基于MATLAB的2FSK調(diào)制解調(diào)課設(shè)

1、摘要FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(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。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂FSK就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。二進(jìn)制的基帶信號(hào)是用正負(fù)電平來(lái)表示的。FSK-又稱頻移鍵控法。FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(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。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂FSK就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。關(guān)鍵詞：2FSK 基帶信號(hào) 載波 調(diào)制解調(diào)目錄摘要0一 引言1二 設(shè)計(jì)原理22.1 2FSK介紹22.2 2FSK調(diào)制原理22.3 2FSK解調(diào)原理3三 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟4

2、四 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析54.1 信號(hào)產(chǎn)生54.2 信號(hào)調(diào)制74.3 信號(hào)解調(diào)84.4 課程設(shè)計(jì)程序10五 心得體會(huì)17六 參考文獻(xiàn)16一、引言2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種：一種是調(diào)頻法，一種是開關(guān)法。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)的波形基本相同，只有一點(diǎn)差異，即由調(diào)頻產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)則分別由兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，故相鄰碼元之間的相位不一定是連續(xù)的。本設(shè)計(jì)采用后者開關(guān)法。2FSK信號(hào)的接受也分為相干和非相干接受兩種，非相干接受方法不止一種，它們都不利用信號(hào)的相位信息。故本設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法。二、 設(shè)計(jì)原理2.1 2FSK介

3、紹： 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號(hào)便是符號(hào)“1”對(duì)應(yīng)于載頻f1，而符號(hào)“0”對(duì)應(yīng)于載頻f2（與f1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且f1與f2之間的改變是瞬間完成的。其表達(dá)式為： (3-1)典型波形如下圖所示。由圖可見,2FSK信號(hào)可以看作兩個(gè)不同載頻的ASK信號(hào)的疊加。因此2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫成： (3-2)2.2 2FSK調(diào)制原理2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號(hào)來(lái)傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列?？梢杂枚M(jìn)制“1”來(lái)對(duì)應(yīng)于載頻f1，而“0”用來(lái)對(duì)應(yīng)于另一

4、相載頻w2的已調(diào)波形，而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源w1、f2進(jìn)行選擇通。本次課程設(shè)計(jì)采用的是前面一種方法。如下原理圖：圖1 調(diào)制原理框圖2.3 2FSK解調(diào)原理2FSK的解調(diào)方式有兩種:相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式，本次課程設(shè)計(jì)采用的是相干解調(diào)方式。根據(jù)已調(diào)信號(hào)由兩個(gè)載波f1、f2調(diào)制而成，相干解調(diào)先用兩個(gè)分別對(duì)f1、f2帶通的濾波器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號(hào)與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號(hào)進(jìn)行抽樣判決器即可其原理如下：圖2 相干解調(diào)原理框圖三、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟1信號(hào)產(chǎn)生：二進(jìn)制隨機(jī)序列和兩列頻率不等的載波1)

5、利用matlab 庫(kù)函數(shù)產(chǎn)生10個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)，也就是我們的基波調(diào)制信號(hào)a。并畫出其波形。2)產(chǎn)生兩列余弦波tuf1和tuf2，頻率分別為f1=20hz,f2=100hz；并畫出其波形。2信號(hào)調(diào)制：產(chǎn)生2FSK信號(hào)和加入高斯噪聲后的2FSK信號(hào)1)用二進(jìn)制序列a去調(diào)制f1和f2，產(chǎn)生2fsk信號(hào)，具體做法是用以a生成的方波信號(hào)g1a直接與tuf1相乘，用a取反后的方波g2a與tuf2相乘，再將兩列信號(hào)相加。并畫出其波形。2)調(diào)用matlab 庫(kù)函數(shù)產(chǎn)生高斯噪聲no，并與2fsk信號(hào)相加得到加入噪聲后的sn信號(hào)。并畫出其波形。3解調(diào)1)對(duì)于兩列讓sn通過(guò)兩個(gè)帶通濾波器H1和H2，他們分別以f1和

6、f2為中心頻率，并畫出經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的波形。2)對(duì)這兩列波形分別相干解調(diào)乘以與他們同頻同相的余弦波tuf1和tff2，畫出此時(shí)的波形。3)讓這兩列波形再通過(guò)低通濾波器sw1和sw2得到這兩列基帶調(diào)制波形g1a和g2a.畫出其波形。4)最后將兩列波g1a和g2a通過(guò)抽樣判決器，畫出其波形st，并與之前調(diào)制后的波形sn做對(duì)比。三、 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1 信號(hào)產(chǎn)生 波形figure(1) 圖3 figure(1) 第一幅圖現(xiàn)實(shí)了此時(shí)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列是1011011011，第二和第三幅圖片是頻率為20hz的載波tuf1和頻率為100hz的載波tuf2的波形。圖 4 調(diào)制信號(hào)的頻譜圖 圖 5 載波1的

7、頻譜圖 圖 6 載波2的頻譜圖4.2 信號(hào)調(diào)制波形figure(2)圖7 figure(2) 由于產(chǎn)生的隨即序列是1011011011，對(duì)比上面figure2可以看出，波形較疏的是tuf1，波形較密的是tuf2，上圖呈現(xiàn)的序列是：1011011011，與調(diào)制波相符。 圖8 已調(diào)信號(hào)的頻譜圖4.3 信號(hào)解調(diào)1) 波形figure(3) 圖9 figure(3) 經(jīng)過(guò)帶通濾波器之后濾出了頻率為f1和f2的載波，從figure(2)和figure(3)的對(duì)比可以看出這一步做對(duì)了。2) 波形figure(4) 圖10 figure(4) 這是兩列信號(hào)經(jīng)過(guò)相干解調(diào)乘以同頻同相的載波之后得到的波形，可以看

