FSK調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)論文

1、本科學(xué)生學(xué)年論文論文題目：基于MATLAB的FSK調(diào)制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)學(xué) 院：電子工程學(xué)院年 級(jí)：2011級(jí)專(zhuān) 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓 名：李亞冬學(xué) 號(hào)：20112540指導(dǎo)教師：王曉飛 2014年 06月 24日摘要 本課程設(shè)計(jì)利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FSK的調(diào)制解調(diào)，并繪制出解調(diào)前后的時(shí)域和頻域波形及疊加噪聲時(shí)解調(diào)前后的時(shí)頻波形，并觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以加深對(duì)FSK信號(hào)解調(diào)原理的理解。對(duì)信號(hào)疊加噪聲，并進(jìn)行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號(hào)的時(shí)頻波形，改變?cè)肼暪β蔬M(jìn)行解調(diào)，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該解調(diào)過(guò)程的正確性及信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。完成整個(gè)FSK的調(diào)制解調(diào)基帶仿真過(guò)

2、程。關(guān)鍵詞Matlab；環(huán)境；調(diào)制；仿真；分析IAbstract The curriculum design using MATLAB integrated environment M documents, write a program to realize the modulation and demodulation of FSK, and draw the time-frequency waveform demodulation and the waveform of time domain and frequency domain and superimposed noise aro

3、und the demodulation, demodulation spectrum were observed before and after any changes to deepen understanding of the principles of FSK signal demodulation. Noise to signal superposition, and demodulation, draw the time-frequency signal demodulation, change the noise power is demodulated, to analyze

4、 the impact of the correctness and the channel of the demodulation process on transmission signal according to the operation results and waveforms. Modulation and demodulation of baseband simulation process to complete the entire FSK.Key wordsMatlab; environment;Modulation; The simulation;analysis;I

5、II基于MATLAB的FSK調(diào)制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)目錄摘要IAbstractII前言1第一章 緒論11.1 課題研究背景方法及目的21.2 課程設(shè)計(jì)要求41.3 課程設(shè)計(jì)步驟41.4 MATLAB概述4第二章 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真92.1 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真過(guò)程與結(jié)果9 2.2FSK在MATLAB環(huán)境下的分析13結(jié)論17參考文獻(xiàn)18附錄一19附錄二.21致謝24前言    MATLAB是由MATH WORKS公司于1984年推出的一種面向科學(xué)與工程的計(jì)算軟件，通過(guò)MATLAB和相關(guān)工具箱，工程師、科研人員、數(shù)學(xué)家和教育工作者可以在統(tǒng)一

6、的平臺(tái)下完成相應(yīng)的科學(xué)計(jì)算工作。 MATLAB 本身包含了 600 余個(gè)用于數(shù)學(xué)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和工程處理的函數(shù)，這樣，就可以迅速完成科學(xué)計(jì)算任務(wù)而不必進(jìn)行額外的開(kāi)發(fā)。業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的工具箱算法極大的擴(kuò)展了 MATLAB 的應(yīng)用領(lǐng)域，所以MATLAB自推出以來(lái)就受到廣泛的關(guān)注。 第一章 緒論 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,通信對(duì)我們來(lái)說(shuō)越來(lái)越顯的重要.對(duì)于通信技術(shù)來(lái)講,通信的質(zhì)量也就顯的非常的關(guān)鍵.通信的根本任務(wù)是如何保證遠(yuǎn)距離傳輸信息的正確性，在這方面數(shù)字通信系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢(shì)。這主要是因?yàn)閿?shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號(hào)，由于信號(hào)是離散的，被噪聲干擾后的信號(hào)

7、只要沒(méi)有超過(guò)門(mén)限，接收端就能夠完全正確地判斷出傳輸?shù)男畔?；而?duì)于模擬傳輸系統(tǒng)，只要有稍微的干擾都會(huì)使傳輸?shù)男畔a(chǎn)生錯(cuò)誤。也正是由于這樣的原因，數(shù)字通信系統(tǒng)才能在各方面逐漸代替模擬通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代通信的最基本方式。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，使通信不失真和不受干擾,往往給測(cè)量信號(hào)賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功能。調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)（稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)）去控制另一作為載體的信號(hào)（稱(chēng)為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。再將測(cè)量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。為了更好地利用通信信道的帶寬并使信號(hào)能夠傳送更大的距離, 在數(shù)字

