武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)3（通信原理）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)TOC\o"1-4"\h\z\u目錄1技術(shù)指標(biāo) 12基本原理 12.12FSK的基本原理 12.22FSK的調(diào)制原理 22.32FSK的解調(diào)原理 32.3.12FSK相干解調(diào) 32.3.22FSK非相干解調(diào) 33建立模型描述 43.1基于SystemView的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 43.2基于simulink的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 53.3基于m語(yǔ)言的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 74模型組成模塊功能描述（或程序注釋?zhuān)?74.1基于SystemView的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)模塊的功能描述 74.1.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào) 74.1.22FSK的調(diào)制與非相干解調(diào) 84.2基于simulink的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)模塊的功能描述 94.2.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào) 94.2.22FSK的調(diào)制與非相干解調(diào) 104.3基于m語(yǔ)言的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的程序注釋 105調(diào)試過(guò)程及結(jié)論 145.1基于Sytemview的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果 145.1.12FSK調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程和結(jié)果 145.1.22FSK調(diào)制與非相干解調(diào)過(guò)程和結(jié)果 155.2基于simulink的2FSK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果 175.2.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程和結(jié) 175.2.22FSK調(diào)制與非相干解調(diào)的過(guò)程和結(jié)果 195.3基于m語(yǔ)言程序的2FSK仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果 206心得體會(huì) 227參考文獻(xiàn) 23

二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)——2FSK系統(tǒng)1技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)2FSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：（1）設(shè)計(jì)出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；（2）根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）；（3）用Matlab或SystemView實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；（4）觀(guān)察仿真并進(jìn)行波形分析；（5）系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。2基本原理2.12FSK的基本原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)和兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為典型波形如圖2-1所示。圖2-12FSK信號(hào)的時(shí)間波形由圖可見(jiàn)，2FSK信號(hào)的波形可以分解成兩個(gè)波形，也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同的2ASK信號(hào)的疊加。因此，2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫(xiě)成在頻移鍵控中，和不攜帶信息，通?？闪钇錇榱?。2.22FSK的調(diào)制原理2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路阿里實(shí)現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在二進(jìn)制基帶舉行脈沖序列的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不懂的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通，使其在每一個(gè)碼元時(shí)間輸出或兩個(gè)載波之一，如圖2-2所示?；鶐盘?hào)2FSK信號(hào)振蕩器1反相器選通開(kāi)關(guān)振蕩器2相加器選通開(kāi)關(guān)選通開(kāi)關(guān)振蕩器1相加器振蕩器2反相器選通開(kāi)關(guān)基帶信號(hào)2FSK信號(hào)振蕩器1反相器選通開(kāi)關(guān)振蕩器2相加器選通開(kāi)關(guān)選通開(kāi)關(guān)振蕩器1相加器振蕩器2反相器選通開(kāi)關(guān)圖2-2鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖這兩種方法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是變化連續(xù)變化的。而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)，是由電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。2.32FSK的解調(diào)原理2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值得大小，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限。判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率，則接收時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”。2.3.12FSK相干解調(diào)已調(diào)信號(hào)由兩個(gè)載波、調(diào)制而成，則先用兩個(gè)分別對(duì)、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、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。其原理如圖2-3所示。圖2-32FSK相干解調(diào)原理圖圖2-32FSK相干解調(diào)原理圖2.3.22FSK非相干解調(diào)調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號(hào)通過(guò)兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器、濾出不需要的信號(hào)，然后再將這兩種經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)分別通過(guò)包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號(hào)同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來(lái)的信號(hào)就是調(diào)制前的輸入信號(hào)。其原理圖如圖2-4所示。圖2-42FSK非相干解調(diào)原理圖圖2-42FSK非相干解調(diào)原理圖3建立模型描述3.1基于SystemView的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。