2FSK.docx

2FSK.docx

《2FSK.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2FSK.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2FSK

通信原理课程设计

通信原理课程设计任务书...................................1

一一、绪论................................................2

三.设计基本原理.........................................3

四、课题方案设计.........................................8

五、信号仿真图...........................................11

六、系统各参数的设定.....................................14

七、设计小结............................................15

八.参考文献.............................................15

《通信原理课程设计》任务书

姓名左晓伟__班级05电子

（1）班指导老师金光浪

设计课题：

2FSK数字信号载波传输系统的设计与仿真

设计任务与要求

设计任务与要求：

一、基本要求：

1.设计一个2FSK数字信号载波传输系统，画出该系统的组成框图，说明工作原理；

2.说明通信仿真的意义，学会利用常用通信仿真软件仿真通信系统；

3.给出系统的仿真图与仿真波形，并进行简单的波形与图形分析；

4.编写课程设计说明书，要求字数不少于5000字。

二、发挥部分：

1、利用信道加扰法分析系统的抗噪性能；

2、给出相应系统的整体或部分电路。

设计步骤

1、调研并查阅相关的资料；

2、熟悉仿真软件的基本使用；

3、设计2FSK数字信号载波传输系统的总体框图，并调整好系统各参数；

4、根据系统框图设计仿真图并进行仿真；

5、调整系统参数，观察仿真图形的变化，分析系统的性能；

6、撰写设计说明书（字数不得少于5000字）；

7、列出设计时的参考文献。

参考文献

《现代通信原理》曹志刚编著清华大学出版社

《通信原理》课程设计指导书金光浪主编景德镇陶瓷学院

《Systemview动态系统分析及通信系统仿真设计》罗卫兵等编著，西安电子科技大学出版社

《Systemview系统设计及仿真入门与应用》李东生等编著，电子工业出版社

《数字通信系统的Systemview仿真与分析》青松等编著，北京航空航天大学出版社

《Matlab通信仿真及应用实例详解》邓华等编著人民邮电出版社

《现代通信系统分析与仿真——Matlab通信工具箱》李新建等编著西安电子科技大学出版社

一.绪论：

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。

在中低速数据传输中得到了广泛的应用。

二、通信仿真的意义：

现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。

由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。

随着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究具有更重要和更实用的意义。

计算机仿真技术的基础，是建立工程问题的数学模型。

只有建立了工程问题的数学模型，才能通过计算机进行仿真，达到对系统分析和检验的目的。

但由于现代通信系统和电子系统的复杂性，在许多时候直接建立数学模型是相当复杂的，也不利于工程使用。

因此，在电子系统的分析和设计中，人们一直希望有一种既能按物理概念直接建立分析和仿真模型，又能提供直观数学模型分析和仿真的工具。

SystemView就是一种比较适合这两种建模方法的现代通信系统设计、分析和仿真试验工具。

通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。

目前，电子设计自动化EDA（Electronic Design Automatic）技术已经成为电子设计的潮流。

为了使繁杂的电子设计过程更加便捷、高效，出现了许多针对不同层次应用的EDA软件。

美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个已开始流行的、优秀的EDA软件。

它通过方便、直观、形象的过程构建系统，提供丰富的部件资源，强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐被电子工程师、系统开发/设计人员所认可，并作为各种通信、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。

SystemView是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。

它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。

尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。

系统备有通信、逻辑、数字信号处理（DSP）、射频/模拟、码分多址个人通信系统（CDMA/PCS）、数字视频广播（DVB）系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。

该系统支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码（C/C＋＋），兼容Matlab软件。

同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持Xilinx 公司的FPGA芯片和TI公司的DSP芯片，是一个用于现代工程和科学系统设计与仿真的动态系统分析工具平台。

SystemView已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统的设计与仿真等领域。

软件仿真要以理论知识为指导，软件仿真对硬件开发提供方案论证和实践指导。

三、设计基本原理：

1.数字频率调制又称为频移键控，记作FSK（FrequencyShiftKeying），二进制频移键控记作2FSK。

数字频移键控是用载波的频率来传送数字信息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率，由于数字只有有限个取值。

那么，2FSK信号便是符号"1"对应与载波，而符号"0"对应于载频（与不同的另一个载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间来完成的。

