基于MATLAB的2FSK仿真.docx

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基于MATLAB的2FSK仿真

通信原理

课程设计报告

题目基于MATLAB的2FSK仿真

学院电子信息工程学院

专业通信工程（本）

学生姓名

学号年级级

指导教师职称

二〇一二年一月

第一章绪论

MATLAB的简介

Matlab是一种说明性执行语言，具有壮大的计算、仿真、画图等功能。

由于它利用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不断的在自己的科研进程中扩充Matlab的功能，使其成了庞大的知识宝库。

目前的Matlab版本已经能够方便的设计漂亮的界面，它能够像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰硕的函数库（工具箱），因此计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。

另外，,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，能够方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。

能够说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，把握这门工具对学习各门学科有超级重要的推动作用。

，

通信技术的历史和进展

通信的概念

通信确实是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和互换消息。

消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息。

消息有模拟消息（如语音、图像等）和数字消息（如数据、文字等）之分。

所有消息必需在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。

因此，信号是传输消息的手腕，信号是消息的物质载体。

相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量能够是持续的或离散的，但幅度是持续的，如机、电视摄像机输出的信号确实是模拟信号。

数字信号的自变量能够是持续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、运算机等各类数字终端设备输出的信号确实是数字信号。

通信的目的是传递消息，但对受信者有效的是消息中包括的有效内容，也即信息。

消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包括的信息的多少能够用信息量来气宇。

通信技术，专门是数字通信技术最近几年来进展超级迅速，它的应用愈来愈普遍。

通信从本质上来讲确实是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有效的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输进程中将无用信息和有害信息抑制掉。

现今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有贮存、处置、搜集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部份。

通信系统确实是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者），它的一样模型如图1-1所示。

↑

图1-1通信系统一样模型

通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。

数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2所示，

↑

图1-2数字通信系统模型

模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-3所示。

图1-3模拟通信系统模型

数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与运算机连接等优势。

因此，数字通信更能适应付通信技术的愈来愈高的要求。

近二十年来，数字通信进展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日趋增加，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为今世通信系统的主流。

通信的进展史简介

远古时期,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时刻长的缺点。

为了在尽可能短的时刻内传递尽可能多的消息,人们不断地尝试所能找到的各类最新技术手腕。

1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,以后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。

1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。

1876年贝尔发明了,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流畅用，因此直到20世纪前半叶这种采纳模拟技术的通信技术比电报的到了更为迅速和普遍的进展。

1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。

20世纪60年代以后集成电路、电子运算机的显现，使得数字通信迅速进展。

在70年代末在全世界进展起来的模拟移动在90年代中期被数字移动所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。

数字通信的高速度和大容量等各方面的优越性也令人们看到了它的进展前途。

通信技术的进展现状和趋势

进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的显现与普及、无线通信迅速进展。

专门是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子运算机和光导纤维等现代技术功效的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了庞大的成功。

（1）移动通信和卫星通信的显现，令人们随时随地可通信的愿望能够实现。

（2）微波中继通信使长距离、大容量的通信成了现实。

（3）光导纤维的显现更是将通信容量提高到了以前无法想象的境界。

（4）电子运算机的显现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和运算机的融合

人们将世界变成了地球村。

（5）微电子技术的进展，使通信终端的体积愈来愈小，本钱愈来愈低，范围愈来愈广。

例如，2003年我国的移动用户第一次超过了固定用户。

依照国家信息产业部的统计数据，到2005年末移动用户近4亿。

随着现代电子技术的进展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向进展。

随着科学技术的进步，人们对通信的要求愈来愈高，各类技术会不断地应用于通信领域，各类新的通信业务将不断地被开发出来。

到那时人们的生活将愈来愈离不开通信。

第二章2FSK的大体原理和实现

二进制频率调制是用二进制数字信号操纵正弦波的频率随二进制数字信号的转变而转变。

由于二进制数字信息只有两个不同的符号，因此调制后的已调信号有两个不同的频率f1和f2，f1对应数字信息“1”，f2对应数字信息“0”。

二进制数字信息及已调载波如图2-1所示。

图2-12FSK信号

2FSK的产生

在2FSK信号中，当载波频率发生转变时，载波的相位一样来讲是不持续的，这种信号称为不持续2FSK信号。

相位不持续的2FSK通经常使用频率选择法产生，如图2-2所示：

图2-22FSK信号调制器

两个独立的振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入的二进制信号。

二进制信号通过两个与门电路，操纵其中的一个载波通过。

调制器各点波形如图2-3所示：

图2-32FSK调制器各点波形

由图2-3可知，波形g是波形e和f的叠加。

因此，二进制频率调制信号2FSK能够看成是两个载波频率别离为f1和f2的2ASK信号的和。

由于“1”、“0”统计独立，因此，2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之和，即

（2-1）

2FSK信号的功率谱如图2-4所示：

图2-42FSK信号的功率谱

由图2-4看出，2FSK信号的功率谱既有持续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率f1和f2处，持续谱散布在f1和f2周围，假设取功率谱第一个零点之内的成份计算带宽，显然2FSK信号的带宽为