它界面友好，使用方便。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿(mǎn)足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌霞岸嗨俾氏到y(tǒng)，可用于各種線(xiàn)性、非線(xiàn)性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。SystemView以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環(huán)境下，為用戶(hù)提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView你只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶(hù)只需使用鼠標(biāo)器點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。SystemView仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)；2.速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真；3.在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論；4.提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)；5.多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)；6.完備的濾波器和線(xiàn)性系統(tǒng)設(shè)計(jì)；7.先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理；8.可擴(kuò)展性；9.完善的自我診斷功能。根據(jù)2FSK的原理圖進(jìn)行SystemView的設(shè)計(jì)與制作，首先通過(guò)學(xué)習(xí)這款軟件來(lái)掌握基礎(chǔ)操作知識(shí)和技能，然后在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)與制作。如圖3-1和圖3-2分別表示2FSK鍵控調(diào)制與相干解調(diào)和2FSK模擬調(diào)制與非相干解調(diào)原理圖。圖3-12FSK模擬調(diào)制與相干解調(diào)圖3-22FSK模擬調(diào)制與非相干解調(diào)3.2基于simulink的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀(guān)的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線(xiàn)性系統(tǒng)、非線(xiàn)性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink的特點(diǎn)：富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù)；交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀(guān)的模塊圖；以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理；通過(guò)ModelExplorer導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼；提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫(xiě)代碼集成；使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)來(lái)決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來(lái)運(yùn)行模型；圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為；交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀(guān)的模塊圖；8.可訪(fǎng)問(wèn)MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來(lái)保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。根據(jù)2FSK系統(tǒng)原理結(jié)合Simulink的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)并制作了如下圖3-3和圖3-4的2FSK模擬調(diào)制與相干解調(diào)和2FSK模擬調(diào)制與非相干解調(diào)原理圖。圖3-32FSK模擬調(diào)制與相干解調(diào)圖3-42FSK模擬調(diào)制與非相干解調(diào)3.3基于m語(yǔ)言的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)用rand函數(shù)模擬二進(jìn)制信號(hào)源，ellipord和ellip函數(shù)求得橢圓低通濾波器階數(shù)，filter函數(shù)實(shí)現(xiàn)濾波功能，plot函數(shù)繪圖，eyediagram函數(shù)繪制眼圖，simbasebandex函數(shù)用于誤碼率的計(jì)算。同時(shí)m文件的可編譯性使得程序的調(diào)試，特別是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置（程序中的fp，fs以及Fs）十分方便。4模型組成模塊功能描述（或程序注釋?zhuān)?.1基于SystemView的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)模塊的功能描述4.1.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào)圖4-1為2FSK的調(diào)制模塊，采用鍵控法產(chǎn)生2FSK調(diào)制信號(hào)。隨機(jī)比特流的頻率為100Hz，信號(hào)源1的頻率為1000Hz，信號(hào)源2的頻率為2000Hz。圖4-2為2FSK的相干解調(diào)與濾波模塊，帶通濾波器的值分別設(shè)為700Hz——1300Hz，1700Hz——2200Hz；低通濾波器的值都為100Hz；圖4-3為2FSK的抽樣比較模塊，抽樣判決器的抽樣頻率為1000Hz,比較器的值設(shè)為a小于等于b.圖4-1調(diào)制模塊圖4-2相干解調(diào)與濾波模塊圖4-3抽樣與判決模塊4.1.22FSK的調(diào)制與非相干解調(diào)調(diào)制部分與上面相同，都是采用鍵控法產(chǎn)生2FSK調(diào)制信號(hào)，解調(diào)過(guò)程不同，這是采用非相干解調(diào)，如圖4-4所示。圖4-4非相干解調(diào)過(guò)程中依然有帶通濾波、低通濾波、抽樣判決的過(guò)程，與相干解調(diào)相似，具體數(shù)據(jù)也大部分相同，但是這里的判決條件是a大于等于b。4.2基于simulink的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)模塊的功能描述4.2.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào)圖4-5為系統(tǒng)調(diào)制模塊。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)模擬調(diào)制產(chǎn)生2FSK調(diào)制信號(hào)。隨機(jī)比特流的頻率為100Hz，信號(hào)源1的頻率為1000Hz，信號(hào)源2的頻率為2000Hz。圖4-6為系統(tǒng)信道模塊。實(shí)驗(yàn)中的信道為加了加性高斯白噪聲的信道。圖4-7為相干解調(diào)模塊。實(shí)驗(yàn)中帶通濾波器的值分別設(shè)為800Hz——1200Hz，1800Hz——2200Hz；低通濾波器的值都為100Hz；抽樣判決器的抽樣頻率為100Hz。圖4-8為誤碼率計(jì)算模塊。評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞。