2FSK数字频率调制解调仿真通信原理课程设计

XXXXXXXXXXXX

通信原理课程设计

题目２FSK数字频率调制解调计算机仿真

院（系）电子工程与电气自动化学院

专业电子信息工程

学生姓名XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

学号XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

指导教师XXXXXX 职称讲师

论文字数

摘要

本文主要利用Systemview来实现2FSK数字调制系统解调器的设计。该设计模块包含信源调制、发送滤波器模块、信道、接收滤波器模块、解调以及信宿，并对各个模块进行相应的参数设置。在此基础上熟悉Systemview的功能及操作，最后通过观察仿真波形进行波形分析及系统的性能评价。

2FSK信号的产生方法主要有两种：一种是模拟调频法，另一种是键控法，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制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Ts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定连续。本实验采用的是模拟调频法产生2FSK信号。2FSK信号的接受也分相干和非相干接受两种，非相干接收方法不止一种，他们都不利用信号的相位信息。故本设计采用相干解调法。

关键词：2FSK Systemview 调制解调误码率

Computer simulation of 2FSK modulation and demodulation

Abstract

The design of this paper use Systemview to achieve 2FSK demodulator for digital

modulation system. This design module comprises a source modulation, transmitting filter module, channel, receiver filter module, demodulation and the sink, and each module is set corresponding parameters. Familiar with the function and operation of Systemview on this basis, the performance evaluation of waveform analysis and system finally by observing the simulation waveform.

There are two main methods of generating 2FSK signal: one is analog FM method, another is the key control method, namely through the switch circuit for gating on two different frequency in binary baseband control rectangle pulse sequence, making it during each symbol of the Ts output F1 or F2 two a carrier of. Differences in the two methods of generating 2FSK signal: phase 2FSK signal generated by the frequency modulation method in between adjacent symbol is the continuous change, the 2FSK signal keying is caused by electronic switch formed between two separate frequency source, therefore, between adjacent symbol phase is not necessarily continuous. In this experiment, using the 2FSK signal generation analog FM method. Received 2FSK signals are coherent and noncoherent reception two, noncoherent reception methods more than one, they are not using the phase information of the signals. This design use coherent demodulation method.

引言：

随着电子计算机的普及，数据通信技术正在迅速发展。数字频率调制是数据通信中常见的一种调制方式。频移键控（FSK）方法简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，并且主要适用于用于低、中速数据传输。

由于FSK调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。

目录

一、设计目的 (5)

二、设计要求 (5)

三、通信系统的设计论证 (5)

四、仿真思路 (6)

五、仿真方案 (8)

六、仿真结果 (10)

七、仿真总结 (15)

八、参考文献 (16)

一、设计目的

1. 熟练地掌握MATLAB 在数字通信工程方面的应用。

2. 了解信号处理系统的设计方法和步骤。

3. 理解2FSK 调制解调的具体实现方法，加深对理论的理解，并 实现2FSK 的调制解调，画出各个阶段的波形。

4. 学习信号调制与解调的相关知识。

5. 通过编程、调试掌握MATLAB 软件的一些应用，掌握2FSK 调制 解调的方法，激发学习和研究的兴趣；

二、设计要求

1. 信源: PN 为随机信号；

2. 调制：采用二进制频移键控（2FSK ）对数字基带信号进行调制， 使用监控法产生2FSK 信号；

3. 信道：属于加性高斯信道；

4. 解调：采用相干解调；

5. 性能分析：仿真出数字传输系统的性能指标（系统的误码）， 并得出眼图。

三、通信系统的设计论证

频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK 中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK 中，载波随机到信号在f1和f2两个频率点之间变化。其表达式可表示为：

{

)cos()cos(212)(n n t A t A FSK t e ?ωθω++=

2FSK 信号时域表达式可以表示成：

)

cos()]([)cos(])([)(2_

12n s n

n n n

s n FSK t nT t g a t nT t g a t s ?ωθω+-++-=∑∑

由上式，可以讲2FSK 信号看作两个不同载频的ASK 信号的叠加。可以表示成如下波形：

四、仿真思路

1. 2FSK 数字系统调制原理

2FSK 调制就是使用两个不同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”用来对应载频f2的已调波形。

1

1

1

1

t

ak s 1(t)

cos (w1t+θn ) s 2(t)

s 1(t) co s(w1t+θn )cos (w2t+φn)

s 2(t) cos (w2t+φn)

2FSK 信号

t

t

t

t

t

t

2. 2FSK数字系统解调原理

2FSK解调方式有相干解调方式和非相干解调方式两种，我们采用的是相干解调方式，下面详细介绍：

已调信号由f1和f2调制而成，先用两个频率分别为f1、f2的带通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，在分别经过低通滤波器，给定定时脉冲进行抽样判决。原理图如下：