8、載波通信中,我們采用了三種解調(diào)方式: 幅移鍵控（ASK）頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制稱(chēng)為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制, 二進(jìn)制調(diào)制又分為二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）和差分二進(jìn)制相移鍵控（2DPSK）等多種基本的類(lèi)型。其中頻移鍵控（FSK）是信息傳輸中使用的較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。本課題主要是數(shù)字頻率調(diào)制又稱(chēng)頻移鍵控（FSK）。同時(shí)利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)FSK系統(tǒng)的仿真和分析，從而通過(guò)運(yùn)用模擬的視覺(jué)化的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)達(dá)到解調(diào)調(diào)

9、制的目的。1.1 課題研究背景方法及目的（1） 研究背景 隨著通信系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加，傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來(lái)越受到重視。傳統(tǒng)的通信仿真技術(shù)主要分為手工分析與電路試驗(yàn)兩種，可以得到與真實(shí)環(huán)境十分接近的結(jié)果，但耗時(shí)長(zhǎng)，方法比較繁雜，而通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)是介于上述兩種方法的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，它可以讓用戶(hù)在很短的時(shí)間內(nèi)建立整個(gè)通信系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行模擬仿真。早期，多采用計(jì)算機(jī)高級(jí)程序語(yǔ)言（FORTRAN、PASCAL、C等）進(jìn)行仿真，用這些高級(jí)程序語(yǔ)言編寫(xiě)系統(tǒng)仿真程序嗎，雖然比上述兩種方法更加便捷但在程序編寫(xiě)中仍需話費(fèi)大量時(shí)間精力考慮時(shí)

10、間段發(fā)生、處理以及結(jié)果的可視化等因素。即使是一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，程序都十分冗長(zhǎng)，難于調(diào)試。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用，使得數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越重要?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中，由于數(shù)字信號(hào)較模擬信號(hào)的抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)噪聲傳輸質(zhì)量好；保密性高；便于與計(jì)算機(jī)連接；通信設(shè)備便于集成化、小型化、智能化；便于差錯(cuò)控制等優(yōu)勢(shì)。信號(hào)往往采用數(shù)字進(jìn)行傳輸。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合在信道（一般為帶通信道）上傳輸?shù)念l帶上。 FSK技術(shù)以其抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、 頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星通信

11、系統(tǒng)、寬帶接入、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng)中。（2） 研究方法 隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用，數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越重要。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) ，該系統(tǒng)對(duì)系帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合在信道（一般為帶通信道）上傳輸?shù)念l帶上。數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制一樣都是正弦波調(diào)制，即被調(diào)制信號(hào)都為高頻正弦波。數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱(chēng)為鍵控信號(hào)，數(shù)字調(diào)制過(guò)程中處理的是數(shù)字信號(hào)，而載波有振幅、頻率和相位3個(gè)變量，且二進(jìn)制的信號(hào)只有高低電平兩個(gè)邏輯量即1和0，所以調(diào)制的過(guò)程可用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的幅、頻率及相位進(jìn)行 調(diào)制，最基

12、本的方法有三種振幅調(diào)制（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）?；谛盘?hào)的系統(tǒng)仿真，是通信電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)和科研經(jīng)常使用的一種方法。（3）研究目的1、 加深理解FSK系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)原理；2、 通過(guò)MATLAB仿真深入學(xué)習(xí)FSK系統(tǒng)及其性能；3、 熟悉和掌握MATLAB軟件的使用方法和在通信領(lǐng)域的應(yīng)用；通過(guò)這次課題設(shè)計(jì)，自己能夠?qū)崒?zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 1.2 課題設(shè)計(jì)要求1、 熟悉MATLAB的使用方法，掌握FSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)用M文件編程實(shí)現(xiàn)FSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。2、 演示FSK調(diào)制解調(diào)的過(guò)程，并畫(huà)出誤碼率隨信噪比的變化曲線。3、 在老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完

