基于Simulink的2FSK调制解调系统设计

二○一二～二○一三学年第二学期
电子信息工程系
课程设计计划书
班级：
课程名称：
学时学分：
姓名：
学号：
指导教师：
二○一三年六月一日
一、课程设计目的：
通过课程设计，巩固已经学过的有关数字调制系统的知识，加深对知识的理解和应用，学会应用Matlab Simulink 或SystemView等工具对通信系统进行仿真。

二、课程设计时间安排：
课程设计时间为第一周。

首先查找资料，掌握系统原理，熟悉仿真软件，然后编写程序或构建仿真结构模型，最后调试运行并分析仿真结果。

三、课程设计内容及要求：
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：
{
)cos()
cos(212)(n n t A t A FSK t e ϕωθω++=
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：
)cos()]([)cos(])([)(2_
12n s n
n n n
s n FSK t nT t g a t nT t g a t s ϕωθω+-++-=∑∑
1
1
1
1
t
ak s 1(t)
cos (w1t+θn ) s 2(t) s 1(t) co s(w1t +θn )cos (w2t+φn)
s 2(t) cos (w2t+φn)
2FSK 信号
t
t
t
t
t
t
2.1 2FSK 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：
载波 f1
载波 f2
二进制数据
2FS K 输出信号
2FS K 的调制原理图
2.2 2FSK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：
输入
带通滤波器 F1包络检波器
带通滤波器 F2包络检波器
抽样脉冲抽样判决器
非相干方式原理图
输出
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：
输入
带通滤波器 F1
带通滤波器 F2
cos2π f1t
相乘器低通滤波器
低通滤波器
抽样脉冲抽样判决器
输出cos2π f2t
相乘器
相干方式原理图
本次课设中采用键控法产生2FSK调制信号，在接收端采用相干解调法解调。

四、系统仿真详细设计：
系统设计全貌
12FSK调制信号的产生
上边左图为2FSK信号键控法产生原理图，右图是贝努力基带数字信号参数设置截图，可以看出基带信号频率为200Hz，这些参数将在后面设计滤波器时应用到。

载波f1和载波f2参数设计如下，可以看出频率分别为1000Hz和3000Hz：
两种载波信号和基带数字信号波形如下图，
22FSK调制信号与加性高斯噪声的叠加
上边左图为2FSK调制信号与加性高斯噪声的叠加设计图，右图为加性高斯噪声参数设置图
下图为2FSK调制信号、加性高斯噪声信号和叠加后信号波形图：
3解调模块带通滤波器的设计
基带数字信号取样周期是0.005S，频率为200Hz，则其带宽是400Hz，滤波器的是根据载波中心频率和基带信号带宽设计的，上图为对对应于载波f1的带通滤波器，Fc1为带通起始频率，Fc2为截至频率。

下图为对对应于载波f2的带通滤波器设计：
经过带通滤波器出来的波形如下图所示：
4解调模块相乘器的设计
相乘器的设计，实则为一乘法器，将带通滤波器出来的信号与本地载波相乘，具体设计如下图：
5解调模块低通滤波器的设计
此处两个低通滤波器的设置参数一致，具体的如下图：
经过低通滤波器滤波后出来的信号波形如下图：
6解调模快抽样判决和眼图误码率分析的设计
具体的设计如下：
抽样判决模块采用Relational Operator模块，后接一延时模块，出来的信号分别进行眼图分析和误码率分析，下面具体介绍和两个部分。

眼图分析部分，采用升余弦滚降接受滤波器，滤波后进入眼图分析，二者参数设置如下：
眼图波形如下图：
解调出来的波形与信源波形比较如下图：
误码率分析模块显示误码率为0.04478，这个值在合理的范围里，说明该系统工作正常。

五、课设心得：
在这次课程设计过程中，我获益匪浅。

通过这个实验，让我清楚地了解和掌握了Simulink 的功能，实现了所学2FSK调制解调的仿真，对2FSK的原理更加熟悉了，并巩固了数字调制系统的相关知识点。

体会到理论和实际是有好大不同的，实践离不开理论，理论只有应用于实践才能发挥其作用。

学过的东西，只有自己实际去做了才能更熟悉，才能对其本质更了解。

在将理论用各种方法实现的同时，我们也在不断的搜集资料，不断的学习，获得更多的相关知识。

在对MATLAB的应用中和学习别人的程序时，我体会到MATLAB的功能之强大，应用之广泛，任何一件作品都是没有最好，只有更好，但是无论通过怎样的途径，我们都能表达出理论的成果。

因此对其产生了更大的兴趣，很有感觉。

总之这次课程设计使我收获甚大。

六、参考书目：
[1] 刘树棠译. 现代通信系统----使用Matlab. 西安: 西安交通大学出版社, 2001.
[2] 李建新等编著. 现代通信系统分析与仿真----Matlab通信工具箱. 西安: 西安电子科技大
学出版社, 2001.
[3] 李贺冰等编. Simulink通信仿真教程. 北京: 国防工业出版社, 2006.
[4] 罗卫兵等编著. systemview动态系统分析及通信系统仿真设计. 西安: 西安电子科技大学
出版社, 2001.
[5] 青松等编著. 数字通信系统的Systemview仿真与分析. 北京: 北京航天航空大学出版社,
2001.。