基带频移键控.doc

沈阳理工大学通信系统课程设计报告
基带频移键控
1.课程设计目的
（1）加深对数字带通传输系统基本理论知识的理解。
（2）培养独立开展科研的能力和波形仿真设计的能力。
（3）掌握基带频移键控的特点及其在数字带通传输系统中的应用。
2.课程设计要求
（1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。
（2）仿真波形设计合理、能够正确运行。
3.相关知识
3.1数字带通传输系统
数字带通传输（digital bandpass transmission）是数字信号的传输方式的一种传输方式。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种以数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程称为数字调制（digital modulation）。在接收端通常通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digital demodulation）。通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字基带传输系统。为了与“基带”一词相对应，带通传输也称频带传输，又因为是借助于正弦载波的幅度，频率和相位来传递数字基带信号的，所以带通传输也叫载波传输。
数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：一是利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况处理；另一种是利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，这种方法通常称为监控法，比如对载波的振幅，频率和相位进行键控，便可获得振幅监控（Amplitude Shift Keying，ASK），频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）和相移键控（Phase Shift Keying，PSK）。
在本论文中，主要对频移键控（FSK）方式进行仿真和分析。
3.2二进制基带频移键控系统原理
调制原理：
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化。故其表达式为

其中，
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：

图3.1频移键控典型波形
调制的方法一般有两种，一种叫可以采用模拟调制电路来实现；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或两个载波之一。
在本次课程设计中，2FSK调制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，而“0”用来对应于另一载频的已调波形，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、进行选择通。

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.下面我们将详细的介绍:
相干解调方式：经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示：

非相干解调方式：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。原理图如下：

4.课程设计分析
4.1基带频移键控的调制解调需要的模块

Sine wave模块参数

4.2各模块的参数设置与功能

5.仿真
在MATLAB 7.0软件中进行调制解调仿真。新建model模块，并在Command Window窗口中输入simulink，回车键会出现Simulink Library Browser窗口，所有使用的模块都可以在此窗口中找到。下图为2FSK基带频移键控调制解调仿真模块Model图：

图5.1 2FSK基带频移键控调制解调仿真模块Model图
6.结果分析
从图5.1可知，在这个仿真中，有三个示波器Scope，Scope1和Scope2。下面给出此三个示波器在系统运行时得出的结果并进行理论上的分析：

图6.1 示波器Scope波形
分析：可见在图6.1中，有四个信号的波形，由图5.1可知，由上到下分别为Sine Wave信号（频率为100Hz，幅度为1V），Pulse Generator1信号（频率为100Hz，幅度为1V），Sine Wave1信号（频率为10Hz，幅度为1V）和信号经Switch键控后的信号（2FSK调制后的）波形。

图6.2示波器Scope1波形
分析：可见在图6.1中，有两个个信号的波形，由图5.1可知，由上到下分别为2FSK经过带通滤波器AnalogFilter Design1（带宽从80 rads/sec到120 rads/sec）和带通滤波器AnalogFilter Design2（带宽从30 rads/sec到80 rads/sec）后的结果。

图6.3示波器Scope2波形

分析：可见在图6.1中，有两个个信号的波形，由图5.1可知，上两个波形由上到下分别为经过带通滤波器后的波形与原来的调制信号相乘后经过低通滤波器Analog Filter Design（Passband edge frequency为30 rads/sec）和Analog Filter Design3（Passband edge frequency为30 rads/sec）的波形，第三个波形是经过抽样判决器Relational Operator判决后的解调信号。
7.参考文献
[1]樊昌信、曹丽娜.《通信原理》 国防工业出版社，2009年5月
[2]曹弋.《MATLAB课程及实训》 械工业出版社 2008年5月
[3]樊昌信.《通讯原理教程》 电子工业出版社 2006年5月
[4]刘波、文忠、曾涯 .《MATLAB信号处理》电子工业出版社 2006年7月
[5]孙亮 《MATLAB语言与控制系统方真》 北京工业大学出版社 2006年1月
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