MATLAB实现FSK信号的调制传输解调

MATLAB实现FSK信号的调制传输解调

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日期:2017年月日

一.实验目的

1.1课程设计目的

此次课程设计的目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，编写M文件实现FSK的调制和解调，绘制出FSK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察调解前后频谱的变化，再对信号进行噪声叠加后解调同样绘制解调前后的信号时频波形，最后改变噪声功率进行调解，分析噪声对信号传输造成的影响，加深对FSK 信号解调原理的理解。

1.2课程设计要求

熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握FSK调制解调原理的基础上，编写出F SK调制解调程序。在M文件环境下运行程序绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察波形在解调前后的变化，对其作出解释，同时对信号加入噪声后解调，得到解调后的时频波形，分析噪声对信号传输造成的影响。解释所得到的结果。

1.3课程设计步骤

本课程设计采用M文件编写的方法实现二进制的FSK的调制与解调，然后在信号中叠加高斯白噪声。一，调用dmode函数实现FSK的解调，并绘制出F SK 信号调制前后在时域和频域中的波形，两者比较。二，调用ddemod函数解调，绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，两者比较。三，调用awgn函数在新海中叠加不同信噪比的噪声，绘制在各种噪声下的时域频域图。最后分析结果。

1.4设计平台简介

Matlab是美国 MathWorks公司开发的用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。是目前最好的科学计算类软件。

作为和Mathematica、Maple并列的三大数学软件。其强项就是其强大的矩阵计算以及仿真能力。Matlab的由来就是Matrix + Laboratory = Matlab，这个软件在国内也被称作《矩阵实验室》。Matlab提供了自己的编译器：全面兼容C++以及Fortran两大语言。Matlab 7.1于2005.9最新发布-完整版,提供了MATLAB，SIMULINK的升级以及其他最新的75个模块的升级。7.1版本提高了产品质量，

同时也提供了新的用于数据分析、大规模建模、固定点开发、编码等。所以Matlab 是工程师，科研工作者手上最好的语言，最好的工具和环境。

二.设计原理

2.1 FSK基本原理

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f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为

e2fsk(t)=Acos(ω1t+φn)发送“1”时；e2fsk(t)=Acos(ω2t+θn)发送“0”时。一个2FS K可以看成两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此2FSK信号时域表达式又可以写成

e2fsk(t)=[ ∑

n ang(t-nTs)]cos(ω1t+φn)+[∑

n

a ng(t-nTs)]cos(ω2+θn)(2-1)

式中：g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为T s；a n=1时，概率为P; a n=0时，概率为1-P;

a n是a n的反码，若a n=1，则a n=0；若若a n=0，则a n=1，于是

a n=1时，概率为1-P; a n=0时，概率为P;

Φn和θn分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位。在移频键控中Φn和θn 不携带信息，通常和令Φn和θn为零。因此2FSK信号表达式可简化为:

e2fsk(t)=s1(t)cosω1t+ s2(t)cosω2t(2-2)

s1(t)= ∑

n

ang(t-nTs) (2-3)

s2(t)= ∑

n

a ng(t-nTs) (2-4)

2.2 FSK调制原理

在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1 和0）。产生FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是０还是１，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK 信号称为不连续FSK 信号。）其实现如图一所示：

图2-1 非连续相位FSK 的调制方式

2.3 FSK 解调原理

对于FSK 信号的解调方式很多：相干解调、滤波非相干解调、正交相乘非相干解调。而FSK 的非相干解调一般采用滤波非相干解调，解调原理是将2FSK 信号分为上下两路2ASK 信号分别进行解调，然后判决，这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号为对应载波频率f1,则接受时上支路的样值大小，应判为“1”反之则判为“0”。

图2-2 2FSK 信号非相干解调原理图

带通滤波FH 带通滤波FL 包络检波

包络检

波

判决

FS

K 振荡器

FH 振荡器

FL

放大 输出

输入

三.仿真实现过程

3.1 FSK信号的产生

调用domde函数实现FSK的调制：

y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df); (3-1)

其中y为已调信号；x为调制信号；Fc=10为载波频率；Fs=40 系统采样频率；Fd=1码元速率。

此程序输入的是二进制的FSK信号且为数字信号，所谓为连续的二进制图形如图三所示：

图3-1 输入的二进制随即序列

对该信号进行频谱分析在M文件下得到了调制后的频域和时域图设定好各个的参数

图3-2 调制后的信号图3-3 调制后的频谱图

通过调制，从所得的图形可知输入的二进制随机信号没受到噪声干扰的时候是很规则的信号调制后的信号

3.2F SK的解调

对调制好的FSK信号进行非相干解调。输入的FSK 中频信号分别经过中心频率为fH、fL 的带通滤波器，然后分别经过包络检波，包络检波的输出在t=kTb。时抽样（其中k 为整数），并且将这些值进行比较。根据包络检波器输出的大小，

比较器判决数据比特是１还是０。