基于MTALAB的FSK系统仿真文档格式.docx

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指导教师：

张伯艳

河北北方学院宣化教学部

目录

摘要2

ABSTRACT3

第1章绪论4

1.1课题研究背景及目的4

1.2课题设计要求5

1.3课题设计步骤5

1.4MATLAB简介6

第2章FSK系统的理论综述8

2.1数字调制解调8

2.2频移键控（FSK）8

2.2.1FSK的调制原理11

2.2.2FSK的解调原理12

第3章基于MATLAB的FSK系统的解调仿真及其特性分析15

3.1系统仿真模型15

3.2仿真及其特性分析15

3.2.1信道模型的建立15

3.2.2参数设定18

3.2.3FSK系统的眼图18

3.2.4仿真结果19

第4章结论22

致谢23

参考文献23

附录23

摘要

移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。

FSK方法简单，易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。

缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。

FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。

MATLAB中的通信工具箱可以用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。

阐述了计算机仿真的发展概况，及其重要意义，着重介绍了MATLAB和其通信工具箱。

利用MATLAB建立了FSK仿真模型，并对仿真模型进行了测试,结果表明，仿真结果与理论基本一致，在研究FSK调制解调原理的基础上设计了调制解调电路。

关键词FSKMATLAB仿真调制解调

ABSTRACT

FSKisacommonmodulationmethodindatacommunication.FSKhaveaeasywaytorealize,itcanbedemodulatewithoutrecoveringthecarrier,asynchronoustransmissionandhaveagreatfeatureinanti-fading.However,ithasdisadvantagessuchaslargerbandwidthcost,lowerfrequencyusage.Hence,FSKismainlyappliedintodatatransportinlowormediumrateandinfadingchannelorchannelswithrelativewidebandwidth.MATLAB`stoolboxoftelecommunicationisusedinresearching,developing,systemdesigningandsimulating.Developmentsituationandimportantsenseofcomputersimulationaredescribed.Severalkindsofsoftwareaboutsimulationareintroduced.MATLABanditstoolboxoftelecommunicationareemphasized.BymeansofMATLAB,asimulationmodelofFSKisbuilt.Thesimulationmodelistestedandthesimulationresultsareagreedwiththeoreticalvalue.CircuitsofFSKmodulationanddemodulationisdesignedbasedontheresearchoftheprincipleofFSK.

KeywordsMATLABsimulationFSKmodulationdemodulation

第1章绪论

随着社会的不断发展，通信对我们来说越来越显的重要。

对于通信技术来讲，对我们来讲的质量也就显的非常的关键。

通信的根本任务是如何保证远距离传输信息的正确性，在这方面数字通信系统具有先天的优势。

这主要是因为数字通信系统中传输的是离散的数字信号，由于信号时离散的，被噪声干扰后的信号只要没有超过门限，接收端就能完全正确的判断出传输的信息；

而对于模拟传输系统，只要有稍微的干扰都会使传输信息产生错误。

也正是由于这样的原因，数字通信系统才能在各方面逐渐的取代模拟通信系统成为现代通信的最基本的方式。

为了方便区别于信号和噪声，使通信不失真和不受干扰，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的功能。

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。

再将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。

为了更好地利用通信信道的带宽并使信号能够传送更大的距离，在数字载波通信中，我们采用了三种解调方式：

幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。

其中频移键控（FSK）是信息传输中使用得较早的一种调制方式，它的主要优点是：

实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，因此在中低速数据传输中得到了广泛的应用。

本课题主要是数字频率调制又称频移键控（FSK）。

同时利用MATLAB软件实现对FSK系统的仿真和分析，从而通过运用模拟的视觉化的手段来实现达到解调调制的目的。

1.1课题研究背景及目的

（1）研究背景

数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用，使得数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。