（2-2）

为了节约频带，同时也能区分f1和f2，通常取|f1-f2|=2fs，因此2FSK信号的带宽为

（2-3）

当|f1-f2|=fs时，图2-4中2FSK的功率谱由双峰变成单峰，现在带宽为

（2-4）

关于功率谱是单峰的2FSK信号，可采纳动态滤波器来解调。

此处介绍功率谱为双峰的2FSK信号的解调。

2FSK滤波器的调解及抗噪声性能

2FSK信号的解调也有相干解调和包络解调两种。

由于2FSK信号可看做是两个2ASK信号之和，因此2FSK解调器由两个并联的2ASK解调器组成。

图2-5为相干2FSK和包络解调。

图2-52FSK信号调解器

相干2FSK抗噪声性能的分析方式和相干2ASK很相似。

现将收到的2FSK信号表示为

（2-5）

当发送数字信息为“1”时，2FSK信号的载波频率为f1，信号能通过上支路的带通滤波器。

上支路带通滤波器的输出是信号和窄带噪声ni1（t）的叠加（噪声中的下标1表示上支路窄带高斯噪声），即

（2-6）

此信号与同步载波cos2πf1t相乘，再经低通滤波器滤除其中的高频成份，送给取样裁决器的信号为

（2-7）

上式中未计入系数1/2。

与此同时，频率为f1的2FSK信号不能通过下支路中的带通滤波器，因为下支路中的带通滤波器的中心频率为f2，因此下支路带通滤波器的输出只有窄带高斯噪声，即

（2-8）

此噪声与同步载波cos2πf2t相乘，再经低通滤波器滤波后输出为

（2-9）

上式中未计入系数1/2。

概念

（2-10）

取样裁决器对x（t）取样，取样值为

（2-11）

其中，nI1、nI2都是均值为0、方差为

的高斯随机变量，因此x是均值为a、方差为

的高斯随机变量，x的概率密度函数为

（2-12）

概率密度曲线如图2-6所示：

图2-6裁决值的函数示用意

裁决器对x进行裁决，当x>0时，判发送信息为“1”，此裁决是正确的；当x<0时，裁决发送信息为“0”，显然此裁决是错误的。

由此可见，x<0的概率确实是发“1”错判成“0”的概率，即

（2-13）

当发送数字信号“0”时，下支路有信号，上支路没有信号。

用与上面分析完全相同的方式，可取得发“0”码时错判成“1”码的概率P（1/0），容易发觉，此概率与上式表示的P（0/1）相同，因此解调器的平均误码率为

Pe=P

（1）P（0/1）+P（0）P（1/0）=P（0/1）［P

（1）+P（0）］=P（0/1）（2-14）

因此

（2-15）

式中

注意，式中无需“1”、“0”等概这一条件。

第三章2FSK的仿真

由相关调制解调的原理图

带通滤波器

带通滤波器

相乘器

相乘器

低通滤波器

低通滤波器

抽样判决器

Cosω1t

Cosω2t

ω1

ω2

抽样脉冲

输出

输入

输入的信号为：

S（t）=[∑аn*g（t-nTs）]cosω1t+[ān*g（t-nTs）]cosω1t（ān是аn的反码）来设计仿真

仿真思路

1.第一要确信采样频率fs和两个载波频率的值f1，f2。

2.写出输入已经信号的表达式S（t）。

由于S（t）中有反码的存在，那么需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样。

写出已调信号的表达式S（t）。

3.在2FSK的解调进程中，如上图原理图，信号第一通过带通滤波器，设置带通滤波器的参数，后用一维数字滤波函数filter对信号S（t）的数据进行滤波处置。

输出通过带通滤波器后的信号波形。

由于已调信号中有两个不同的载波（ω1,ω2）,那么通过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形H1,H2。

4.通过带通滤波器后的2FSK信号再通过相乘器（cosω1，cosω2），两序列相乘的MATLAB表达式y=x1.*x2→SW=Hn.*Hn，输出取得相乘后的两个不同的2FSK波形h1,h2。

5.通过相乘器输出的波形再通太低通滤波器，设置低通滤波器的参数，用一维数字滤波韩式filter对信号的数据进行新的一轮的滤波处置。

输出经太低通滤波器后的两个波形（sw1,sw2）。

6.将信号sw1和sw2同时通过抽样裁决器，别离输出st1,st2。

其抽样裁决器输出的波形为最后的输出波形st。

对抽样裁决器经概念一个时刻变量长度i，当st1（i）>=st2（i）时，那么st=0，不然st=st2（i）.其中st=st1+st2。

仿真程序

程序如下：

fs=2000;%采样频率

dt=1/fs;

f1=20;

f2=120;%两个信号的频率

a=round（rand（1,10））;%随