基于MATLAB的2FSK调制及仿真概要

华东交通大学现代通信仿真技术大作业报告题目：基于Matlab的2FSK调制与仿真作者姓名：专业班级：2011级通信工程学号：指导老师：时间：2013~2014学年第一学期1基于MATLAB的2FSK调制及仿真摘要现代通信仿真技术是对设计的通信系统进行模拟仿真的一门科学技术，以提升系统的可用性。通信系统是用于完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统分为无线通信和有线通信，它在各个领域发挥越来越重要的作用。MATLAB和SystemviewvSimulink是实现通信仿真的重要技术手段。MATLAB是商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。利用它们可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合通信系统和各种多速率系统，也可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。它是一个强有力的动态系统分析工具，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析。SystemView是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具，它实现了功能的软件化，避开了复杂的硬件搭建，在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真本文利用Systemview软件设计模拟调制和解调电路，通过分析其输入输出波形验证所设计电路的正确性。本文通过分别用Matlab、Simulink、Systemview设计2FSK调制与解调的仿真，深入了解数字频率调制2FSK的基本原理，掌握用现代通信仿真技术对解调与调制的实现，深刻理解Matlab、Simulink以及Systemview软件的使用方法和设计方法。2目录摘要………………………………………………………………………1一、数字调制2FSK原理………………………………………………………31、数字调制2FSK原理………………………………………………32、数字调制2FSK的解调方法………………………………………4二、Simulink实现2FSK调制………………………………………………51、仿真原理图……………………………………………………………52、参数设置和仿真结果…………………………………………………5三、用Systemview实现2FSK调制与解调统通……………………………61、调制原理与解调原理…………………………………………………62、仿真图与结果…………………………………………………………7四、用Matlab程序实现2FSK的调制……………………………………………91、详细设计过程…………………………………………………………92、程序源代码……………………………………………………………93、仿真结果图……………………………………………………………11五、总结……………………………………………………………………………12华东交通大学信息工程学院2011级通信工程3一、数字调制2FSK原理1、数字调制2FSK原理数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。其表达式为：{)cos()cos(212)(nntAtAFSKte典型波形如下图所示。由图可见,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：)cos()]([)cos(])([)(2_12nsnnnnsnFSKtnTtgatnTtgats1011001taks1(t)cos(w1t+θn)s2(t)s1(t)cos(w1t+θn)cos(w2t+φn)s2(t)cos(w2t+φn)2FSK信号tttttt数字调制2FSK原理框图华东交通大学信息工程学院2011级通信工程42FSK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。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图：2、数字调制2FSK的解调原理2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式，本次课程设计采用的是相干解调方式。根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，相干解调先用两个分别对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其原理如下：华东交通大学信息工程学院2011级通信工程5二、Simulink实现2FSK调制1、仿真原理图2FSK调制仿真系统原理图2、参数设置和仿真结果本设计产生2FSK信号的方法采用的是键控法。正弦波发生器0正弦波发生器1开关设置：示波器设置：华东交通大学信息工程学院2011级通信工程6仿真结果图如下：分析：图中第4个波形为2FSK信号波形，本次设计产生2FSK波形的方法为键控法，所以其产生的波形相邻码元之间的相位不连续，由图中可以看出，低频代表码元“1”，高频代表码元“0”。三、用Systemview实现2FSK调制与解调统通1、调制原理与解调原理图FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以，载波频率的变化也是离散的。在本实验中，二进制基带信号是用正负电平表示。对于2FSK，载波频率随着调制信号1或-1而变，1对应于载波频率F1，-1对应于载频F2。（1）调制部分：用数字信号去调制载波的频率。且2FSK可以看华东交通大学信息工程学院2011级通信工程7作是两个不同载频的ASK已调信号之和。