13、成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，并按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文，文中能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.3 課題設(shè)計(jì)步驟 本課題設(shè)計(jì)步驟如下：1、 隨機(jī)產(chǎn)生原始數(shù)字信號(hào)序列并對(duì)其進(jìn)行FSK調(diào)制；2、 對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào) ，并繪制出解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)序列；3、 分析解調(diào)結(jié)果，對(duì)照不同參數(shù)設(shè)置下的解調(diào)效果；4、 分析噪聲對(duì)誤碼率的影響。1.4 MATLAB概述 一、MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB軟件是由美國(guó)MATH WREKS公司于年推出的一種面向科學(xué)與工程的計(jì)算軟件，用于概念設(shè)計(jì)、算法開(kāi)發(fā)、建模仿真、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB和simulink兩大部分。

14、 MATLAB內(nèi)核及輔助工具箱，兩者的調(diào)用構(gòu)成了MATLAB的強(qiáng)大功能。通過(guò)MATLAB的相關(guān)工具箱，工程師、科研人員、數(shù)學(xué)家和教育工作者可以在統(tǒng)一的平臺(tái)下完成相應(yīng)的科學(xué)計(jì)算工作。MATLAB是矩陣型實(shí)驗(yàn)室（MatrixLabrory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB語(yǔ)言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)的高級(jí)語(yǔ)言。其主要特點(diǎn)是：

15、（） 具有豐富的數(shù)學(xué)功能 包括矩陣各種運(yùn)算。如”正交變換、三角分解、特征值、常見(jiàn)的特殊矩陣等。包括各種特殊函數(shù)。如：貝塞爾函數(shù)、勒讓德函數(shù)、伽瑪函數(shù)、貝塔函數(shù)、橢圓函數(shù)等。包括各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。如：數(shù)值微分、數(shù)值積分、插值、求極值、方程求根、FFT、常微分方程的數(shù)值解等。（） 具有良好的圖視系統(tǒng) 可方便的畫(huà)出二維和三維圖形。高級(jí)圖形處理。如：色彩控制、句柄圖形、動(dòng)畫(huà)等。圖形用戶(hù)界面GUI制作工具，可以制作用戶(hù)菜單和控件。使用者可以根據(jù)自己的需求編寫(xiě)出滿意的圖形界面。（） 可以直接處理聲音和圖形文件 聲音文件。如：WAV文件 圖形文件。如：bmp、gif、pcx、tif、jpeg等文件。（） 具

16、有若干功能強(qiáng)大的應(yīng)用工具箱 如：SIMULINK、COMM、DSP、SIGNAL等種工具箱。（） 使用方便，具有良好的擴(kuò)張功能 使用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)的程序可以直接運(yùn)行，無(wú)需編譯?？梢詫文件轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立于平臺(tái)的可執(zhí)行文件。MATLAB的應(yīng)用接口程序API是MATLAB提供的十分重要的組件，由一系列接口指令組成。用戶(hù)就可在FORTRAN或中，把MATLAB當(dāng)做計(jì)算引擎使用。（） 具有很好的幫助功能 提供十分詳細(xì)的幫助文件（PDF、HTML、demo文件）。 提供查詢(xún)指令：help指令，lookfor關(guān)鍵詞。MATLAB6.x的集成環(huán)境，在windows桌面，雙擊MATLAB圖標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入M

17、ATLAB的工作環(huán)境。MATLAB6.x的集成環(huán)境有桌面平臺(tái)及組件組成。它包括個(gè)組成部分：指令窗口、歷史指令窗口、工作臺(tái)以及工具箱窗口、當(dāng)前工作目錄窗口、工作空間窗口、矩陣編輯器、程序編輯器和瀏覽器。 MATLAB幫助系統(tǒng)，MATLAB為用戶(hù)提供了三種幫助功能：一利用幫助菜單獲取幫助信息。單擊MATLAB工作窗口的菜單欄Help菜單項(xiàng)，彈出幫助菜單項(xiàng)。選擇Help Window選項(xiàng)，可以打開(kāi)MATLAB的主題窗口。選擇Help Desk選項(xiàng)，可以打開(kāi)MATLAB幫助工作臺(tái)。二通過(guò)指令窗口獲取幫助信息，用戶(hù)可以在指令窗口直接鍵入幫助指令來(lái)獲得幫助。三使用演示功能。MATLAB帶有生動(dòng)直觀的演示程

