实验三--基于simulink的2FSK数字调制与解调仿真.doc

河北北方学院信工学院
数据通信原理实验

（2013/2014学年第二学期）

课程名称 ： 数据通信原理
题 目 ：基于Simulink的2FSK数字调制与解调
专业班级 ： 信息工程三班
学生姓名 ： 王璐伟201342250
宋帅楠201342291

指导教师 ： 刘钰
设计周数 ： 1周
设计成绩 ：

2014年11月22日
第1章 实验目的
1、 熟悉2FSK系统的调制、解调原理
2、 进一步熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台
3、 锻炼学生分析问题和解决问题的能力

第2章 设计基础及要求
2.1 数字通信系统数学模型
图2-1 数字通信系统
典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，如图 1-1所示，数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。
2.2 项目目的
基于Simulink的数字通信系统仿真—采用2FSK调制技术
2.2.1技术要求及原始数据
(1)对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制频移键控（2FSK）及解调技术和高斯噪声信道原理等；
(2)建立数字通信系统数学模型；
(3)建立完整的基于2FSK的模拟通信系统仿真模型；
(4)对系统进行仿真、分析。
2.2.2主要任务
(1)建立模拟通信系统数学模型；
(2)利用Simulink的模块建立模拟通信系统的仿真模型；
(3)对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；
(4)将仿真结果与理论结果进行比较、分析。

第3章
3.1 2FSK调制解调基本原理
3.1.1 2FSK调制原理
二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现。两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Continous-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一定连续。图2-2是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图，图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f或f两个载波之一。

图3-1 键控法产生2FSK信号的原理图
3.1.2 2FSK解调原理

图3-2 2FSK相干检测方框图
数字调频信号的解调方法很多，如相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。下面就相干检测法进行介绍。
相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图2-3所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值、进行比较判决，即可还原出基带数字信号。
3.2 2FSK信号的表达式和波形图
在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在f和f两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。二进制移频键控信号的时间波形如图2 -1 所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f，0符号对应于载波频率f，则二进制移频键控信号的时域表达式为
(2-1-1)
(2-1-2)
(2-1-3)

图3-3 二进制频移键控信号的波形
由图2-1可看出b是a的反码，即若a=1，则b=0，若a=0，则b=1；两个相角分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制频移键控信号中 ，均不携带信息，通常令其为零。因此，二进制频移键控信号的时域表达式可简化为
（2-1-4）

第4章Simulink模型建立及仿真
4.1模型建立
2FSK调制与解调及误码分析的总体仿真模型：

图4-1 2FSK调制与解调及误码分析的总体仿真模型
4.2参数设置
4.2.1载波（Sine Wave1）参数设置：

图4-2 载波1参数设置
载波频率：2HZ，幅度为+1
设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为2HZ。
4.2.2载波（Sine Wave2）参数设置：

图4-3 载波2参数设置
载波频率：10HZ，幅度为+1
设置依据：要求两载波相角均为0，幅度相同，所以幅度设为+1，又载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为10HZ。
4.2.3伯努利二进制随机序列产生器（Bernoulli Binary Generator）参数设置：

图4-4 伯努利二进制随机序列产生器参数设置
伯努利二进制随机数产生器：幅度为1,周期为1s,占0比为1/2。
4.2.4选通开关（Switch）参数设置:

图4-5 选通开关参数设置
设置依据：当大于0.5时，载波1导通；当小于0.5时，载波2导通。
4.2.5带通滤波器（上）参数设置：

图4-6带通滤波器参数设置
带通滤波器参数：带通范围为1～5HZ
设置依据：载波频率为2HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为1～5HZ。
4.2.6带通滤波器（下）参数设置：

图4-7 带通滤波器参数设置
带通滤波器参数：带通范围为9～13HZ
设置依据：载波频率为10HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为9～13HZ。
4.2.7低通滤波器（Digital Filter Design1）参数设置:

图4-8 低通滤波器参数设置
低通滤波器参数：截止频率为2HZ
4.2.8低通滤波器（Digital Filter Design2）参数设置：

图4-9 低通滤波器参数设置
低通滤波器参数：截止频率为10HZ
4.2.9取样判决器（relay）参数设置：

图4-10取样判决器参数设置
设置依据：当大于0.5时输出1，当小于0.5时输出0，能达到在0变1不变的取样规则下正确解码的目的。
4.2.10 Zero-Order Hold参数设置：

图4-11 Zero-Order Hold参数设置
抽样时间：1s
设置依据：经查阅资料可知，其抽样时间应与伯努利二进制随机序列产生器的抽样时间一致，故设为1s。
4.3仿真波形
4.3.1调制波形

图4-12 调制波形
图中第一个图为随机产生的二进制序列的波形，第二个图为频率为f1的载波波形，第三图为频率为f2的载波波形，最后一个图为调制后的2FSK信号。
4.3.2 解调波形

图4-13 解调波形
图中第一个图为收到的2FSK波形，第二个图为高斯噪声的波形，第三个图为加入高斯噪声后的的波形，最后一个图为解调后的二进制序列。
4.3.3频谱图

图4-14 频谱图
4.3.4加入高斯噪声后的误码率

图4-15 误码率

第5章 项目总结及分析
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个的课程设计对我们的作用是非常大的。