基于MATLAB的FSK调制的研究.doc
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1、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文本科毕业设计论文题 目 基于MATLAB的FSK调制的研究 系别名称 电子信息工程 专业名称 电子信息工程 学生姓名 * 班 级 122902 学 号 * 指导教师 张光龙 毕业时间 2013年7月 设计论文毕业 任务书一、题目基于MATLAB的FSK调制的研究二、基本内容及重点FSK又称频移键控它是利用载频频率的变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种。若两个载频由不同的独立振荡器提供,它们之间的相位互不相关,就称为相位离散的数字调频信号,若两个频率由同一振荡器提供,只是对其中一个载频进行分频,这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频
2、信号。该设计中,二进制的基带信号是用两电平来表示的。1对应于载波频率F1,0对应于F2。 FSK就是利用载波信号的频率变化来传递数字信息,硬件框架设计图如下所示:直接调频法和键控法原理图如下载波F1模拟调频器二进制数据 2Fsk输出 2Fsk输出载波F2 二进 制数据 直接调频法 键控法实现数字频率调制的两种方法直接调频法:即连续调制的调频(FM)信号的产生方法,是将输入的基带脉冲去控制一个振荡器的参数而改变振荡频率,这种方法实现容易,输出的波形相位是连续的,但电路的振荡频率稳定性较差。键控法:也称频率选择法使用数字信号去控制两个独立振荡器,两个门电路按数字信号的变化规律。三、预期达到的成果通
3、过对数字通信系统的仿真,了解数字通信系统的仿真实现方法,掌握各种数字调制解调系统的性能,包括了解数字信号的时域表示、掌握数字信号的频带传输,数字通信系统的信道编码,学会用傅立叶变换方法分析信号的频域成分。四实验平台及工具:微型计算机一台,Windows 7操作系统,MATLAB软件五、存在的问题及拟采取的解决措施1、查阅书籍掌握熟悉BKSP的调制解调,掌握相关调制解调的MATLAB函数 的使用。 2、熟悉MATLAB语言,运用计算机熟练操作MATLAB软件。3、不能解决的问题先查阅资料,如还有问题咨询导师。六、进度安排 第三周-第四周收集参考资料,阅读相关资料,熟悉软件MATLAB软件,检索相
4、关文献,编写开题报告。第五周-第八周初步设计。第九周-第十周进行相关实验,程序设计。第十一周-第十二周中期检查。第十三周-第十四周整理相关文档,编写毕业论文。第十五周提交论文说明书及要求材料,答辩资格审查。第十六周毕业答辩。七、 参考文献和书目1 王兴亮. 编著,数字通信原理与技术,西安电子科技大学出版社,第二版 2 徐明远. 邵玉斌 编著,MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用,西安电子科技大学出版社,2005 3 孙屹. 吴磊编著, Simulink通信仿真开发手册,国防工业出版社,2003 4 王秉钧,王少勇,王彦杰.通信原理基本教程.北京:北京邮电大学出版社.2005.p128-p1
5、31. 5 樊昌信. 通信原理教程(第二版).北京:电子工业出版社.2008.6.p127-p130.6 李环,任波,华宇宁编著, 通信系统仿真设计与应用, 电子工业出版社,2009,37 Leon W.Couch II.Digital and Analog Communication Systems (Sixth Edition) Prentice Hall,2001.8 刘波、文忠、曾涯,MATLAB信号处理,电子工业出版社,2006.19 张卫刚.通信原理与通信技术M.第2版.徐国平,译.北京:电子工业出版社,2002 10 孙亮MATLAB语言与控制系统仿真 北京工业大学出版社 200
6、6.1学生 _ 指导教师 _ 系主任 _摘 要由于现代社会已进入信息时代,信息和通信传输在各种信息技术起到了支撑作用,人类社会生活的通信需求越来越高,世界各国都致力于发展现代通信技术以及现代通信网络的建设。移动通信是现代通信技术中不可缺少的技术,然而,由于频率资源的限制,使得我们无法用开路传道传输信息,而且基带信号无法进行长距离的传输,所以必须对信号进行调制。目前,移动通信技术从模拟通信技术发展到数字移动通信阶段。数字通信与模拟通信相比,传输质量还是技术,以及经济上都有显着的优点,本文主要针对数字通信中的调制方式进行了研究,并重点对FSK调制技术进行研究。在理论上对FSK的时域、功率谱密度及调
7、制方法进行了研究。最后运用matlab仿真软件对FSK的调制解调进行了仿真,并分析了其误码率。关键词:数字通信,数字调制,频移键控ABSTRACTBecause modern society has entered the information age, information and communication technology in the transmission of various information needs of human social life increasingly high communication played a supporting role in
8、the world are committed to the modern communication technology and the development and construction of modern communication networks medium. In modern mobile communication technology is indispensable, however, since the frequency resource constraints, such that people can not send a message open pre
9、acher, not long-distance transmission baseband signal, it is necessary to adjust the signal.Currently, mobile communication technology from analog to digital mobile communication technology, communications phase. Digital communication and analog communication, transmission quality and technology, an
10、d has significant economic advantages compared to this article focuses on digital communication modulation schemes were studied, emphasizing the FSK modulation technology. FSK time domain, in theory, the power spectral density and modulation methods were studied. Finally, we use Matlab simulation so
11、ftware FSK modulation and demodulation of the simulation, analysis of its error rate.Key words:Digital communications, digital modulation, frequency shift keying II西北工业大学明德学院本科毕业设计论文目 录摘 要IABSTRACTII第一章 数字调制11.1 绪论11.2 数字调制方式11.3 数字调制的介绍21.4 设计内容和意义4第二章 频移键控(FSK)的理论分析52.1 频移键控(FSK)52.2 FSK的数学分析52.2.
