2FSK数字频带系统的设计与仿真_课程设计 .docx
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1、精品名师归纳总结*实践教案*2021 年春季学期通信系统仿真训练题 目: 2FSK 数字频带系统的设计与仿真专业班级:姓 名: 学号:指导老师: 成绩:摘 要本文介绍了 2FSK 系统的两种解调方式:相干解调和非相干解调 .本次课程设计主要利用 MATLAB 仿真 2FSK 系统的调制与解调过程,实现 2FSK 的调制与解调,主要采纳相干解调的方式解调 2FSK. 第一, 利用 Matlab 仿真出 2FSK 的调制信号、载波信号、以及已调信号的波形图和频谱图,其次,在仿真出波形图和频谱图的基础之上,通过程序编出在不同信噪比情形下, 2FSK 的误码率分析,画出误码率与信噪比的关系图 .可编辑
2、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结关键词 : 仿真FSK误码率信噪比目录可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结前言1一.基本原理21. 2FSK 的简洁介绍22. 2FSK 的调制原理33. 2FSK 的解调4二、设计思路81. matlab 的简洁介绍82. FSK 在 matlab 环境下试验的优劣93. 信号产生94. 信号调制105解调106.流程图10三、仿真结果及分析111. 仿真结果112. 结果分析14总结15致谢16附录17参考文献24可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结前言本课程设计主要争论 2FSK 数字频带系统的设计和仿真,通过本次设计达到
3、以下几个目的:1. 学会使用运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有用通信系统的基本理论,基本算法进行实际验证.2. 学习通信系统仿真软件 MATLAB7.0的基本使用方法,学会使用这些软件解决实际系统显现的问题 .3. 通过系统仿真加深对通信课程理论的懂得.4. 用 MATLAB7.0设计一种 2FSK调制解调系统 .5. 把握 2FSK调制和解调的原理与实现方法 .6. 依据 2FSK调制系统的原理给出调制和解调的原理框图.2FSK在数字通信中应用较广泛,国际电信联盟建议在数据率低于 1200b/s 时采纳 2FSK体制, 2FSK 可以采纳非相干接收方式,
4、接受时不必利用信号的相位信息,因此特殊适合应用于衰落信道 / 随参信道(如短波无线电信道)的场合,这些信道会引起信号的相位和振幅随机抖动和起伏 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一、 基本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掌握载波的频率.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 之间的转变是瞬时完成的.频率调制的最简洁形式是二进制频率键控FSK , frequency-shift k
5、eying.FSK是调制解调器通过电话线路发送比特的方法.每个比特被转换为一个频率,0 由较低的频率表示, 1 由较高的频率表示 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 2FSK 的简洁介绍其表达式为:e2 FSK tA cos1tn A cos2tn ( 1)典型波形如下图所示 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1、典型波形由图可见 ,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:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s 2 FSK t a n g tnnT s cos1tn n_a n g
6、 tnT s cos2 tn ( 2)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 .由图可见, 2FSK 信号的波形可以分解为两个不同载频的2ASK 信号在移频键控中和不携带信息,通常可令和为零 .2FSK 信号的产生方法主要有两种.一种可以采纳模拟调频电路来实现。另外一种可以采纳键控法来实现,即在二进制基带矩形脉冲序列的掌握下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通,使其在每一个码元期间输出f1 或 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
7、生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位变化是连续变化的.(这是一类特殊的FSK ,称为连续相位FSK( Continuous-Phase FSK,CPFSK )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肯定连续.2. 2FSK 的调制原理2FSK 信号的产生方法主要有两种.一种是可以用模拟调频电路来实现。另一种是可以采纳键控法来实现,即在二进制基带矩形脉冲序列的掌握下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通.使其在每一个码元 Ts 期间输出 f1 和 f2 两个载波之一 .这两种方法产生的2FSK 信号的差异在于:由调频产生的2FSK 信号
8、在相邻码元之间的相位是连续变化的.(这是一类特殊的FSK,称为连续相位FSK)而键控产生的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肯定连续.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”用来对应于另一相载频w2 的已调波形,而这个可以用受矩形脉冲序列掌握的开关电路对两个不同的独立的频率源w1 、f2 进行挑选通 .本次课程设计采纳的是前面一种方法.如下原理图:振荡频率 f1选通开关基 带反器相相加器振荡频率 f2选通开关可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2
9、 键控法产生 2FSK 信号的原理图3.2FSK 的解调2FSK 的解调方式有两种 :相干解调方式和非相干解调方式,本次课程设计采纳的是相干解调方式.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:图 3相干解调原理框图2FSK 信号的常用解调方法是采纳如下图所示的非相干解调(包络检波)和相干解调.其解调原理是将2FSK 信号分解为上下两路信号抽样值的大小,可以不特的设置门限.判决规章应与解调规章相呼应,解
10、调时如规定 “1符”号对应载波频率f1 ,就接收时上支路的样值较大,应判为“1”。反之就判为 “0”.带通滤波器包络检波器输出抽样判决器带通滤波器包络检波器图 4非相干解调2FSK 在数字通信中应用较为广泛.国际电信联盟(ITU )建议在数据率低于1200b/s 时采纳 2FSK 体制 .2FSK 可以采纳非相干接收方式,接收时不必利用信号的相位信息,因此特殊适合应用于衰落信道/随参信道(如短波无线电信道)的场合,这些信息会引起信号的相位和振幅随 机抖动和起伏 .除此之外, 2FSK 信号仍有其他解调方法,比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等.过零检测法基于2FSK 信号的过零点数随不同频率而