从原理上讲调频可用模拟调频来实现，也可用键控法来实现，后者较为简便。

2FSK键控法就是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通的

2.2FSK信号的功率谱及带宽

2FSK信号的功率谱密度有两种情况分别为相位不连续的2FSK功率谱密度相位连续的2FSK功率谱密度。

（1）相位不连续的2FSK

由前面对相位不连续的2FSK信号产生原理的分析，可以视其为两个2ASK信号的叠加，其中一个载波为，另一个载波为。

因此，对相位不连续的2FSK信号的功率谱就可以像2ASK那样，分别在频率轴上搬移然后再叠加。

3

根据以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为

（5-1）

其中，s（t）为单极性非归零矩形脉冲序列

（5-2）

（5-3）

g（t）是持续时间为

、高度为1的门函数；

为对s（t）逐码元取反而形成的脉冲序列，即

（5-4）

是

的反码，即若

=0，则

=1；若

=l，则

=0，于是

（5-5）

分别是第n个信号码元的初相位。

一般说来，键控法得到的

与序号n无关，反映在

上，仅表现出当

与

改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于

与

改变时

的相位是连续的，故

不仅与第n个信号码元有关，而且

之间也应保持一定的关系。

由式（5-1）可以看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s（t）为基带信号、

为载频，另一路以

为基带信号、

为载频。

下图给出的是用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。

4FSK信号的解调

数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。

（1）包络检波法

包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。

这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同,分别为（

、

）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应

，下支路对应

，经包络检测后分别取出它们的包络s（t）及

；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。

若上、下支路s（t）及

的抽样值分别用

表示，则抽样判决器的判决准则为

图22FSK信号包络检波方框图

（2）相干检测法

相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图5-10所示。

图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。

它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值

进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。

图32FSK同步检测方框图

（3）过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。

数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。

过零检测法方框图及各点波形如图4所示。

2FSK输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点。

尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高。

经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。

这样就完成了频率－幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。

图4过零检测法方框图及各点波形图

（4）差分检测法

差分检波法基于输入信号与其延迟τ的信号相比较，信道上的失真将同时影响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。

实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。

本实验中,二进制的基带信号是用正负电平来表示的。

1对应于载波频率F1,-1对应于F2。

调制方法：

2FSK可看作是两个不同载波频率的ASK以调信号之和。

解调方法：

相干法和非相干法。

（本实验采用相干方式〕

类型：

二进制移频键控（2FSK），多进制移频键控（MFSK）.

四、课题方案设计：

（1）二进制移频键控（2FSK）调制

Ⅰ）2FSK信号的产生原理框图

Ⅱ）产生2FSK信号的SystemView仿真电路图

Ⅲ）观察波形

调频法和监控法输出的调制波形图

（a）调频法2FSK的输出

（b）键控法2FSK的输出

2FSK信号的功率谱

（2）2FSK键控信号的解调方法

二进制频移键控信号的解调

1、2FSK信号的解调原理方框图

二进制FSK信号的常用解调方法可采用非相干检测法和相干检测法，其中抽样判决器是判定那一个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平。

此外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、过零检测法及差分检波法等。

在此仅以前两种为例介绍。

2、2FSK解调的SystemView仿真电路图

3、调制前与解调后数据波形比较覆盖图

五、信号仿真图：

（1）理想信号的仿真图：

加噪后的仿真图：

加噪后信号波形

源波形

调制后波形

解调后波形

六、系统各参数的设定：

七、设计小结：

《通信原理》这门课程,对电子专业的学生来说，这无疑是很重要的专业基础课之一。

为了能够进一步熟悉各种通信系统的工作原理，使我们能够更进一步的了解通信系统的本质，也能够更加充分理解通信在其专业领域的意义。

因此,学好这门课程对于我们专业的学生来说,具有十分重要的意义。

所以，借这次课程设计的机会，我们主要是使用SystemView对各种通信系统进行仿真分析。

SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。

使我们能方便快捷地掌握SystemView这个软件的操作和运行，并能对仿真后的波形进行观察和分析。

在这次设计中我学会了很多原来不懂的知识，同时也感到了团队合作精神的宝贵。

这门设计提高了我们对一些电子通信应用方面的软件，为我们以后的学习奠定了坚实的基础。

八、参考文献：

《现代通信原理》曹志刚编著清华大学出版社

《通信原理》课程设计指导书金光浪主编景德镇陶瓷学院

《Systemview动态系统分析及通信系统仿真设计》罗卫兵等编著，西安电子科技大学出版社

《Systemview系统设计及仿真入门与应用》李东生等编著，电子工业出版社

《数字通信系统的Systemview仿真与分析》青松等编著，北京航空航天大学出版社

《Matlab通信仿真及应用实例详解》邓华等编著人民邮电出版社《现代通信系统分析与仿真——Matlab通信工具箱》李新建等编著