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郑州航空工业管理学院电子信息系统仿真课程设计2009 级 电子信息工程 专业 0913082 班级题 目 2FSK调制解调系统设计与仿真 姓 名 金勇军 学号 091308211 指导教师 王丹 王娜 二一一 年 十二 月 七 日内 容 摘 要本文主要是利用MATLAB7.0来实现2FSK 数字调制解调系统的设计。对数字通信系统主要原理和技术进行研究，理解2FSK系统调制解调的基本过程和相关知识，该设计模块包含信源调制、发送滤波器模块、信道、接受滤波器模块、解调以及信宿，并未各个模块进行相应的参数设置。在此基础上熟悉MATLAB的功能及操作，最后通过观察仿真图形进行波形分析及系统的性能评价。关键词2FSK MATLAB 调制解调 系统性能 一、 MATLAB软件简介MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）之意。除具备桌越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多. 当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类. 开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。二、 理论分析 2FSK信号的产生：2FSK是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为和；和为两个不同的码元的角频率；幅度为A为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK信号的产生方法有两种：模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。键控法，用数字基带信号及其反相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。2FSK的解调方式2FSK 的解调方法有非相干解调和相干解调：这里的抽样判决器与 2ASK 解调时不同 ，只需判断哪一个输入样值大，不专门设置门仿真图：参数设置：系统时钟：No. of Sample: 1001 ;Sample Rate:10000HzNo. of System Loop:1矩形脉冲序列和调制信号波形：绘制 2FSK 信号的功率谱密度图：由图可见 2FSK 功率谱密度的特点如下：1、 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在 500Hz 和 1000Hz 两个载频位置。2、若两个载频之差|f1-f2|fs功率谱密度中的连续谱部分出现双峰，该实验中，fs为 100Hz, |f1-f2|等于500Hz，连续谱为双峰，若两个载频之差|f1-f2|fs，则出现单峰。3、所需传输带宽 BFSK=|f1-f2|+2 fs .输出信号和两种方法解调输出的波形：三、 Matlab实现：生成2FSK的程序如下源程序代码：clear allclose alli=10;%基带信号码元数j=5000;a=round(rand(1,i);%产生随机序列t=linspace(0,5,j);f1=10;%载波1频率f2=5;%载波2频率fm=i/5;%基带信号频率B1=2*f1;%载波1带宽B2=2*f2;%载波2带宽%产生基带信号st1=t;for n=1:10 if a(n)=1; st2(n)=0; else st2(n)=1; end end; figure(1); subplot(411); plot(t,st1); title(基带信号); axis(0,5,-1,2); subplot(412); plot(t,st2); title(基带信号反码); axis(0,5,-1,2); %载波信号 s1=cos(2*pi*f1*t); s2=cos(2*pi*f2*t); subplot(413) plot(s1); title(载波信号1); subplot(414), plot(s2); title(载波信号2); %调制 F1=st1.*s1;%加入载波1 F2=st2.*s2;%加入载波2 figure(2); subplot(311); plot(t,F1); title(s1*st1); subplot(312); plot(t,F2); title(s2*st2); e_fsk=F1+F2; subplot(313); plot(t,e_fsk);title(2FSK信号)Matlab程序运行结果： 2FSK调制解调系统进行设计和仿真：Fc=10; %载频 Fs=40; %系统采样频率 Fd=1; %码速率 N=Fs/Fd; df=10; numSymb=25;%进行仿真的信息代码个数 M=2; %进制数 SNRpBit=60;%信噪比 SNR=SNRpBit/log2(M);%60 seed=12345 54321; numPlot=15; x=randsrc(numSymb,1,0:M-1);%产生25个二进制随机码 figure(1) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx);%显示15个码元，杆图，从x的前十五个随机数中选取 title(二进制随机序列) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %调制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df);%数字带通调制 numModPlot=numPlot*Fs; %15*40 t=0:numModPlot-1./Fs;%数组除法（仿真时间） figure(2) plot(t,y(1:length(t),b-); axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(调制后的信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %在已调信号中加入高斯白噪声 randn(state,seed(2); %生成-2到+2之间的随机数矩阵 y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),measured,dB);%在已调信号中加入高斯白噪声 figure(3) plot(t,y(1:length(t),b-);%画出经过信道的实际信号 axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(加入高斯白噪声后的已调信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude);%相干解调 figure(4) z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye,M,df); title(相干解调后的信号的眼图) %带输出波形的相干M元频移键控解调 figure(5) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z1(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.5); title(相干解调后的信号原序列比较) legend(原输入二进制随机序列,相干解调后的信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %非相干解调 figure(6) z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye/noncoh,M,df); title(非相干解调后的信号的眼图) %带输出波形的非相干M元频移键控解调 figure(7) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z2(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.5); title(非相干解调后的信号) legend(原输入二进制随机序列,非相干解调后的信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude);%误码率统计 errorSym ratioSym=symerr(x,z1); figure(8) simbasebandex(0:1:5); title(相干解调后误码率统计) errorSym ratioSym=symerr(x,z2); figure(9) simbasebandex(0:1:5); title(非相干解调后误码率统计) %滤除高斯白噪声 Delay=3;R=0.5;PropD=0; %滞后3s yf,tf=rcosine(Fd,Fs,fir,R,Delay); %升余弦函数 yo2,to2=rcosflt(y,Fd,Fs,filter,yf); %加入高斯白噪声后的已调信号和经过升余弦滤波器后的已调信号 t=0:numModPlot-1./Fs; figure(10) plot(t,y(1:length(t),r-); hold on; plot(to2,yo2,b-);%滤出带外噪声 hold off; axis(0 30 -1.5 1.5); xlabel(Time); ylabel(Amplitude); legend(加入高斯白噪声后的已调信号,经过升余弦滤波器后的已调信号) title(升余弦滤波前后波形比较) eyediagram(yo2,N);%眼图 title(加入高斯白噪声后的已调信号的眼图)Matlab程序运行结果：略去部分matlab生成的图形文件，重点分析了调制解调系统有关的图像文件，如下5个图：四、 系统性能分析对于数字传输系统而言，最重要的性能指标就是误码率。如上图我们结合通信原理课本上的公式可以看出：相干检测法的误码率为：而非相干包络检波法的误码率为：显然，所以相干解调性能优于非相干解调。进一步验证了对于2FSK调制与解调系统，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率。五、 课程设计总结课程设计是培养我们综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。此次课程设计使我获益匪浅，从选题到定稿，从理论到实践，各方面都提高了许多，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能深刻理解理论知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中我们遇到了很多问题，比如的simulink使用、仿真波形的调理等等，他们考验着我们MATLAB对软件的运用情况以及调制解调理论的掌握情况，并且从中我们发现了很多自身的不足，以及以后改进的方向。参考文献（1） 李晓峰 周亮 周宁 等 通信原理 清华大学出版社 2008年11月第一版（2） MATLAB编程 第4版 Stephen J.Chapman 著（3） 百度文库 2FSK调制与解调系统设计与仿真（4） 刘波、文忠、曾涯 MATLAB信号处理电子工业出版社 2006年7月（5）郑君里 应启衍 杨为理 信号与系统 高等教育出版社指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名： 年 月 日