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1、摘要信号的载波调制有三种方法,包含振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)。本次综合训练主要是利用MATLAB仿真软件,利用2FSK完成对数字信号频带传输系统的设计与仿真实现。关键词: 载波调制 2FSK 仿真 目 录前言1一、 数字频带传输2二、 二进制频移键控(2FSK)32.1 基本原理32.2 2FSK数字系统的调制原理42.3 2FSK数字系统的解调原理4三、MATLAB介绍6四、流程图8五、仿真结果及分析95.1仿真结果95.2结果分析12总结14致谢15参考文献16附录17前言对于大多数的数字传输系统来说,由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分,而实际的通信信道
2、又具有带通特性,因此,必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波,使已调信号能通过带限信道传输。数字调制是用基带数字信号控制高频载波,把基带数字信号变换为频带数字信号的过程。数字解调是已调信号通过信道传输到接收端,在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换。频带传输系统是指包括数字调制和数字解调过程的传输系统。从原理上来说,受调制载波的波形可以是任意的,只要已调信号适合于信道传输就可以了。但实际上,在大多数数字通信系统中,都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单,便于产生及接收。数字调制技术一般可分为两种类型:(1) 利用模拟方法去实现数字调制,即把数字基带信号当
3、作模拟信号的特殊情况来处理;(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波,从而实现数字调制键控法。键控法的特点:数字电路实现,调制变换速率快,调整测试方便,体积小和设备可靠性高。数字调制可分为二进制调制和多进制调制两种。根据已调信号的结构形式可分为线性调制和非线性调制两种。数字调制方式分为调幅、调频和调相三种基本形式一、 数字频带传输数字频带传输是在计算机网络系统的远程通信中把数字信息调制成模拟音频信号后在发送和传输,到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号的传输技术。它是一种利用调制器对传输信号进行频率交换的传输方式,信号调制的目的是为了更好的适应信号传输通道的频率特性,传输信号经过调制处
4、理也能克服基带传输同频带过宽的缺点,提高线路的利用率,一举两得。但是调制后的信号在接收端要解调还原,所以传输的收发端需要专门的信号频率变换设备,传输设备费用相应增加。远距离通信信道多为模拟信道,例如,传统的电话(电话信道)只适用于传输音频范围(300-3400Hz)的模拟信号,不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。频带传输就是先将基带信号变换(调制)成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号(称为频带信号),再将这种频带信号在模拟信道中传输。在采用频带传输方式时要求收发两端都安装解制解调器(Modem)。利用频带传输不仅解决了数字信号可利用电话系统传输的问题,而
5、且可以实现多路复用,以提高传输信道的利用率。实际生活中,大多数不能直接传输基带信号,因为基带信号往往含有丰富的低频分量。因信道因具有带通特性而此必须用数字基带信号对载波进行调制,即完成频谱搬移,以使信号与信道的特性相匹配。常用的调制方法有振幅键控(2ASK),频移键控(2FSK),相移键控(2PSK)。本次综合训练选择使用二进制频移键控(2FSK)。二、 二进制频移键控(2FSK)2.1 基本原理 频移键控是利用载波的频率来传递数字信号,在2FSK中,载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化,f1对应数字信息“1”,f2对应数字信息“0”。故其表达式为: (2-1) 典型波形如
6、图1所示。由图1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: (2-2) ak1 0 1 1 0 0 1s1(t)s1(t)cos(f1t)s2(t)cos(f1t)cos(f2t)s2(t)cos(f2t)2FSK信号ttttttt图1 2FSK典型波形2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现;另一种可以采用键控法来实现,即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关对两个不同的独立源进行选通,使其在每一个码元期间输出f1和f2两个载波之一。这两种方法产生2FSK信号的差异在于 :由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之
7、间的相位是连续变化的,而键控法产生的2FSK信号,是由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不定期连续。载波f1载波f2二进制数据2FSK输出信号 图2 键控法产生2FSK信号的原理图2.2 2FSK数字系统的调制原理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”用来对应于另一载频f2,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、w2进行选择通。原理图如图3。与门倒相器振荡器振荡器与门相加器二进制信号2FSK信号图3 2FSK调制原理图2.3 2FSK数字系统的解调原理2FS
