基于matlab的频移键控的调制解调系统设计

摘要

移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。FSK 主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。MATLAB 中的通信工具箱可以用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。阐述了计算机仿真的发展概况，及其重要意义，介绍了几种仿真软件，着重介绍了MATLAB和其通信工具箱。利用MATLAB建立了FSK仿真模型，并对仿真模型进行了测试,结果表明，仿真结果与理论基本一致，在研究FSK调制解调原理的基础上设计了调制解调电路。

关键词：FSK MATLAB 仿真调制解调

第一章设计任务及要求

1.1课程设计依据

在掌握频移键控调制解调原理的基础上，，利用MATLAB/Simulink软件进行系统的设计。

1.2课程设计内容

设计一个频移键控系统，具体要求如下：

1、信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s

2、载波1参数：幅度1 频率100rad/s

3、载波2参数：幅度1 频率20rad/s

4、BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/s

5、BPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/s

6、LPF参数：截止频率10rad/s

7、判决器参数：门限0.25

1.3课程设计要求

1.要求独立完成设计任务。

2.课程设计说明书封面格式要求见《天津城市建设学院课程设计教学工作规范》附表1

3.课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。

4.测试要求：根据题目的特点，在MATLAB仿真并上观察调制解调各个部分波形图。

5.课设说明书要求：

1)说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。

2)系统框图、MATLAB程序清单或Simulink框图。

3)对各部分的功能以及各部分之间的关系作较详细的描述。

说明仿真结果：调制解调各个部分波形图。并对其进行说明和分析

第二章 2FSK 调制与解调原理

2.1调制原理

二进制频移键控信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为：

=)(s t ⎪⎩

⎪⎨⎧++时发送“”时发送“"0),cos(1),cos 21(ϕωϕωn n t A t A

由图可见，2FSK 信号的波形（a ）可以分解为波形（b ）和波形（c ）,也就是说，一个2FSK 信号可以看成是两个不同载频的2ASK 信号的叠加。

2FSK 信号的产生方法有两种：

（1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。

（2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。

这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。

(a) (b)

图2.1 2FSK 信号产生原理图

由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即

)

cos(])([)cos(])([)

cos(·)()cos()()(221122112θωθωθωθωϕ+-++-=+++=∑∑∞-∞=∞-∞=t nT t g a t nT t g a t t g t t g t n s n n s n FSK

其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。

{P ,0P 11概率，概率-=

n a {P 1,0P 1-=概率，概率n a 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。

2.2解调原理

2FSK 信号的解调也分为2FSK 信号的接收也分为相干解调和非相干解调接收两类。

2.2.1相干解调

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：

图2.2.1相干解调原理框图

2.2.2非相干解调

非相干解调接收经过调制后的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：

图2.2.2 非相干解调原理框图

第三章 MUTLAB与Simulink介绍

3.1 MUTLAB

3.2 Simulink

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现

动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字

信号处理的建模和仿真中。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理

系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。其特

点为：

1、丰富的可扩充的预定义模块库。

2、交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。

3、以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。

4、通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模

型代码。

5、提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成

6、使用Embedded MATLAB™ 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。

7、使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型。

8、图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。

9、可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据模

型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。