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1、目录前言1正文22.1课程设计的目的与意义22.2多进制数字调制22.3 MFSK简介 22.4 MFSK信号的频谱、带宽与频带利用率 32.5 MFSK调制与解调的原理43仿真结果与分析53.1八进制的随机序列53.2调制后的信号63.3参加高斯白噪声后的已调信号 73.4 MFSK的解调83.4.1 滤除高斯白噪声83.4.2 相干解调后的信号83.4.3 非相干解调后的信号93.5 MFSK系统的抗噪声性能10相干解调时的误码率10非相干解调时的误码率11课程设计总结12 致谢12参考文献12附录14、八 、亠刖言MFS多进制数字频率调制，简称多频制，是2FSK方式的推广。它是用不同的载
2、波频率代表各种数字信息。在数字通信系统中，数字调制与解调技术占有非常重要的地位。随着MATLAB术的开展，数字通信技术与MATLAB勺结合表现了现代数字通信系统开展的一个趋势。文中介绍了MFSK调制解调的原理，并基于MATLAB实现MFSK调制解调的程序代码设计，仿真结果明确设计方案是可行的。正文2.1课程设计的目的与意义本次课程设计我所做的课题是一个多进制频移键控MFSK的调制与解调项目，这就要求我们需要完成信号的调制解调以与抗噪声性能的分析等问题。通过我们对这次项目的学习和理解，综合运用课本中所学到的理论知识完成一个多进制频移键控MFSK的调制与解调项目的课程设计。以与锻炼我们查阅资料、方
3、案比拟、团结合作的能力。学 会了运用MATLAB编程来实现 MFSK调制解调过程，并且输出其调制与解调过程中的波形，并且讨论了其调制和解调效果，分析了抗噪声性能，增强了我的动手能力，为以后学习和工作打下了根底。2.2多进制数字调制二进制键控调制系统中，每个码元只传输1b信息，其频带利用率不高。而频率资源是极其宝贵和紧缺的。为了提高频带利用率，最有效的方法是使一个码元传输多个比特的信息。这就是将要讨论的多进制键控体制。多进制键控体制可以看作是二进制键控体制的推广。这时，为了得到一样 的误码率，和二进制系统相比，接要用更大的发送信号功率。这就是为了传输更多信息量所要付出的代价。由二进制数字调制系统
4、的性能比拟可得知，各种键控体制的误码率都决定于信噪比：尿r表示信元收信号信噪比需要更大，即需码元功率:和噪声功率g之比。现在，设多进制码元的进制数为M,一个码元中包含信息 K比特，如此有二假如想把码元功率 平均分配给每比特，如此每比特分得的功率为卜二；这样每比特的信噪功率比为：在M进制中，由于每个码元包含的比特数K和进制数M有关，所以在研究不同 M值下的错误率时，适合用 为单位来比拟不同体制的性能优劣。所谓多进制数字调制，就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为多进制幅度键控MASK、多进制频移键控MFSK以与多进制
5、相移键控MPSK或MDPSK。也可以把载波的两个参量组合起来进展 调制，如把幅度和相位组合起来得到多进制幅相键控MAPK或它的特殊形式多进制正交幅度调制MQAM 等。2.3 MFSK 简介多进制数字频率调制MFSK简称多频制，是 2FSK方式的推广。它是用不同的载波频率代表 不同种数字信息。多进制频移键控 MFSK的根本原理和 2FSK是一样的，其调制可以用频率键控 法和模拟调频电路来实现，不同之处在于使用键控法的时候供选的频率有M个。MFS多进制频移键控，是一种在各种频率离散音频脉冲爆发传送数字信息的信号调制方法。 它原来是欧洲和英国政府机构在20世纪中叶使用。在那时它叫做Piccolo，一
6、种乐器的名字，这种乐器的声音音调很高，就像一个MFSK言号经过收音机的喇叭时发出的声音。MFSK勺主要缺点是信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。因此MFSK一般用于调制速率（霍）不高的衰落信道传输场合。2.4 MFSK信号的频谱、带宽与频带利用率键控法产生的 MFSK信号，可以看作由 M个幅度一样、载频不同、时间上互不重叠的2ASK信号叠加的结果。设 MFSK信元的宽度为 几，即传输速率 怙=2 Baud，如此MFSK信号的带宽为 H二ItM-fJ +耳；式中为加最高选用载频，fl为最低选用载频。山为单个码元的带宽。MFSK信号功率谱如图2-4所示:$M山2Vr图2-4 MFSK信号的功率
7、谱假如相邻载频之差等于 2fB，即相邻频率的功率谱主瓣刚好互不重叠，这时的MFSK信号的带宽与频带利用率分别为:K式中 M = 2K, K=2,3 ,可见，MFSKB号的带宽随频率数的增大而线性增宽，频带利用率明显下降。因此，MFSK多用于调制速率较低与多径延时比拟严重的信道，如无线短波信道。2.5 MFSK调制与解调的原理图2-5多进制数字频率调制系统的组成方框图MFSK调制原理和2FSK的根本一样。串/并变换器和逻辑电路 1将一组组输入的二进制码 每K 个码元为一组对应地转换成有M巴艺种状态的一个个多进制码。这 M个状态分别对应 M个不同的载波频率f1,f2fm。要求载频之间的距离足够大，