12、1 FSK的时域分析52.2.2 2FSK信号的功率谱密度62.2.3 FSK信号的调制方法92.2.4 二进制移频键控(2FSK)系统的总误码率92.3 FSK解调的方法122.3.1 相干解调法12第三章 FSK仿真程序设计173.1 设计总思路173.2 FSK调制的仿真设计173.3 FSK解调的仿真设计183.4 误码率计算的设计19第四章 仿真结果204.1 FSK仿真图214.2 调制与解调后的信号224.3 误码率24结 论26致 谢27参考文献28附录30附1 FSK调制的M文件编写.30附2 FSK解调的M文件编写31附3 主函数main的M文件编写.33第一章 数字调制1
13、.1绪论通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送,但如果要远距离传输时,特别是在无线或光纤信道上传输时,则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输,必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样,传输数字信号时也有三种基本的调制方式:幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分别对应于用载波(正弦波)的幅度、频率和相位来传递数字基带信号,可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。理论上,数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同,它们都是属正弦波调制。但是,数字调制
14、是调制信号为数字型的正弦波调制,而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。另外信源编码的目的是提高信源的效率,去除冗余度。信道编码的目的主要有两点:1) 要求码列的频谱特性适应通道频谱特性,从而使传输过程中能量损失最小,提高信号能量与噪声能量的比例,减小发生差错的可能性,提高传输效率。2) 增加纠错能力,使得即便出现差错,也能得到纠正。一般传输通道的频率特性总是有限的,即有上、下限频率,超过此界限就不能进行有效的传输。如果数字信号流的频率特性与传输通道的频率特性很不相同,那么信号中的很多能量就 会失去,信噪比就会降低,使误码增加,而且还会给邻近信道带来很强的干扰。因此,在传输前要对数字信号进
15、行某种处理,减少数字信号中的低频分量和高频分量,使能量向中频集中,或者通过某种调制过程进行频谱的搬移。这两种处理都可以被看作是使信号的频谱特性与信道的频谱特性相匹配。数字信号的载波调制是信道编码的一部份。比如有线电视宽带综合网是基于模拟环境下的数字信号的传输,图象数字信号不是基带传输方式而是在射频通带中传输。1.2数字调制方式数字信号的载波调制是信道编码的一部分,我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制,未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的,因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信
16、很难控制传输效率,我们最常见到的单边带调幅(SSB)或残留边带调幅(VSB)可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有”0”和”1”两种状态,所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程,因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式,并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等,频带利用率从1bit/s/Hz3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术,目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit
17、/s/Hz,八倍于2ASK或BPSK。此外,还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术,为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来,四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展,并已应用于高速MODEM中,为进一步提高传输效率奠定了基矗总之,数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信,调制技术的种类也远远多于模拟通信,大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。1.3数字调制的介绍(1) 基带传输传输信息有两种方式:基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号,无论是模拟信号还是数字信号,都是基带信号,其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输,如音频市话、计
18、算机间的数据传输等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移,如果载波是正弦波,则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输,其目的除了进行频率匹配外,也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。(2) 为什么要进行调制首先,由于频率资源的有限性,限制了我们无法用开路信道传输信息。再者,通信的最终目的是远距离传递信息。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因,基带信号是无法在无线信道或光纤信道上进行长距离传输的。为了进行长途传输,必须对数字信号进行载波调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。最后,较小的倍频程也保证了良好的带内特性。所以
19、调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输(即载波传输),调制后的基带信号称为通带信号,其频率比较高。数字信号的载波传输与基带传输的主要区别就是增加了调制与解调的环节,是在复接器后增加了一个调制器,在分接器前增加一个解调器而已。(3)映射信息与表示和承载它的信号之间存在着对应关系,这种关系称为映射,接收端正是根据事先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的映射方式可以有很多种,不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。实际上,数字调制的主要目的在于控制传输效率,不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的,其性能也是由映射方式决定的。一个数字调制过程实际
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