18、序，可以幫助用戶(hù)形象直觀的學(xué)習(xí)和理解MATLAB的使用方法和強(qiáng)大的功能。啟動(dòng)演示程序有下面幾種方法：（一）在工作臺(tái)和工具箱窗口中，列出了MATLAB和已經(jīng)安裝的各種工具箱。單機(jī)欲學(xué)習(xí)的工具箱前面的“+”號(hào)，在打開(kāi)的功能選項(xiàng)中，雙擊Demos，即可打開(kāi)演示程序。（二）選擇Help菜單Demos選項(xiàng)，可以打開(kāi)MATLAB的演示窗口。（三）在指令窗口中鍵入指令demo，同樣可以打開(kāi)MATLAB演示窗口。 下表是近年來(lái)MATLAB的版本更新簡(jiǎn)況：日期版本平臺(tái)系列的重要工具包軟件1987年MATLAB3.0版DOScontrol，signal，Identflcaton1991年3.5DOS圖形編程、仿真

19、軟件simulib（simulink的前身）1993年3.5kWindows3.01993.14.0Windows3xMatlabwnhslmullnk，control，NeuralNetwork，optlmlzatlon，RobustControl，state-space Identlflcaon，Systemldentlf，panalysandsynthesls1993.114.1SYMBOLIC，Math符號(hào)計(jì)算工具包1994.54.2DSP blockset1994.11Notebokforword“活”筆記本工具包，red-time workshop1995.54.2cWindows

20、3.xFlxe-PolntBl優(yōu)kset1996.4MATLAB complier Math library1997年夏MATLAB5.0、simulink2.0（MATLAB公司預(yù)計(jì)）在繼承MATLAB4.2C和simulink1.3c。版本功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)真正32-bit運(yùn)作。數(shù)值計(jì)算更快，圖形表現(xiàn)更有效、編程更簡(jiǎn)捷只管、用戶(hù)界面更友善表一二、基于MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)方法MATLAB通信工具箱是一套用于在通信領(lǐng)域進(jìn)行理論研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、分析設(shè)計(jì)和仿真的專(zhuān)業(yè)化工具軟件包。MATLAB通信工具箱由兩大部分組成：通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫(kù)和SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫(kù)。運(yùn)行MATLAB通信工具箱

21、需要有MATLAB信號(hào)處理工具箱支持。MATLAB通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫(kù)由七十多個(gè)函數(shù)組成，每個(gè)函數(shù)有多種選擇參數(shù)、函數(shù)功能覆蓋了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的各個(gè)方面。這些函數(shù)包括：信號(hào)源產(chǎn)生函數(shù)、信源編碼解碼函數(shù)、糾錯(cuò)控制編碼解碼函數(shù)、調(diào)制解調(diào)函數(shù)、濾波器函數(shù)、傳輸信道模型函數(shù)（基帶和通帶）、TDMA、FDMA、CDMA函數(shù)、同步函數(shù)、工具函數(shù)等。以糾錯(cuò)控制編碼函數(shù)為例：函數(shù)庫(kù)提供了線性分組碼、漢明碼、循環(huán)碼、BCH碼、里德一索洛蒙碼（REED_SOLOMON）、卷積碼等六種糾錯(cuò)控制碼，每種編碼又有編碼、矢量輸入輸出、序列輸入輸出等四種形式的函數(shù)表達(dá)。在SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫(kù)中，整個(gè)通信系統(tǒng)的流程

22、圖被概括為：信號(hào)的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)。多址接入方式、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。每個(gè)框圖都由一個(gè)子仿真模型庫(kù)構(gòu)成，在通信系統(tǒng)中，一般情況下，傳輸和接受所采用的技術(shù)室相互對(duì)應(yīng)的，因此，可以將發(fā)射與接收部分中各個(gè)子仿真模型庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的歸類(lèi)。發(fā)射部分的信源編碼和接受部分的信源編碼所對(duì)應(yīng)的子仿真模型庫(kù)歸類(lèi)后共有種信源編解碼仿真模型。另外，為能進(jìn)行通信的全系統(tǒng)仿真，SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫(kù)提供了通帶和基帶兩種類(lèi)別的信道模型，其中通帶信道有種模型，基帶信道有種模型。第二章 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真 2.1 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真過(guò)程與結(jié)果仿真是采用的MATLAB軟