8、K的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式。本次课程设计所用的为相干解调。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。原理图如图4。带通滤波器F1带通滤波器F2相乘器相乘器低通滤波器抽样判决器抽样脉冲低通滤波器输出图4相干解调原理图三、MATLAB介绍MATLAB是由MATH WORKS公司于1984年推出的一种面向科学与工程的计算软件,通过MATLAB和相关工具箱,工程师、科研人员、数学家和教育工作者可以在统一的平台下完成
9、相应的科学计算工作。Matlab是一种解释性执行语言,具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单,扩充方便,尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能,使其成为了巨大的知识宝库。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面,它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口,同时因为有最丰富的函数库(工具箱),所以计算的功能实现也很简单,进一步受到了科研工作者的欢迎。另外,,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口,可以方便的实现与其他语言的混合编程,进一步拓宽了Matlab的应用潜力。MATLAB 本身包含了 600 余个用于数学计算、统计
10、和工程处理的函数,这样,就可以迅速完成科学计算任务而不必进行额外的开发。业内领先的工具箱算法极大的扩展了 MATLAB 的应用领域,所以MATLAB自推出以来就受到广泛的关注。MATLAB特点: 一,数值计算功能,在MATLAB中,每个数值元素都视为复数,而且只有双精度(64位)一种数据格式,省去多种的设置,虽然在运行速度和内存消耗方面付出了代价,却使MATLAB的编程大大简化。MATLAB的数值计算基本功能包括:矩阵运算、多项式和有理分式计算、数据统计分析以及数值分析等。二,符号计算功能,在实际应用中,除了数值计算外,还需要得到方程的解析解,简化和展开多项式和函数表达,求解函数值等,所有这些
11、均属于符号计算的领域。三,便栈式的编程语言,与Fortran和C等高级语言相比,MATLAB的语法规则更简单,更贴近人的思维方式和表达习惯,使得编写程序就像在便栈上列写公式和演算一样。四,强大而简易的作图功能,能根据输入数据自动确定坐标绘图。五,高智能化,绘图时自动选择最佳坐标,大大方便了用户。自动检测和显示程序错误,减轻编程和调试的工作量。六,丰富实用的工具箱,MATLAB软件包括基本部分和扩展部分。扩展部分成为工具箱。工具箱分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,可视建摸仿真功能以及文字处理功能等。学科性工具箱专业性比较强,如控制系统工具箱、信号处理工
12、具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、金融工具箱、小波工具箱等。MATLAB帮助系统,MATLAB为用户提供了三种帮助功能:一.利用帮助菜单获取帮助信息。单击MATLAB工作窗口的菜单栏Help菜单项,弹出帮助菜单项。选择Help Window 选项,可以打开MATLAB的主题窗口。选择Help Desk选项,可以打开MATLAB帮助工作台。二.通过指令窗口获取帮助信息,用户可以在指令窗口直接键入帮助指令来获得帮助。三.使用演示功能(Demo)。MATLAB带有生动直观的演示程序,可以帮助用户形象直观地学习和理解MATLAB的使用方法和强大的功能。启动演示程序有下面几种方法:(一)在工作台和工具
13、箱窗口中,列出了MATLAB和已经安装的各种工具箱。单击欲学习的工具箱前面的“+”号,在打开的功能项中,双击Demos,即可打开演示程序。(二)选择Help菜单Demos选项,可以打开MATLAB的演示窗口。(三)在指令窗口中键入指令demo,同样可以打开MATLAB演示窗口。 MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件。它起源于矩阵运算,并已经发展成为一种高度集成的计算机语言。MATLAB具有强大的数学运算能力、方便实用的绘图功能及语言的高度集成性。除具备卓越的数值计算能力之外,它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真、实时控制等功能。在通信领域MATLAB更是
14、优势明显,因为通信领域中很多问题是研究系统性能的,传统的方法只有构建一个实验系统,采用各种方法进行测量,才能得到所需的数据,这样不仅需要花费大量的资金用于实验系统的构建,而且系统构建周期长,系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现,免去构建实验系统的不便,而且操作十分简便,只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能,而且在结构的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势。因而MATLAB在通信仿真领域得到越来越多的应用。四、流程图抽样判决相乘器h2相乘器h1带通滤波器b2带通滤波器b1低通滤波器b1低通滤波器b2与载波st1相乘加入噪声与载波s2t相乘已调信号基带信号反码开始定义变量基带信号图5 流程图五、仿真结果及分析5.1仿真结果Fi