11、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.2FSK 信号经过限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列,这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低,尖脉冲的个数就是信号过零点数.把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲,以增大其直可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结流重量,该直流重量的大小和信号频T率的s高in低成 正f比f T.然后s经in低通 f滤波f器取T出2此直流重量,这样就完成了可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P2 FSK f s |1s |21s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结频率 幅度变换,从而依据直流分1量6幅度上的
12、f区分f仍1 原Ts出数字信号 f22“f11T”和s “0”.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在这里主要争论过零Ts检测si法n f.过零f检2 测Ts法的系s统in构成f及系统f 2中T各s点波形如图上图所示.特点: “1、” “0”可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结码元对应的载波频率不同1,6 即在单 f位时间f 2 内T载s波的过零点数f目不同f 2 ,利用此特点,仍原基带信号.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 f16f 1 ff1 ff2 ff 2 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 5过零点检测法的原理框图4.功率谱密
13、度对相位不连续的2FSK 信号,可以看成由两个载频的2ASK 信号的叠加,因此, 2FSK 信号的频谱可以近似表示成中心频率分别为f1 和 f2 的两个 2ASK 频谱的叠加 .依据这一思路,我们可以直接利用2ASK 频谱的结果分析 2FSK 的频谱 .一个相位不连续的2FSK 信号可以表示成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结e2 fsk ts1t cosw1ts2t cosw2t(3)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中 s1 和 s2 为两路二进制基带信号.依据 2ASK 信号功率谱密度的表达式,不难写出这种2FSK 信号的功率谱密度的表示式:可编辑资料 -
14、- - 欢迎下载精品名师归纳总结 P f1P2 FSK f s14f 1Ps1 f1 P ff 1s24f 2 Ps2 ff 2 4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结令概率 P=0.5,只需要将上式进行替换即可得到下面的式子:(5)由此可以得出:第一,相位不连续的2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱组成.其中,连续由两个中心位于 f1 和 f2 处的双边普叠加而成,离散谱位于两个载频f1 和 f2 处。其次,连续谱的势状随着两个可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结载频之差f1f 2的大小而变化,如f 1f 2f s ,连续谱在f0 处显现单峰,如f1f 2f s ,
15、显现双可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结峰。第三,如以功率谱第一个零点之间的频率间隔运算2FSK 信号的带宽,就其带宽近似为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B2 FSKf2f12 fs( 6)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中 fs 为基带信号的带宽 . 5.FSK 的误码性能分析运算设“ 1符”号对应载波频率f1 (), “ 0”符号对应载波频率f2 (),就在一个码元的连续时间Ts 内,发送端产生的2FSK 信号可表示为7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中( 8)( 9)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑
16、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结即y i t(a10c)os1tn i t ,发送“1”时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结a cos2 tn i t ,发送“0”时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形和分别为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s T t u 1 Tu 0 T t t 发送“发送“1”时0 ”时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结u 0 T t ( 11) Acos2 t00tT S其它 t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
17、纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结u 1T t ( 12) A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结cos1t0tTS0其它t式中, n1t 和 n2t分别为高斯白噪声nit 经过上下两个带通滤波器的输出噪声 窄带高斯噪声,其均值同为 0,方差同为,即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n1t13n1c tcos 1tn1s tsin 1t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n2 t14n2ctcos 2tn2stsin 2t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上下支路两个带通滤波
18、器的输出波形分别为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结y1t a015( )n1c t cos 1t10n1st sin x1ta 21r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结tP 0/ 1P z0f z dzexp2dzerfc可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2( 16)y2 t n2 ct cos22 tzn2 s t sin 2z22可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结( 17)抽样判决器进行比较 .比较的两路输入波形分别为1r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上支路P 1/ 0 P x 1x 2 erfc22可编辑资料 -
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