23、件，其在電腦運(yùn)行環(huán)境如圖所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在窗口點(diǎn)擊MATLAB快捷方式，使其運(yùn)行，將FSK調(diào)制與解調(diào)的程序輸入框中，點(diǎn)擊回車(chē)即可運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果后面進(jìn)行分析圖3-1 在MATLAB環(huán)境下調(diào)制與解調(diào)的程序如：附件 程序的運(yùn)行過(guò)程是：首先產(chǎn)生25個(gè)隨機(jī)序列碼（如圖3-2所示注：此序列為隨機(jī)序列，每一次運(yùn)行程序所產(chǎn)生的序列都不同），然后通過(guò)調(diào)用函數(shù)對(duì)該序列進(jìn)行調(diào)制（如圖3-3所示）。在調(diào)制信號(hào)中加入高斯白噪聲（如圖3-4所示）。再通過(guò)調(diào)用函數(shù)讓函數(shù)通過(guò)相干解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)信號(hào)（如圖3-5所示）。再通過(guò)調(diào)用函數(shù)讓調(diào)制信號(hào)圖3-2 圖3-3 圖3-4 圖3-5 通過(guò)非相干解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)信號(hào)（

24、如圖3-6所示）。圖3-7是相干解調(diào)后的誤碼率統(tǒng)計(jì)，圖3-8是非相干解調(diào)的誤碼率統(tǒng)計(jì)。 圖3-6 圖3-7圖3-8 （注釋?zhuān)簣D3-7，圖3-8中右上角的意思為，TheoreticalSER理論軟件錯(cuò)誤率；TheoreticalBER理論二進(jìn)制誤碼率；SimulatedSER模擬軟件錯(cuò)誤率；SimulatedBER模擬二進(jìn)制誤碼率。）2.2 FSK在MATLAB環(huán)境下的分析一、FSK在MATLAB環(huán)境下試驗(yàn)的優(yōu)劣優(yōu)點(diǎn)：(1)調(diào)制信號(hào)和載頻都具有隨機(jī)性，而且具有在課堂演示的功能。(2)實(shí)驗(yàn)程序已經(jīng)編好，不易發(fā)生故障，何時(shí)都可進(jìn)行。(3)進(jìn)行了相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式的比較 (4)解調(diào)后對(duì)相干解

25、調(diào)和非相干解調(diào)的誤碼率統(tǒng)計(jì)缺點(diǎn)：(1)不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作調(diào)試出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (2)前期編程和數(shù)學(xué)建模工作也比較復(fù)雜。二、FSK解調(diào)實(shí)現(xiàn)FSK的解調(diào)方法很多，可以用傳統(tǒng)的包絡(luò)檢波、相干解調(diào)，還有好多其他解調(diào)方法，諸如鑒頻法、差分檢測(cè)法、過(guò)零檢測(cè)法等。此次仿真采用相干解調(diào)，同步檢測(cè)法進(jìn)行解調(diào)，其原理流程見(jiàn)圖（2-2）。將已調(diào)信號(hào)分別經(jīng)過(guò)頻率f1和頻率f2的相干波解調(diào)，則信號(hào)中低頻的部分（“1”調(diào)制后的波形）和高頻部分（“0”調(diào)制后的波形）會(huì)因想干頻率的不同而被搬移到原來(lái)頻率或其他頻段，只有相干頻率與載波頻率相同，解調(diào)時(shí)信號(hào)在頻域中才會(huì)搬移回原點(diǎn)，經(jīng)低通濾波后仍然有信號(hào)波形在；而與它載波頻率不同的相干波

26、解調(diào)的那一半能量則會(huì)在低通濾波后被濾掉。因此前者絕對(duì)值的值應(yīng)該大于后者，也正是根據(jù)這個(gè)原理來(lái)進(jìn)行碼元的判定的。在MATLAB中可以通過(guò)以下語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)： ave1=sum(abs(efsk11)/length(num);%分支1抽樣值的絕對(duì)值的平均值。 ave2=sum(abs(efsk22)/length(num);%分支2的抽樣值的平均值。 if ave1>ave2 final(i)=1;%信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)行比較。分支1大于分支2為1.反之為0 else final(i)=0; end而濾波器在MATLAB中我們用filtfilt命令實(shí)現(xiàn)，對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波后的碼元波形見(jiàn)圖（3-9）。