五、仿真方案

1. 调制原理图

2.解调原理图

用同频同相得本地高频型号进行解调得到同步信号，在用低通滤波器滤除高频载波，通过反向器并通过加法器相加后，得到原始基带型号，通过抽样，保持，判决，得到准确的原始信号。

3. 2FSK调制解调模型

模块参数设置

Token0 基带信号—PN（频率为10HZ，电平2level，偏移=0）Token1半波整流器，门限电压=-1V

Token2半波整流器，门限电压=-1V

Token3 反相器

Token4 乘法器

Token5 乘法器

Token6 载波正弦波发生器（频率1=200HZ）

Token7 载波正弦波发生器（频率2=400HZ）

Token8 加法器

Token9 观察窗

Token10 观察窗

Token11 观察窗

Token12 观察窗

Token13 观察窗

Token14 观察窗

Token15载波正弦波发生器（频率1=200HZ）

Token16载波正弦波发生器（频率2=400HZ）

Token17乘法器

Token18乘法器

Token19 模拟低通滤波器（截止频率1=200HZ）

Token20模拟低通滤波器（截止频率1=200HZ）

Token21加法器

Token22反相器

Token23 观察窗

Token24 观察窗

Token25 观察窗

Token27 观察窗

Token28抽样器（抽样频率=1000HZ）

Token29 保持器

Token30 判决器（a>b True Output=1v False=-1v）Token31 观察窗

Token32 比较电平发生器（电平=0V 频率=0HZ）Token33 观察窗

Token34 观察窗

运行时间设置

运行时间=2s 采样频率=1000HZ

运行系统，利用观察窗观察各波形形状

六、仿真结果

原波形（sink9）

频率f1（sink13）

频率f2（sink14）

半波整流后加到高频载波上的波形（sink11）

半波整流后加到高频载波上的波形（sink10）

2FSK调制波形（sink12）

解调后波形（sink23）

经过抽样判决后的最终波形（sink31）

最终输出的眼图

功率谱

改变参数

Token6载波正弦波发生器（频率f1=40HZ）Token7 载波正弦波发生器（频率f2=80HZ）Token15 载波正弦波发生器（频率f1=40HZ）Token16 载波正弦波发生器（频率f2=80HZ）得到各频谱图为

输出功率谱

MATLAB实现误码率

Eb_No_dB=[0:0.5:15];%Eb/No in dB

Eb_No=10.^(Eb_No_dB/10);

Pe=0.5*erfc(sqrt(Eb_No*0.5));

semilogy(Eb_No_dB,Pe);

axis([0,15,1e-9,1])

xlabel('Eb/No in dB')

ylabel('bit error probability')

title('2FSK theoretic bit probability curve')

七、仿真总结

由各图可以反映出仿真结果基本符合理论结果，完成了信号的调制和解调，在解调后的波形上由些时延忽然抖动，是由电路时延引起的。基本完成了实验目的和预期要求。在实验过程中发现使用System View能够方便、快捷地实现各种通信系统的仿真设计实验，并在根据各模块的对话窗口按照设计需要设置合理参数，完成实验目的。

这次课程设计是对平时所学知识的小小总结与整合，从开始的课题选择，确定为2FSK的调制解调后，开始设计实验电路，调制电路以及解调电路，刚开始准备用MATLAB完成实验的，后来发现PN伪码产生找不到方法实现，后来发现Systemview中sources里有PN sequence可以理想的生成所需伪码，伪码问题就解决了，Systemview之前没有接触过，所以查阅了几本关于Systemview仿真设计的书籍，观看教学视频，对Systemview的使用才有了初步认识，在进行2FSK 调制时，由于运行设置时间的问题，导致采样点数出现问题，调制波形一直没有出来，后来去网上查阅资料，才知道运行时间影响采样点数，将时间改成2S后，就出现了理想的调制波形，进行解调部分时，遇到的最大问题就是低通滤波器的设置，由于Systemview中都是英文，意思是在不知道，先是去网上查找Systemview中低通滤波器的参数设置，可是发现网上对Systemview方面的内容解答的很少，这个问题纠结了两天也没个结果，并把其中涉及的不懂的意思进行翻译，记下来，后来在网上又不断的查找，查书，将截止频率设定为200HZ，发现解调出来的波形与原波形吻合。惊喜的得到实验结果。

八、参考文献

1. 《通信原理》第6版，樊昌信、曹丽娜编著，国防工业出版社出版，2011.8

2. 《通信原理及System view仿真测试》，尹立强、张海燕主编，西安电子科技大学出版社出版，2012.6

3. 《现代通信系统实验系统的计算机仿真》，陈萍等主编，国防工业出版社出版，2003.4