8、出figure(4)比f(wàn)igure(3)的波形更密了。3) 波形figure(5)圖11 figure(5)經(jīng)過(guò)低通濾波器之后，調(diào)制信號(hào)被濾出來(lái)了，第一幅為tuf1，濾波后的序列為：1011011011，與之前的調(diào)制信號(hào)相同。第二幅圖為：0100100100，與調(diào)制信號(hào)相反，這是因?yàn)樵诔绦蛑嘘?duì)調(diào)制信號(hào)取反之后才和tuf2相乘的。4) 波形figure(6)圖12 figure(6)經(jīng)過(guò)抽樣判決之后，恢復(fù)出來(lái)的基帶信號(hào)是：1011011011，與調(diào)制信號(hào)一樣，從原始波形也可以看出，解調(diào)后的波形與調(diào)制信號(hào)相同。2FSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)。 圖 13 信噪比與誤碼率關(guān)系圖由圖可以看出隨著信噪比的增大，誤碼

9、率在降低4.4 課程設(shè)計(jì)程序：1 fs=2000; %抽樣頻率2 dt=1/fs;3 f1=20; %定義兩列載波的頻率4 f2=100;5 a=round(rand(1,10); %產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)序列6 g1=a;7 g2=a;8 g11=(ones(1,2000)'*g1; %產(chǎn)生方波信號(hào)9 g1a=g11(:)' 10 g21=(ones(1,2000)'*g2;11 g2a=g21(:)'12 t=0:dt:10-dt;13 t1=length(t);14 tuf1=cos(2*pi*f1.*t)15 tuf2=cos(2*pi*f2.*t)16 sub

10、plot(311)17 n=0:9;18 x=square(1,50);19 stem(0:9,a*x);20 grid;21 xlabel('二進(jìn)制隨機(jī)序列')22 ylabel('幅度')23 subplot(312);24 plot(t,tuf1);25 title('頻率為f1的余弦波')26 ylabel('幅度')27 subplot(313);28 plot(t,tuf2);29 title('頻率為f2的余弦波')30 ylabel('幅度')31 figure(2)32 fsk1=

11、g1a.*tuf1;33 fsk2=g2a.*tuf2;34 fsk=fsk1+fsk2;35 no=0.01*randn(1,t1);%噪聲36 sn=fsk+no;37 subplot(211);38 plot(t,fsk);39 title('2fsk波形')40 ylabel('幅度')41 subplot(212);42 plot(t,sn);43 title('加入高斯噪聲后的2fsk波形')44 ylabel('幅度的大小')45 xlabel('t')46 figure(3) %FSK解調(diào)47 b1

12、=fir1(101,10/800 20/800);48 b2=fir1(101,90/800 110/800); %設(shè)置帶寬參數(shù)49 H1=filter(b1,1,sn); %b1為分子，1為分母，sn為濾波器輸入序列50 H2=filter(b2,1,sn); %噪聲信號(hào)同時(shí)通過(guò)兩個(gè)濾波器51 subplot(211);52 plot(t,H1);53 title('經(jīng)過(guò)帶通濾波器H1后的波形') %畫出經(jīng)過(guò)H1濾波器后的波形54 ylabel('幅度');55 subplot(212);56 plot(t,H2); %畫出經(jīng)過(guò)濾波器二后的波形57 title

13、('經(jīng)過(guò)帶通濾波器H2后的波形')58 ylabel('幅度')59 xlabel('t')60 sw1=H1.*H1; %相干解調(diào)乘以同頻同相的載波61 sw2=H2.*H2;%經(jīng)過(guò)相乘器 62 figure(4)63 subplot(211);64 plot(t,sw1);65 title('經(jīng)過(guò)相乘器h1后的波形') %畫出乘以同頻同相載波后的波形66 ylabel('幅度')67 subplot(212);68 plot(t,sw2);69 title('經(jīng)過(guò)相乘器h2后的波形')70 yl

14、abel('.幅度')71 xlabel('t')72 bn=fir1(101,2/800 10/800); %經(jīng)過(guò)低通濾波器73 figure(5)74 st1=filter(bn,1,sw1);75 st2=filter(bn,1,sw2);76 subplot(211);77 plot(t,st1);78 title('經(jīng)過(guò)低通濾波器sw1后的波形') %經(jīng)過(guò)低通濾波器，濾出頻率79 ylabel('幅度') %為f1,f2的基帶調(diào)制信號(hào)波形80 subplot(212);81 plot(t,st2);82 title(&#

15、39;經(jīng)過(guò)低通濾波器sw2后的波形')83 ylabel('幅度')84 xlabel('t')%判決85 for i=1:length(t)86 if(st1(i)>=st2(i)87 st(i)=0;88 else st(i)=st2(i);89 end 90 end91 figure(6)92 st=st1+st2;93 subplot(211);94 plot(t,st);95 title('經(jīng)過(guò)抽樣判決器后的波形') %畫出經(jīng)過(guò)抽樣判決的波形 96 ylabel('幅度')97 subplot(212);9

16、8 plot(t,sn);99 title('原始的波形')100 ylabel('幅度')101 xlabel('t')五、心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們有了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變。在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。認(rèn)識(shí)