8、以便用滤波器别离不同频率的谱。 当某组K位二进制码到来时，逻辑电路 1的输出一方面接通某个门电路，让相应的载频发送出去， 另一方面同时关闭其余所有的门电路。于是当一组二进制码元输入时，经相加器组合输出的便是一个M进制调频波形。多进制频移键控的解调局部由M个带通滤波器BPF包络检波器与一个抽样判决器、逻辑电路2组成。各带通滤波器的中心频率分别对应发送端的各个载波频率。因而，当某一已调信号到来时，在任一码元持续时间内，只有与发送端频率相应的一个带通滤波器能收到信号，其它带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器的任务是比拟所有检波器输出的电压，并选出最大者作为输出，这个输出 是一位与发送端载波频率相应的进
9、制数M。逻辑电路2把这个M进制数译成K位二进制并行码，并进一步做并/串变换恢复二进制信息输出，从而完成数字信号的传输。3仿真结果与分析3.1八进制的随机序列在本次课程设计中 M=8所以是每3个码元为一组，这8个状态分别对应8个不同的载波频率。8FSK米用8种不同的频率分别表示二比特信息。如图3-1所示:八进制随机序列图3-1二进制随机序列的产生程序的运行过程是：首先产生随机序列码如图 3-1所示 注：此序列为随机序列，每一次运 行程序所产生的序列都不同。对应表3-1，当时间等于某一值时，可根据纵坐标码元的值对照表3-1得出其信息序列。码元01234567比特000001010011100101
10、110111表3-1 M=8时的码元3.2调制后的信号调制后的信号1.50.5-；!)!：Ti111丨 -丫 iiii11I I-0.5I-1-1.50IIIII;i;pH%10图3-2-1 调制后的信号已调信号的眼图如3-2-1图所示I川川I川川川J 卩卩i1削q；,；I i阳I、I J训ii I |,l I1 ll九1 ；II|I，I ,|H | . |(|h叮 fiiii1214加入高斯白噪声后的已调信号的眼图1.5图3-2-2 未参加高斯白噪声已调信号的眼图“眼睛 X开的大，说由图3-2-2可知眼图的线迹是比拟清晰的带状的线，线条较细，清晰, 明未参加高斯白噪声的已调信间串扰比拟小。3
11、.3参加咼斯白噪声后的已调信号然后通过调用函数对随机序列进展调制，如图3-3-1所示。在调制信号中参加高斯白噪声如图6所示。1.5加入高斯白噪声后的已调信号10.50-0.5-1-1.502468101214图3-3-1 参加高斯白噪声的已调信号在实际中，只要噪声的功率谱均匀分布的频率X围远远大于通信系统的工作频带，我们就可以把它视为白噪声。如果白噪声取值的概率服从高斯分布，如此称为高斯白噪声。参加高斯白噪声后已调信号的眼图如如下图3-3-2所示：加入高斯白 噪声后 的已调信号的眼图21.510.50-0.5-1-1.5-2-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4-0.50.
12、5图3-3-2参加高斯白噪声后已调信号的眼图由图可知眼图的线迹是比拟模糊的带状的线，线条较粗，模糊，“眼睛 X开的小，说明参加高斯白噪声的已调信号噪声大，码间串扰比拟大。3.4 MFSK的解调3.4.1 滤除高斯白噪声升余 弦滤波前后 波形比较图3-4-1升余弦滤波器前后波形比拟图3-4-1中红线表示：参加高斯白噪声的已调信号；蓝线表示：经过升余弦滤波器后的已调信号。升余弦滤波器本质上是一个低通滤波器，滤除了高频成分，减小了码间串扰和噪声。只不过是他的滚降因子会对波形的幅度产生一定影响，一般是降低了波形的幅度并且低通。减小了码间串扰和噪声。3.4.2 相干解调后的信号在通过调用函数让函数通过相
13、干解调方式进展解调，解调信号如图3-4-2所示相 干解调 后的信 号原 序列比 较图3-4-2相干解调后的信号原序列比拟因为MFSK言号占用较宽的带宽，频带利用率不高，所以MFSK一般用于调制速率不高的衰落信 号的传输场合，这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏。余弦滚降滤波器只能减小码间串扰和定时误差的影响,不能完全消除噪声， 所以相干解调后的信号与原信号存在误差3.4.3 非相干解调后的信号在通过调用函数让函数通过非相干解调方式进展解调，解调信号如图3-4-3所示非相 干解 调后 的信号图3-4-3非相干解调后的信号原序列比拟因为MFSK言号占用较宽的带宽，频带利用率不高，所以MFSK一般用于调制速率不高的衰落信号的传输场合，这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏。余弦滚降滤波器只能减小码间串扰和定时误差的影响，不能完全消除噪声，所以非相干解调后的信号与原信号也存在误差。3.5 MFSK系统的抗噪声性能相干解调时的误码率相干解调后误码率统计1010-Theoretical BERHSimulated BERH*”BaS10 -2片10 3
