对4FSK通信系统进行仿真 论文文档格式.docx

1、1.李斯伟主编数字通信系统原理. 人民邮电工业出版社，2012.9 2. 李志菁主编高职教材通信原理北京师范大学出版社, 2008.23. 李志菁主编高职教材数字通信技术，机械工业出版社出版，2005.7 4. 李志菁编写高职教材现代通信系统，由机械工业出版社出版，2001.6 5. 李志菁参编通信技术基础（教材） 电子工业出版社 2000.1天津电子信息职业技术学院 页号（1）注：1.本毕业设计任务书由指导教师填写。毕业设计（论文）进度计划表序号起止日期计划完成内容12014.3.24-2014.4.6查阅资料准备开题22014.4.7-2014.5.11课题开题并完成开题报告32014.5

2、.12-2014.5.18SystemView软件操作，基本图形绘制、图形编辑42014.5.19-2014.5.25熟悉4FSK通信系统基础知识52014.5.26-2014.6.1绘制4FSK通信系统草图62014.6.2-2014.6.5确定4FSK通信系统的有关参数72014.6.6-2014.6.8对4FSK通信系统并进行仿真82014.6.9-2014.6.22编写说明92014.6.23-2014.7.20撰写论文102014.7.21-2014.8.30完成论文并准备答辩系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日1.本毕业设计（论文）进度计划表由指导教师填写。

3、2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目对4FSK通信系统进行仿真 学生姓名李雪系别电子技术系专业、班级通信S12-1班指导教师李志菁职称副教授工作单位毕业设计（论文）开题报告内容要求：课题的意义、现状及发展趋势。课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。课题所需的参考书目等。开题报告占毕业设计（论文）总成绩的10% 。近二十年来,随着通信技术的发展,许多高校都开设了通信原理课程。动态系统仿真软件System View有教学中的应用进行了探讨和研究，并给出的实际仿真电路和有关波形图。System View是美国Ela nix公司推出的基于Win

4、dows平台的动态系统仿真软件。System View是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。System View借助大家熟悉的Windows窗口环境，以模块化和交互式的界面，为用户提供一个嵌入式的分析引擎。System View仿真系统的主要特点有：能仿真大量的应用系统；能快速方便地进行动态系统设计与仿真；在本文中可以方便地加入System View的结果；完备的滤波和线性设计；先进的信号分析和数据处理；完善的自我诊断功能等。System View由两个窗口组成，分别是系统设计窗口的分析窗口。系统设计窗口，包括标

5、题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度；活动图形窗口显示输出的各种图形，如波形等。分析窗口是用户观察System View数据输出的基本工具，在窗口界面中，有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。在分析窗口最为重要的是接收计算器，利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进一步的组合运算。例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。随着时代的发展

6、，数字信号在信号传输比模拟信号有许多的优越性，数字信号传输也越来越重要。虽然近距离传输可以由数字基带信号直接传输，但是要进行远距离传输时必须将基带信号调制到高频处，所以调制解调技术是数字通信中一种关键的技术。 二进制频移键控是数字信号调制的基本方式之一。而多进制（MFSK）的可降低信道系统信噪比的要求。2FSK信号的产生方法主要有两种：采用模拟调频电路实现；采用键控法来实现，即在二进制基带脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每个码元期间输出f1和f2两个载波之一。频移键控是利用载波的频率变化来传递信息的。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率

7、点间变化。同理4FSK中基带脉冲序列四个码元（00 01 10 11）可用f1,f2,f3,f4四个载波之一；本文讨论4FSK是通过并联输入两位基带信号，两位二进制来表示四进制的频移键控。 4SKF可通过基带信号（00,01,10,11）并联传输0或1来分别用f1,f2,f3,f4。四个载频表示，两路基带信号作为控制选通选通开关，1路选通开关发送0时选通载频f1, 发送0时选通载频f2, 1路选通开关发送0时选通载频f3, 送1时选通载频f4。两路不同载频通过相加器得到已调信号发送出去参考文献：1罗卫兵,孙桦,张捷. System View动态系统分析及通信系统仿真设计M.西安:西安电子科技大