圖4-5系統(tǒng)調(diào)制模塊圖4-6系統(tǒng)信道模塊圖4-7系統(tǒng)相干解調(diào)模塊圖4-8誤碼率計(jì)算模塊4.2.22FSK的調(diào)制與非相干解調(diào)2FSK調(diào)制與非相干解調(diào)過(guò)程的信號(hào)調(diào)制模與信道模塊以及誤碼率計(jì)算模塊與2FSK調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程的一樣，不同之處在于解調(diào)模塊，如圖4-9所示，帶通濾波器低通濾波器及抽樣判決器的參數(shù)值與相干解調(diào)一樣，Abs為全波整流器。圖4-9非相干解調(diào)4.3基于m語(yǔ)言的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的程序注釋Fc=20;%載頻Fs=100;%系統(tǒng)采樣頻率Fd=1;%碼速率N=Fs/Fd;df=10;numSymb=50;%進(jìn)行仿真的信息代碼個(gè)數(shù)M=2;%進(jìn)制數(shù)SNRpBit=100;%信噪比SNR=SNRpBit/log2(M);%60seed=[1234554321];numPlot=15; x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%產(chǎn)生50個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼figure(1)stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');title('二進(jìn)制比特流')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%數(shù)字帶通調(diào)制numModPlot=numPlot*Fs;t=[0:numModPlot-1]./Fs;figure(2)plot(t,y(1:length(t)),'b-');axis([min(t)max(t)-1.51.5]);title('調(diào)制后的信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');%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');%加入高斯白噪聲figure(3)plot(t,y(1:length(t)),'b-');axis([min(t)max(t)-1.51.5]);title('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');%相干解調(diào)figure(4)z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye',M,df);title('相干解調(diào)后信號(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');holdon;stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro');holdoff;axis([0numPlot-0.51.5]);title('相干解調(diào)后信號(hào)與原信號(hào)的比較')legend('原輸入二進(jìn)制比特流','相干解調(diào)后的信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amplitude'); %非相干解調(diào)figure(6)z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye/noncoh',M,df);title('非相干解調(diào)后信號(hào)的眼圖')figure(7)stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');holdon;stem([0:numPlot-1],z2(1:numPlot),'ro');holdoff;axis([0numPlot-0.51.5]);title('非相干解調(diào)后的信號(hào)')legend('原輸入二進(jìn)制比特流','非相干解調(diào)后的信號(hào)')xlabel('Time');ylabel('Amplitude'); %誤碼率統(tǒng)計(jì)[errorSymratioSym]=symerr(x,z1);figure(8)simbasebandex([0:1:5]);title('相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)')[errorSymratioSym]=symerr(x,z2);figure(9)simbasebandex([0:1:5]);title('非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)') %濾除高斯白噪聲Delay=3;R=0.5;PropD=0;%滯后3s[yf,tf]=rcosine(Fd,Fs,'fir',R,Delay);[yo2,to2]=rcosflt(y,Fd,Fs,'filter',yf);t=[0:numModPlot-1]./Fs;figure(10)plot(t,y(1:length(t)),'r-');holdon;plot(to2,yo2,'b-');%濾出帶外噪聲holdoff;axis([030-1.51.5]);xlabel('Time');ylabel('Amplitude');legend('加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)','經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào)')title('升余弦濾波前后波形比較')eyediagram(yo2,N);%眼圖title('加入高斯白噪聲后已調(diào)信號(hào)的眼圖')5調(diào)試過(guò)程及結(jié)論5.1基于Sytemview的2FSK信號(hào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果5.1.12FSK調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程和結(jié)果圖5-12FSK調(diào)制波形圖5-22FSK相干解調(diào)上支路波形圖5-32FSK相干解調(diào)下支路波形圖5-4調(diào)制與相干解調(diào)后的對(duì)比波形5.1.22FSK調(diào)制與非相干解調(diào)過(guò)程和結(jié)果圖5-52FSK調(diào)制波形圖5-62FSK非相干解調(diào)上支路波形圖5-72FSK非相干解調(diào)下支路波形圖5-82FSK調(diào)制與非相干解調(diào)的對(duì)比波形5.2基于simulink的2FSK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果5.2.12FSK的調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程和結(jié)圖5-92FSK調(diào)制波形圖5-102FSK加噪聲信號(hào)對(duì)比圖圖5-112FSK相干解調(diào)上支路波形圖5-122FSK相干解調(diào)下支路波形圖5-132FSK調(diào)制與相干解調(diào)波形5.2.22FSK調(diào)制與非相干解調(diào)的過(guò)程和結(jié)果圖5-142FSK調(diào)制波形圖5-152FSK加噪波形圖5-162FSK非相干解調(diào)上支路波形圖5-172FSK非相干解調(diào)下支路波形圖5-182FSK調(diào)制與非相干解調(diào)波形5.3基于m語(yǔ)言程序的2FSK仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果圖5-19二進(jìn)制序列圖5-202FSK調(diào)制信號(hào)圖5-21加入高斯噪聲后的調(diào)制信號(hào)圖5-22相干解調(diào)后信號(hào)眼圖圖5-23相干解調(diào)后信號(hào)與原始比較圖5-24非相干解調(diào)后眼圖圖5-25非相干解調(diào)后信號(hào)與原始信號(hào)對(duì)比圖5-26相干解調(diào)后誤碼率圖5-27非相干解調(diào)后誤碼率圖5-28升余弦濾波前后波形圖5-29加入高斯噪聲后調(diào)制信號(hào)眼圖6心得體會(huì)這是大學(xué)第三次課設(shè)了，感覺(jué)一點(diǎn)都不陌生了，因?yàn)橛辛饲懊鎯纱蔚慕?jīng)驗(yàn)，