27、 解調(diào)后低通濾波后的信號(hào)src（1）解調(diào)后低通濾波后的信號(hào)src（2）圖3-9已調(diào)信號(hào)經(jīng)低通濾波后時(shí)域圖最后，經(jīng)過(guò)抽樣判決，可以得到解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)序列，其波形見(jiàn)圖（）。圖3-10原始信號(hào)與解調(diào)信號(hào)對(duì)比圖注：這里，我們用代碼src=rand（1,n）<=p；產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字信號(hào)存于矩陣scr，并用語(yǔ)句src1=src； src2=ones（1，n）-src；得到相當(dāng)于式（2-5）、式（2-6）中與的src1與src2.并用stairs命令畫(huà)出了原始信號(hào)的波形圖src1與src2.見(jiàn)圖3-9,3-10通過(guò)對(duì)比我們可以看出解調(diào)后的碼元和原始碼元一只，說(shuō)明仿真過(guò)程是正確的。三、FSK信噪比對(duì)誤碼率

28、的影響分析由理論分析值我們知道FSK調(diào)制想干解調(diào)的誤碼率為P= （3-7） 我們?cè)诟郊?的MATLAB程序中對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，具體方法是產(chǎn)生足夠的碼元，加入高斯白噪聲后，調(diào)制解調(diào)，然后統(tǒng)計(jì)誤碼率，并用循環(huán)求得不同信噪比下的統(tǒng)計(jì)誤碼率值，并畫(huà)圖與理論值進(jìn)行了比較。其結(jié)果見(jiàn)圖（3-4）。注：由于程序?qū)崿F(xiàn)的需要，我們?cè)谇笳`碼率的運(yùn)算時(shí)，對(duì)五誤碼的統(tǒng)計(jì)采用了與同步解調(diào)判決等價(jià)的另一種方法。詳見(jiàn)附件.結(jié)論 本篇論文是關(guān)于通信原理當(dāng)中FSK的硬件實(shí)驗(yàn)與軟件模擬仿真實(shí)驗(yàn)的對(duì)比。首先則是對(duì)FSK的調(diào)制與解調(diào)理論知識(shí)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，然后則是對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了理論上的研究，比如硬件實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)箱原理、示波器正確使

29、用方法和matlab的安裝方法、基本編程方法。通過(guò)對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使自己具有該方面的技能，然后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)主要是使用實(shí)驗(yàn)箱和示波器完成對(duì)每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量，然后由該點(diǎn)的理論波形進(jìn)行比較，比較的方法是首先判斷所測(cè)波形是否正確，若不正確找出錯(cuò)誤之處，若正確則分析實(shí)測(cè)波形與理論波形不是完全相同的原因。軟件模擬仿真實(shí)驗(yàn)則是先將實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌凑崭髯圆煌哪康姆殖蓭仔K，通過(guò)編程和在matlab環(huán)境中調(diào)試將其逐一實(shí)現(xiàn)，最終使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡玫酵瓿?。最后則是根據(jù)自己在做硬件實(shí)驗(yàn)和軟件模擬仿真實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)、各自的特點(diǎn)，分析出它們的各自的長(zhǎng)處，找出其在教學(xué)中的適用范圍具體范圍簡(jiǎn)言之,則是軟件模擬仿真實(shí)驗(yàn)用于課堂

30、教學(xué)，硬件實(shí)驗(yàn)用于課后加強(qiáng)鞏固知識(shí)訓(xùn)練，以促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng), 使我校的教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平得到有效提高。  參考文獻(xiàn)1著者：樊昌信書(shū)名：通信原理出版地：北京市海淀區(qū)紫竹院南路23號(hào) 出版社：國(guó)防工業(yè)出版社，出版年：2001年5月，起止頁(yè)碼：133-137頁(yè)  2著者:劉美玲篇名：FSK調(diào)制與解調(diào)J刊名：通信原理實(shí)驗(yàn)講義出版年份2008-3-1 卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼9-11頁(yè). 3著者：張森 張正亮?xí)簃atlab仿真技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例教程 出版地：北京市百萬(wàn)莊大街22號(hào) 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社，出版年