8、学出版社,2001:3-5.2 樊昌信，曹丽娜. 通信原理（第六版）.国防工业出版社，2010.指导教师审核意见：签字：天津电子信息职业技术学院 页号（2）本报告由学生本人填写。摘要关键词：调制解调；四进制的频移键控；多进制（MFSK）一、绪论1引言随着电子计算机的普及，数据通信技术正在迅速发展。数字频率调制是数据通信中常见的一种调制方式。频移键控（FSK）方法简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，并且主要适用于用于低、中速数据传输。由于FSK调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解FS

9、K后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。2. FSK简介 数字频率调制又称频移键控（FsKFrequency Shift Keying），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消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。 2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法 则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对

10、两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。3.课题的主要研究工作及意义课题主要研究2FSK信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调制及解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正确的完成调制解调任务。数字调制解调技术是现代通信的一个重要的内容,在数字通信系统中,由于基带数字信号包含了丰富的低频部分,如果要远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道无线或光纤信道传输时,必须对数字信号进行载波调制,使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上,这就称为数字调制（Digital Modulation） 。它可以分别对载波的幅度、频率、相位进行调制

11、,于是有ASK（移幅键控） 、FSK（移频键控） 、PSK（移相键控） 等调制方式。数字调制同时也是时分复用的基本技术,其中FSK 是利用数字信号去调制载波的频率,是信息传输较早的一种传输方式,（2FSK） 在通信系统中应用广泛。4. FSK的发展及应用前景（1）、FSK Modem MSM7512B在电力线通信中的应用:MSM7512B是由OKI公司推出的关于FSK调制解调的芯片。电力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利数据传输的特性。为了排除这些干扰，目前利用电力线进行通信的产品有很多，通信质量和距离各有差异。这里介绍的是利用FSK调制解调芯

12、片MSM7512B来实现的一种点对点通信方式。这种传输方法是隔离（变压器隔离方式）的。当通信距离较远时，可用MSM7512B替代隔离的RS-485接口芯片。它具有抗干扰能力强、误码率低、可靠性高、投资少、建设方便等优点，同时也存在着数据传输速度低（只能达到1200bps），在通信距离变得很远时误码率有所增高的缺点。这种基于MSM7512B来实现电力线通信已经在智能小区数据通信的实践应用中取得了良好的使用效果。（2）、来电显示：来电显示的信息传输方式有2种：FSK和DTMF。FSK方式与DTMF方式相比有如下的优点：数据传输速率高，在规定时间内能传的字符数多；FSK方式支持ASCII字符集，而D

13、TMF方式只支持数字及少数字符。目前采用FSK方式的国家和地区有：美国、中国、日本、英国、加拿大、比利时、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要则是以瑞典为代表的一些欧洲国家等。 （3）、蓝牙（Bluetooth）通信设备:蓝牙（Bluetooth）是应用FSK调制解调的一个重要领域之一。蓝牙可替代短距离线缆，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装置间的无缝线连接。越来越多的旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、商场、会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。二、理论基础1 2FSK 调制原理及方法（1） 2FSK调制的基本原理用基带信号对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频

14、移键控（FSK）。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强。其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高，因此，额移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽的信道。（2） 2FSK信号的表达式和波形图频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化。故其表达式为： （式2.1） 假设二进制序列s（t）为l01001时，则2FSK信号的波形如图2.1.2所示图2.1.2 2FSK信号的波形从图中可以看出，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，2F

15、SK信号的时域表达式又可写成式中：g（t）为单个矩形脉冲，脉宽为 ；是的反码，若=1，则=0；若=0，则=1，于是分别是第n个信号码元的初相位。在移频键控中，不携带信息，通常可令和为零。（3） 2FSK信号的带宽由式（2.1）可知，2FSK信号可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和，因此它的频带宽度是两倍数字基带信号带宽（B）与之和，即：（4） 2FSK调制方案的比较2FSK信号产生的方法主要有两种。一种可以采用模拟电路来实现（即直接调频法）；另一种可以采用键控法来实现。 直接调频法原理所谓直接调频法，就是用数字基带信号去控制一个振荡器的某种参数而达到改变振荡频率的目的。如图2.1.3所示图