原理框图：门一基带信号a(n)Acos(1t)Sfsk(t)Sfsk(t)倒相门二Acos(2t)（2）解调部分：2FSK信号可看成是两个载频不同的ASK信号，有相干和非相干两种解调方式。这里采用相干方式。（LP指低通滤波器）原理框图LP解调信号Sfsk(t)相干载波Acos(1t)LP相干载波Acos(2t)2、仿真图与结果用Systemview软件建立仿真电路如下：华东交通大学信息工程学院2011级通信工程8元件参数配置Token0基带信号---PN序列(频率=500HZ,电平=2Level,0偏移）Token2,18反相器；Token1,3半波整流器(门限=0V)；Token4,5,13,14乘法器；Token8,17加法器；Token6,7,11,12载波---正弦波([6,11=500HZ;[7,12]=1000HZ)Token15,16模拟低通滤波器Token9,10,19观察点----分析窗3、用单刀双掷开关控制完成调制仿真波形图如下：华东交通大学信息工程学院2011级通信工程9四、用Matlab程序实现2FSK的调制1、详细设计过程（1）、信号产生：二进制随机序列和两列频率不等的载波1)利用matlab库函数产生10个二进制随机数，也就是我们的基波调制信号a。并画出其波形。2)产生两列余弦波tuf1和tuf2，频率分别为f1=20hz,f2=100hz；并画出其波形。（2）、信号调制：产生2FSK信号和加入高斯噪声后的2FSK信号1)用二进制序列a去调制f1和f2，产生2fsk信号，具体做法是用以a生成的方波信号g1a直接与tuf1相乘，用a取反后的方波g2a与tuf2相乘，再将两列信号相加。并画出其波形。2)调用matlab库函数产生高斯噪声no，并与2fsk信号相加得到加入噪声后的sn信号。并画出其波形。2、程序源代码clearallclosealli=10;%基带信号码元个数j=5000;a=round(rand(1,i));%产生随机序列华东交通大学信息工程学院2011级通信工程10t=linspace(0,5,j);f1=10;%载波1频率f2=5;%载波2频率fm=i/5;%基带信号频率B1=2*f1;%载波1带宽B2=2*f2;%载波2带宽%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生基带信号st1=t;forn=1:10ifa(n)1;form=j/i*(n-1)+1:j/i*nst1(m)=0;endelseform=j/i*(n-1)+1:j/i*nst1(m)=1;endendendst2=t;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基带信号求反forn=1:j;ifst1(n)=1;st2(n)=0;elsest2(n)=1;endend;figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基带信号');华东交通大学信息工程学院2011级通信工程11axis([0,5,-1,2]);subplot(412);plot(t,st2);title('基带信号反码');axis([0,5,-1,2]);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%载波信号s1=cos(2*pi*f1*t);s2=cos(2*pi*f2*t);subplot(413)plot(s1);title('载波信号1');subplot(414),plot(s2);title('载波信号2');%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%调制F1=st1.*s1;%加入载波1F2=st2.*s2;%加入载波2figure(2);subplot(311);plot(t,F1);title('s1*st1');subplot(312);plot(t,F2);title('s2*st2');e_fsk=F1+F2;subplot(313);plot(t,e_fsk);title('2FSK信号');3、仿真结果图华东交通大学信息工程学院2011级通信工程12五、总结这次的课程设计给我很大的收获，使我对Matlab、Simulink、SystemView操作系统的基本知识有了初步的认识，并在实践中对所学习的基本知识和原理方法有了进一步的深化，和形象具体的理解。首先，我对Simulink和SystemView仿真系统进行了了解和学习，在短时间内对其操作有了较为熟练的掌握。通过认真老师给的SystemView系统的参考资料，在学会AM,DSB,FM,的调制与解调原理基础上，我能够较为顺利的建立好仿真数字调制2FSK的模型图。华东交通大学信息工程学院2011级通信工程13其次，能够把调制解调的理论原理较好的在仿真系统中体现出来，加以理解和运用，这样更加深了我对课本所学只是的理解，更具形象和生动性，具体并容易理解。但是，操作过程中也出现了一些问题。主要是对一些参数的设置以及由此引起的波形失真。例如对载波频率的设置，对滤波器参数的设置以及增益设置等等。参数的设置直接影响到波形是否失真的情况。开始的时候，由于对此过程理解的不够好，波形有较明显的失真，但是经过修改，比较，反复多次，最后输出较为理想的波形。最后，就是对课设的整理完善工作，以及按照课设报告的要求来编写报告册。此工作进行的比较顺利，还起到了进一步疏理知识的作用，使需要掌握的知识更加的清晰有条理性。这次课程设计，我个人感觉有较大的收获。一是学习态度认真性的体现，只有抱着认真严谨的态度才能干好任何一件事。二是学期末的课程设计，对与本学期所学知识的整理，总结以及巩固起到不可忽视的作用，更提高了我们的学习积极性。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。在此要感谢我们的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅有关资料，自学，并向老师请教等方式，使自