31、：2004年1月，起止頁(yè)碼：164-185頁(yè)  4著者：William H.Trangter  K.Sam Shanmugan Theodre S.Rappaport Kurt L.Kosbar書(shū)名：通行系統(tǒng)仿真原理與無(wú)線應(yīng)用 出版地：北京市百萬(wàn)莊大街22號(hào) 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社，出版年：2005年6月，起止頁(yè)碼：1-16頁(yè)17附錄一title('調(diào)制后的信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amplitude'

32、;); %在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲r(shí)andn('state',seed(2);y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),'measured','dB');%在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲figure(3)plot(t,y(1:length(t),'b-'); %畫(huà)出經(jīng)過(guò)信道的實(shí)際信號(hào)axis(min(t)max(t)-1.5 1.5);title('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)')xlabela('Time');ylabel('Amplitude');

33、 %相干解調(diào)figure(4)z1=ddemod(y,Fc,Fd,'fsk/eye',M,df);title('相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖') %帶輸出波形的相干M元頻移鍵控解調(diào)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('原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列'，'相干解調(diào)后的信號(hào)')xlable('

34、;Time');ylable('Amplitude'); %非相干解調(diào)figure6z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye/noncoh',M,df);title('非相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖') %帶輸出波形的非相干M元頻移鍵控調(diào)制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(

35、'非相干解調(diào)后的信號(hào)')lengend('原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列'，'非相干解調(diào)后的信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amlitude'); %誤碼率統(tǒng)計(jì)errorSym ratioSym=symerr(x,z1);figure(8)simbasebandex(0:1:5);title('相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)') %濾高斯白噪聲Delay=3;r=0.5;PropD=0; %滯后3s附錄二%close all;clear all;rand('state',sum(1

36、00*clock); %Reset the generator of uniformly distributed random numbersrand('state',sum(100*clock); %Reset the normally distributed random numbersminTestLength=1000; %test length should at least reach this numbermaxTestLength=50000; %test stops at this numberA=1; %signal amplitudeEb=A*A; %Bi

37、t energyEbN0=10; %EbN0 in dBindex=1; %作為每個(gè)信噪比的下標(biāo)for EbN0=0:1:10 %信噪比由一到十disp('莫急')N0=Eb*10(-EbN0/10);noiseVar=N0/2; %noise density 噪聲密度noiseRoot=sqrt(noiseVar);%square root of the noise 噪聲的均方差errorCount=0； %誤碼的符號(hào)個(gè)數(shù)testCount=0; %測(cè)試次數(shù)w1=1000; %信號(hào)1載波角頻率w2=2000; %信號(hào)0載波角頻率mm=0:0.001:0.4; %抽樣判決在t軸

38、上的抽樣矩陣while(1)%=以下為源信號(hào)經(jīng)過(guò)FSK調(diào)制解調(diào)=%src=rand(1)<=0.5; %產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字信號(hào)scrsrc1=scr; src2=1-src;%src1儲(chǔ)存原始信號(hào)和src2儲(chǔ)存與之相反的信號(hào)noise=noiseRoot.*randn(1,length(mm);%高斯白噪聲矩陣Noise_fsk=cos(w1*mm)*src2+noise; %對(duì)應(yīng)矩陣mm的Noise_fsk矩陣efsk1=Noise_fsk.*cos(w1*mm); %頻率w1的相干解調(diào)efsk2=Noise_fsk.*cos(w2*mm); %頻率w2的相干解調(diào)efsk11=filtfil

39、t(ones(1,10),9.7675,efsk1); %低通濾波efsk22=filtfilt(ones(1,10),9.7675,efsk2);ave1=sum(abs(esfk11)/length(mm);ave2=sum(abs(esfk22)/length(mm);if ave1>1/2&ave2>1/2errorCount=errorCount+1;elseif ave1<1/2&ave2<1/2 errorCount=errorCount+1;elseif ave1<1/2&ave2>1/2 errorCount=errorCount+1;endtestCount=testCount+1;if(testCount<minTestLength)continue;endtempBER=errorCount/testCount;if(tempBER>0)thresholdTestLength=1/(tempBER);elsethresholdTestLength=maxTestLength;e