16、2.1.3 直接调频法原理框图键控法原理该方法就是在二进制基带矩形脉冲序列的控制 下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出或两个载波之一。其原理如图1.2.2所示，它将产生二进制FSK信号。图中，数字信号控制两个独立振荡器。门电路（即开关电路）和按数字信号的变化规律通断。若门打开，则门关闭故输出为，反之则输出。这种方法的特点是转换速度快、波形好，而且频率稳定度可以做得很高。频率键控法还可以借助数字电路来实现。以上两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Contin

17、ous-Phase FSK，CPFSK）而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图2.1.4 键控法原理框图三、设计基本原理与系统框图1对4FSK通信系统进行原理分析由于我们以前学过2FSK信号的产生，知道它有两种方法：调频法和开关法，前者是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能输出两个不同频率的码元；后者是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。这里我们要研究的是4FSK信号，是采用第二种方法得到的，即用基带四进制信号去键控四个频率不同的载波，就可以得到四进制频移键控信号，其中4FSK是采用四

18、个不同的频率分别表示四进制的的四个码元00、01、10、11，每个码元都含有2bit的信息，其波形如图1-1所示，这时仍和2FSK时的条件相同，即要求每个载频之间的距离足够大，使不同频率的码元频谱能够用滤波器分离开，或者说使不同频率的码元相互正交。4FSK调制原理如下： 传“0”信号（或00）时，发送频率为f1的载波；传“1”信号（或10）时，发送频率为f2的载波；传“2”信号（或11）时，发送频率为f3的载波；传“3”信号（或01）时，发送频率为f4的载波。系统方框图如图1-2所示4FSK2各单元电路图设计（1）本次系统设计大致可分为四大模块晶体振荡器与信源共用，位于信源单元；多级分频电路；

19、4FSK调制中的逻辑电路单元；二进制基带信号的串/并转换模块。（2）信源单元电路本摸块是整个课程设计系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-3所示本单元用来产生晶振信号和NRZ信号，图1-4为信源单元电路图，它上面的元器件与图1-3上各单元对应关系如下：晶振 CRY：晶体； U1：反相器7404分频器 U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160并行码产生器 K1、K2、K3：8位手动开关，从左至右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的24位代码相对应八选一 U5、U6、U7：8位数据选择器4512三选一 U8：倒相器

20、 U20：非门74LS04抽样 U9：D触发器74LS74从晶振产生一个4.096KHz的信号，一路做时钟信号CLK，一路送到74LS193，74193完成2、4、8运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率为2048MHz，S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CD= PL =1、MR=0时，可在QA、QB、QC及QD端分别输出上述4个信号。图1-4 数字信源电路图（3）多级分频电路它是由晶振电路和一个具有分频功能的74LS193芯片构成的。系统要求产生图2-1 分频电路图，四个频率不

21、同的脉冲序列，所以要通过分频电路将主时钟输出的信号分别进行2分频、4分频、8分频。根据频率的不同，采用三个分频器进行分频。CLK信号由一个晶振电路实现，信号分别是由三个串接的二分频器而得到的，它们的频率分别为CLK频率的1/2、1/4、1/8，其电路图如图2-1所示。（4）4FSK调制中的逻辑电路单元类似于2FSK调制模块，4FSK调制模块是采用一个四选一数据选择器，经过多次分频产生的四个不同频率的信号作为数据选择器的四个输入端，经过串并转换的两路并行信号作为数据选择器的两个地址端，对应的每一种地址选中不同频率的输入信号，即“00”时选中频率为的信号；“01”时选中频率为“10”时选中频率为“

