错的几率就很大。当逐渐增大此值，误 码率就减小。值越大最终的误码率就有可能为 0。例如当此值为 200 的时候得到 的对比的图形如下图所示图 3-6 频移键控 Simul
15、ink 模型通信原理课程设计13由此可以看出此时的误码率为 0 了。总结总结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。自从因特网把我们领进信息时代开始，人类的历史翻开了璀璨的一页。随着信息的飞速发展，通信原理也随之崛起。从而，使得培养新世纪的技术人才显得分外重要。图 3-7 频移键控 Simulink 模型14在学习通信原理理论基础
16、后，我们又在此基础上通过利用 MATLAB 仿真真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题。比如说要使信号不失真的能够传输到接收端就要考虑很多的因数。在发送端要注意噪声的加入，尽量的减少噪声进入信道中，以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号。而在接收端，采用哪种解调方式能够更好的恢复出原来的信号。对于不同的解调方式有相干解调和非相干解调。相干解调一般是在接收端使接收的信号通过一个相乘器，同时乘上一个与原调制信号同频同相的载波，再通过低通滤波器滤出不需要的信号，然后再经过抽样、量化和编码最终得到原调制信号。对于非相干解调可以将接收的信号通过包络检波器，然后再经过抽样、量化和编码最终也可以得到原调制信号。通过这次的课程设计即上网实际操作，进一步了解了二进制频移键控即2FSK 的基本原理及其解调方法（非相干解调，相干解调） 。当然在学习过程中，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。同时这次设计也让我能够更好的对应用工具 MATLAB 有一个进一步的了
