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1、目录1 技术要求12 基本原理12.1 2FSK的产生12.2 2FSK的解调22.3 2FSK信号功率谱密度43 建立模型描述53.1 仿真思路53.2 仿真程序54 模型组成模块功能描述84.1 simulink仿真FSK调制信号84.1.1 simulink仿真FSK调制信号框图84.1.2 参数设置94.2 simulink仿真FSK解调信号94.2.1 simulink仿真FSK解调信号框图94.2.2 参数设置105 调试过程及结论105.1 调试过程105.2 结论157 参考文献152FSK通信系统设计1 技术要求设计一个2FSK通信系统，要求：（1）设计出2FSK通信系统的结
2、构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价。2 基本原理2.1 2FSK的产生2FSK即为二进制频移键控，是用二进制数字信号控制正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化。二进制符号0对应于载波f1，符号1对应于载频f2，而且f1与f2之间的改变是瞬时完成的一种频移键控技术。它是数字传输中应用较广的一种方式。2FSK调制通常使用数字键控法，其原理框图如图1所示。图1 2FSK调制原理框图图1为2FSK数字键控法原理框图。在二进制基带矩形脉
3、冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通，使其在一个码元期间输出f1或 f2两个载波之一。此方法与模拟调频电路的区别在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法由于电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图2 2FSK调制信号波形图2即为2FSK的调制信号，其中第一个波形是原始NRZ码，第二个是调制后的FSK信号波形。2.2 2FSK的解调图3 2FSK信号解调原理图图3为2FSK的解调原理框图。2FSK信号的常用解调方法是采用图3所示的相干解调和非相干解调。其原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号非别进行解调
4、，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路的样值较大，应判为“1”，反之则判为“0”。图4 过零检测法原理图及各点时间波形图4给出了过零检测法原理图及各点时间波形。过零检测的原理基于2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。2.3 2FSK信号功率谱密度图5 相位不连续的2FSK信号功率谱示意图图5 为相位不连续的2FSK信号功率谱示意图。两个2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率f1和f2处，连
5、续谱分布在f1和f2附近。若取功率谱第一个零点以内的成分计算带宽，显然2FSK信号的带宽为 （1）3 建立模型描述3.1 仿真思路1.确定采样频率fs和两个载波频率的值f1，f2。2.按要求写输入已调信号表达式S(t)。注意S(t)中存在反码，要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样，再写表达式S(t)。3. 2FSK的解调过程中，由于信号首先通过带通滤波器，先设置其参数，再用一维数字滤波函数filter对信号S(t)的数据进行滤波处理。得输出经过带通滤波器后的信号波形，则可发现因为已调信号中有两个不同的载波（1, 2）,所以经过两个不同频率的带通滤波器后输出H1,H2两个不同的信号波形
6、。4.将输出的信号再经过相乘器（cos1，cos2），输出得到相乘后的h1,h2两个不同的2FSK波形。5.经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器，设置低通滤波器的参数，用一维数字滤波函数filter对信号的数据再进行滤波处理。得到的信号输出经过低通滤波器后的两个波形（sw1,sw2）。6.用抽样判决器对信号sw1和sw2进行判决，对抽样判决器经定义一个时间变量长度i，当st1(i)=st2(i)时，则st=0，否则st=st2(i)（st=st1+st2）。分别输出st1,st2，其抽样判决器输出的波形为最后的输出波形st。3.2 仿真程序程序如下：fs=2000; %设置采样频率dt=1/f
7、s;f1=20;f2=120; %设置两个信号的频率a=round(rand(1,10); %设置随机信号g1=ag2=a; %进行信号反转 g11=(ones(1,2000)*g1; %进行抽样g1a=g11(:);g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1=length(t);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2; %产生的信号no=0.02*randn(1,t1); %噪声信号sn=fsk+no;subplot(311);plot(t,no);
8、 %噪声波形title(噪声波形)ylabel(幅度)subplot(312);plot(t,fsk);title(产生的波形)ylabel(幅度)subplot(313);plot(t,sn);title(叠加有噪声的信号)ylabel(幅度)xlabel(t)figure(2) %FSK的解调b1=fir1(101,10/80020/800);b2=fir1(101,90/800110/800);%设置带通参数H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn); %经过带通滤波器后的信号subplot(211);plot(t,H1);title(经过带通滤波器1后的
9、波形)ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,H2);title(经过带通滤波器2后的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)sw1=H1.*H1;sw2=H2.*H2; %经过相乘器figure(3)subplot(211);plot(t,sw1);title(经过相乘器h1后的波形)ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,sw2);title(经过相乘器h2后的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)bn=fir1(101,2/80010/800); %经过低通滤波器figure(4)st1=filter(bn,1,sw1);st2=filt
10、er(bn,1,sw2);subplot(211);plot(t,st1);title(经过低通滤波器st1后的波形)ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,st2);title(经过低通滤波器st2后的波形)ylabel(幅度)xlabel(t) %判决fori=1:length(t)if(st1(i)=st2(i)st(i)=0;elsest(i)=st2(i);endendfigure(5)st=st1+st2;subplot(211);plot(t,st);title(经过抽样判决器后的波形)ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,sn);tit
11、le(原始的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)4 模型组成模块功能描述4.1 simulink仿真FSK调制信号4.1.1 simulink仿真FSK调制信号框图图6 2FSK调制信号的simulink信号框图图6 为2FSK调制信号的simulink信号框图，其中sine wave和sine wave1是两个频率的载波，PluseGenetator模块是信号源，NOT为方波反相的实现，经相乘器和相加器后便可得到2FSK信号。4.1.2 参数设置载波f1的参数：幅度为1，f1=20Hz,采样时间为0.002s。载波f2的参数：幅度为1，f1=120Hz,采样时间为0.002s。信源模
12、块为方波，幅度为1，周期为3，占空比为33%的基于采样的信号。4.2 simulink仿真FSK解调信号4.2.1 simulink仿真FSK解调信号框图图7 2FSK解调信号的simulink信号框图图7为2FSK解调信号的simulink信号框图，其中包含随机二进制序列产生模块、M-FSK基带调制模块、信道模块、M-FSK基带解调模块、误码率计算模块、Scope模块、Display模块、比较模块。4.2.2 参数设置随机二进制序列产生模块二进制“0”产生的概率为0.5，每秒发送20个脉冲。M-FSK基带调制模块载频个数为2，间隔频率为100Hz。M-FSK基带解调模块载频个数为2，间隔频率
13、为100Hz。信道模块SNR从-5dB到5dB变化。误码率计算模块接收信号的延迟时间为1，输出端形式为Port。Display模块显示设为short_e.Relational operator模块设为=。5 调试过程及结论5.1 调试过程图8 噪声波形、产生的波形及叠加的波形图9 经过带通滤波器后的波形图10 经过相乘器后的波形图11 经过低通滤波器后的波形图12 还原后的波形及原始波形图8至图12为使用m文件输出的波形。其解调原理是通过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调，然后进行抽样判决输出信号。使用相干解调对2FSK信号采进行解调。用同步检测法对2FSK系统的抗噪声性能进行分析。在原理图中采用两个带通滤波器来区分中心频率分别为f1和f2的信号。接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分别含有噪声n1,n2，其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器的输出噪声为窄带高斯噪声，其均值和方差相同，只是中心频率不同而已。其抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。图13 用simulink对2FSK信号调制各点波形由图13可以得出，经过f1和f2两个载波的调制，2FSK信号有明显的频率上的差别。图14 用simulink对2FSK信号解调仿真结果图（SNR=