22、11”时选中频率为的信号，此模块电路图如图3-1所示。图3-1 逻辑电路图3-1中的逻辑电路即为双四选一数据选择器，接口分别接来自多次分频的频率不同的四种信号附加控制端接地，分别接串/并转换电路的两个输出端，输出端即为4FSK调制信号。（5）二进制基带信号的串/并转换模块串/并转换器：移位寄存器除了具有存储代码的功能以外，还具有移位功能。所谓移位功能，是指寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下依次左移或右移，因此移位寄存器还可以用来实现数据的串并转换。 图5.1所示电路是由对称式多谐振荡器和二位移位寄存器（边沿触发器结构的D触发器组成）构成的串并转换模块电路，其中对称式多谐振荡器是用来产生串行

23、输入信号和移位脉冲的，第一个触发器的输入端接收串行输入信号，其余的每个寄存器输入端均与前边一个触发器的Q端相连。图5-1串并转换电路图 因为从CP上升沿到达开始到输出端新状态的建立需要经过一段传输延迟时间，所以当CP的上升沿同时作用于所有的触发器时，它们输入端的状态还没有改变。于是按原来的状态反转。 例如，在4个时钟周期内输入代码依次为1011，而移位寄存器的初始状态为=00，那么在移位寄存器的作用下，移位寄存器里的代码移动情况如表5-2所示，图5-3给出了各触发器在移位过程中的电压波形图。 可以看到，经过四个CP信号以后，串行输入的4个代码全部移入了移位寄存器中，同时在4个触发器的输出端得到

24、了并行输出的代码。CP的顺序输入的 0 1i.0ii.011 1 01 1表5-2总电路图如图5.4所示图5.4所示 总电路图四、System VIEW仿真图系统仿真各参数说明：根据前面的设计基本原理及系统框图，可得系统仿真图如图5-1所示信源模块0表示4.096KHZ的晶振信号；模块2、3、4均为二分频器；模块1为八选一数据选择器，作为4FSK调制模块，它的和使能端均置0；模块6、8、9、10、11、12、13共同构成串并转换模块，模块6为二进制双极性基带信号，模块8为采样延迟器，模块9、32为延迟器，模块31、33、34、35分别是截止频率为2.048KHZ、1.024KHZ、0.512K

25、HZ、4.096KHZ的低通滤波器，模块10、11用来抽样器压缩，模块12、13是保持器；模块36为低电平；模块7、14为串并转换后的两路并行信号波形如图5-2、5-3，29显示调制后的4FSK信号波形如图5-4。图5-1 系统仿真图图5-2 串并转换后的并行信号一图5-3 串并转换后的并行信号二图5-4 4FSK信号思考题研究：信息代码为1001101010011010，经过串并转换后其中一列并行信号与原信息码元序列相同，另一列并行信号序列为010*对取载频为码元速率的一倍，则码元00对应载频的一倍，10对应载频的两倍，11对应的载频四倍，01对应载频的八倍，4FSK信号波形如图5-5所示，

26、图（a）为前八个码元对应的4FSK波形，图（b）为后八个码元对应的4FSK波形。10 01 00 10 11 01 10 01图（a）10 01 00 10 11 01 10 01图（b）图5-5 4FSK信号波形五、总结与体会两周课程设计终于结束了，虽然有两周的时间但感觉却是那么的短暂，当我拿到课题时我不知道从何下手，急得我不知如何是好，我想这主要原因是没学好通信原理这门课。但是车到山前必有路，我相信我虽然不能做到最好，但我能尽力做到更好。经过大二这一个学期通信原理的学习，我对通信系统有了更进一步的认识，我们这次就是设计4FSK数字调制系统，由于我们在大二时对系统仿真软件System view有过简单的学习，又鉴于上个学期高频课程设计中对它的应用，这次老师又要求我们对整个接收机系统进行仿真，所以通过这次设计，我对System view软件有了更深的了解。仔细看了下设计要求我就查找相关的资料，但是动手设计起来，并不是想象中的那样。发现自己上个学期学的这方面知识，基本上都忘光了。没办法只有从新开始。由于我们上学期也学过数字键控，但都是二进制体系，于是我基于二进制数字键控信号的产生方法，首先我想到的是开关法产生4FSK信号，类似于2FSK数字调制的思路，用基带四进制信号去作为地址输入端去控制数字选择器选择它的四个输入载波中的其中一个，确定了设计思路后首先就开始进行系统仿真，