现代通信系统中，由于数字信号较模拟信号的抗干扰能力强，无噪声积累传输质量好；

保密性高；

便于与计算机连接；

通信设备便于集成化、小型化、智能化；

便于差错控制等优势。

信号往往采用数字进行传输。

数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。

频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合在信道（一般为带通信道）上传输的频带上。

FSK技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。

（2）研究目的

1、加深理解FSK系统的调制解调原理；

2、通过MATLAB仿真深入学习FSK系统及其性能；

3、熟悉和掌握MATLAB软件的使用方法和在通信领域的应用；

4、通过这次课题设计，自己能够务实专业知识，培养分析问题和解决问题的能力。

1.2课题设计要求

1、熟悉MATLAB的使用方法，掌握FSK信号的调制解调原理，以此为基础用M文件编程实现FSK信号的调制解调。

2、演示FSK调制解调的过程，并画出误码率随信噪比的变化曲线。

3、在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计论文，文中能正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3课题设计步骤

本课程设计步骤如下：

1、随机产生原始数字信号序列并对其进行FSK调制；

2、对已调信号进行解调，并绘制出解调后的数字信号序列；

3、分析解调结果，对照不同参数设置下的解调效果；

4、分析噪声对误码率的影响。

1.4MATLAB简介

MATLAB是由MATHWORKS公司于1984年推出的一种面向科学与工程的计算软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

通过MATLAB和相关工具箱，工程师、科研人员、数学家和教育工作者可以在统一的平台下完成相应的科学计算工作。

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

[1]

其主要特点是：

（1）具有丰富的数学功能

包括矩阵各种运算。

如：

正交变换、三角分解、特征值、常见的特殊矩阵等。

包括各种特殊函数。

贝塞尔函数、勒让德函数、伽码函数、贝塔函数、椭圆函数等。

包括各种数学运算功能。

数值微分、数值积分、插值、求极值、方程求根、FFT、常微分方程的数值解等。

（2）具有良好的图视系统

可方便地画出两维和三维图形。

高级图形处理。

色彩控制、句柄图形、动画等。

图形用户界面GUI制作工具，可以制作用户菜单和控件。

使用者可以根据自己的需求编写出满意的图形界面。

（3）可以直接处理声音和图形文件

声音文件。

WAV文件（例：

wavread,sound等）。

图形文件。

bmp、gif、pcx、tif、jpeg等文件。

（4）具有若干功能强大的应用工具箱

SIMULINK、COMM、DSP、SIGNAL等16种工具箱。

（5）使用方便，具有良好的扩张功能

使用MATLAB语言编写的程序可以直接运行，无需编译。

可以将M文件转变为独立于平台的EXE可执行文件。

MATLAB的应用接口程序API是MATLAB提供的十分重要的组件，由一系列接口指令组成。

用户就可在FORTRAN或C中，把MATLAB当作计算引擎使用。

（6）具有很好的帮助功能

提供十分详细的帮助文件（PDF、HTML、demo文件）。

联机查询指令：

help指令（例：

helpelfun，helpexp，helpsimulink），lookfor关键词（例：

lookforfourier）。

[2]

第2章FSK系统的理论综述

2.1数字调制解调

数字调制具有调幅、调频和调相3种基本形式，对应的3种基本调制方法是振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK），在此基础上还可以派生出许多其他的形式。

数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传输的信息，在接收端也对载波信号的离散调制参量进行检测，数字调制采用正弦波调制，即被调制信号为高频正弦波。

数字解调是一种为了传播方便，把信息编码传输的方法。

在传输过程中，语音通话等会转变成一连串的数字信号，变为计算机二进制代码0和1，在信息接收处又解码恢复到原来的语音状态。

解调是调制的逆过程，其作用是从接受的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。

调制的方法可分为两类：

相干解调和非相干解调。

由于FSK的解调过程有相干解调法和非相干解调法，我们在这里只介绍相干解调原理。

相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。

比如原始信号A与载频cos（ωt+θ）调制后得到信号Acos（ωt+θ）；

解调时（2FSK解调）引入相干（同频同相）的参考信号cos（ωt+θ），则得到：

　　Acos（ωt+θ）cos（ωt+θ）

　　利用积化和差公式可以得到

　　A*1/2*[cos（ωt+θ+ωt+θ）+cos（ωt+θ-ωt-θ）]

=A*1/2*[cos（2ωt+2θ）+cos（0）]

=A/2*[cos（2ωt+2θ）+1]

=A/2+A/2cos（2ωt+2θ）

利用低通滤波器将高频信号cos（2ωt+2θ）滤除，即得原始信号A。

因此相干解调需要接收机和载波同步。

2.2