2FSK调制与解调系统设计与仿真.docx
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2FSK调制与解调系统设计与仿真
一、2FSK调制与解调系统设计与仿真
引言：
2FSK信号的产生方法主要有两种：
一种是调频法，一种是开关法。
这两种方法产生的2
信号号的波形基本相同，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
相位位是连续的，而开关法产生的2FSK信号则分别由两个独立的频率源产生两个不同的频率信号，故相邻码元之间的相位不一定是连续的。
本设计采用后者--开关法。
2FSK信号的接收也分为相干和非相干接收两种，非相干接收方法不止一种，它们都不利用信号的相位信息。
故本设计采用相干解调法。
1.设计任务与要求
1.1设计要求
（1）学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通讯系统的基本理论、基本算法进行实际验证；
（2）学习现有流行通信系统仿真软件MATLAB7.0的基本实用方法，学会使用这软件解决实际系统出现的问题；
（3）通过系统仿真加深对通信课程理论的理解，拓展知识面，激发学习和研究的兴趣；
（4）用MATLAB7.0设计一种2FSK数字调制解调系统；
1.2设计任务
根据课程设计的设计题目实现某种数字传输系统，具体要求如下；
（1）信源：
产生二进制随机比特流，数字基带信号采用单极性数字信号、矩形波数字基带信号波形；
（2）调制：
采用二进制频移键控（2FSK）对数字基带信号进行调制，使用键控法产生2FSK信号；
（3）信道：
属于加性高斯信道；
（4）解调：
采用相干解调；
（5）性能分析：
仿真出该数字传输系统的性能指标，即该系统的误码率，并画出SNR（信噪比）和误码率的曲线图；
2.方案设计与论证
频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。
在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。
故其表达式为：
典型波形如下图所示。
由图可见。
2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。
因此2FSK信号的时域表达式又可以写成：
2.12FSK数字系统的调制原理
2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。
可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。
如下原理图：
2.22FSK的解调方式
2FSK的解调方式有两种:
相干解调方式和非相干解调方式.下面我们将详细的介绍:
2.2.1非相干解调
经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。
其原理图如下图所示：
2.2.2相干解调
根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。
原理图如下：
3.源程序与仿真结果
3.1源程序代码
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=[1234554321];
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）-1.51.5]）;
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）-1.51.5]）;
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'）;
holdon;
stem（[0:
numPlot-1],z1（1:
numPlot）,'ro'）;
holdoff;
axis（[0numPlot-0.51.5]）;
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'）;
holdon;
stem（[0:
numPlot-1],z2（1:
numPlot）,'ro'）;
holdoff;
axis（[0numPlot-0.51.5]）;
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
[errorSymratioSym]=symerr（x,z1）;
figure（8）
simbasebandex（[0:
1:
5]）;
title（'相干解调后误码率统计'）
[errorSymratioSym]=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-'）;
holdon;
plot（to2,yo2,'b-'）;%滤出带外噪声
holdoff;
axis（[030-1.51.5]）;
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'）
3.2仿真结果
4.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。
在白色高斯噪声信道中，误码率决定于监控体制和接收端的信噪比。
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。
其中，相干检测法的误码率为
当信噪比很大时，上式可近似的表示为
非相干解调法采用包络检波法接收信号，其误码率为
根据上面的两个式子，本系统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。
并且2FSK信号占用频带宽，在信道中的坚韧性好。
5.程序调试
系统设计出现的问题：
在做信号调制模块时，多次调制都未成功，经过复查发现，振荡器的频率f1和f2需要为pi的倍数才能够在一个时间单位内出现完整波形。
在做解调模块时，simulink仿真中的带通滤波器失真较大经反复调试其上限频率和下限频率之后，使其失真明显减小。
解调最后部分抽样判决不知如何实现，后来询问老师得以解决。
最后在计算机误码率时，其中simulink一个计算误码率的模块始终出现错误，最终没有找到出错原因，决定用代码来实现其功能。
6.参考文献
（1）[1]樊昌信、曹丽娜《通信原理》国防工业出版社2009年5月
（2）[2]曹弋《MATLAB课程及实训》机械工业出版社2008年5月
（3）[3]樊昌信《通讯原理教程》电子工业出版社2006年5月
（4）[4]刘波、文忠、曾涯《MATLAB信号处理》电子工业出版社2006年7月
（5）[5]张卫刚.通信原理与通信技术[M].第2版.徐国平,译.北京:
电子工业出版社,2002
（6）[6]孙亮《MATLAB语言与控制系统方真》北京工业大学出版社2006年1月
二、PCM仿真与分析
1.引言
利用Simulink强大的工具箱和其建模的优势建立了PCM通信系统的仿真模型。
PCM即脉冲编码调制，是数字通信中的一种。
与模拟通信相比，数字通信具有许多明显的优点，已成为现在通信的主要发展趋势之一。
可靠性好、抗干扰能力强、廉价格、易保密、便于加密处理和便于实现通信网的管理等都是其主要的特点。
实现数字通信，必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号，这个过程称为“模拟信号数字化”。
模拟信号数字化有三个基本步骤。
第一步是“抽样”，就是对连续的模拟信号进行离散化处理，通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。
第二步是“量化”，将模拟信号样值变换到最接近的数字值。
因抽样后的样值在时间上虽是离散的，但在幅度上仍是连续的，量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。
第三步是“编码”，就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示，最终完成模拟信号的数字化。
数字信号送入数字网进行传输。
接收端则是一个还原过程，把收到的数字信号变为模拟信号，即“数字信号还原模拟信号”，从而再现声音或图像。
2.系统介绍
PCM即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。
PCM的实现主要包括三个步骤完
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