2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢業(yè)論文</b></p><p>  FSK調(diào)制技術(shù)及其MATLAB仿真</p><p>  院 系 資 訊 管 理 系 </p><p>  班 級 </p><p>

2、;  姓 名 </p><p>  學(xué) 號 </p><p>  指導(dǎo)教師 </p><p>  職 稱

3、</p><p>  提交時間 </p><p>  基于MATLAB的FSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(SIMULINK仿真)</p><p>  中文摘要:移頻鍵控(FSK)是數(shù)據(jù)通信中最常用的一種調(diào)制方式。FSK方法簡單易于實現(xiàn),并且解調(diào)不需要恢復(fù)本地載波,可以異步傳輸,抗

4、噪聲和抗衰落性能較強。缺點是占用頻帶較寬,頻帶利用不夠經(jīng)濟。FSK主要應(yīng)用于低中速數(shù)據(jù)傳輸,以及衰落信道和頻帶較寬的信道中。MATLAB 可以用來進行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計和仿真。闡述了計算機仿真的發(fā)展概況,及其重要意義,著重介紹了MATLAB的基礎(chǔ)知識和其重要工具--動態(tài)仿真軟件SIMULINK的基本操作。利用MATLAB中的仿真工具SIMULINK建立了FSK仿真模型,并對仿真模型進行了測試,經(jīng)結(jié)果分析表明,仿真結(jié)果與理論基

5、本一致。</p><p>  關(guān)鍵詞 : FSK ; MATLAB ; 仿真 ; 調(diào)制解調(diào)</p><p>  Title : FSK modulation system design based on MATLAB </p><p>  Abstract:

6、 Frequency Shift Keying (FSK) is a data communication most commonly used as a </p><p>  modulation mode. FSK method is simple, easy to implement, and demodulation not restore local </p><p>  car

7、rier, ATM, Anti-noise and anti-fading strong performance. The drawback is a wide band </p><p>  occupation, the economy enough bandwidth utilization. Hence, FSK is mainly applied into data transport in low o

8、r medium rate and in fading channel or channels with relative wide bandwidth. MATLAB can be used for communications in the research, development, system design and simulation. Expounded on the development of computer sim

9、ulation profiles and its significance MATLAB highlights of the basic knowledge and its important tools -- dynamic simulation software SIMULINK base the operation. Using </p><p>  Keywords: FSK ; MATLAB ;

10、simulation ; modulation; demodulation</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  第1章 緒論5</b></p><p>  1.1課題研究背景方法及目的6</p><p>  1.2 課題設(shè)計要求7</p>

11、<p>  1.3 課題設(shè)計步驟7</p><p>  1.4 MATLAB概述7</p><p>  第2章 FSK系統(tǒng)的理論綜述13</p><p>  2.1數(shù)字調(diào)制解調(diào)13</p><p>  2.2 頻移鍵控(FSK)14</p><p>  2.2.1 FSK的調(diào)制原理14<

12、;/p><p>  2.2.2 FSK的解調(diào)原理15</p><p>  第3章 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真16</p><p>  3.1FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真過程與結(jié)果15</p><p>  3.2 FSK在MATLAB環(huán)境下的分析19</p><p>  3.2.1 FSK在MATLAB

13、環(huán)境下的優(yōu)劣19</p><p>  3.2.2 FSK的解調(diào)實現(xiàn)19</p><p>  3.2.3 FSK信噪比對誤碼率的影響分析21</p><p>  第4章 總結(jié)23</p><p><b>  致謝24</b></p><p><b>  參考文獻25<

14、/b></p><p><b>  附錄26</b></p><p><b>  緒論</b></p><p>  隨著社會的不斷發(fā)展,通信對我們來說越來越顯的重要。對于通信技術(shù)來講,對我們來講的質(zhì)量也就顯的非常的關(guān)鍵。通信的根本任務(wù)是如何保證遠距離傳輸信息的正確性,在這方面數(shù)字通信系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢。這主要是因為

15、數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號,由于信號時離散的,被噪聲干擾后的信號只要沒有超過門限,接收端就能完全正確的判斷出傳輸?shù)男畔?;而對于模擬傳輸系統(tǒng),只要有稍微的干擾都會使傳輸信息產(chǎn)生錯誤。也正是由于這樣的原因,數(shù)字通信系統(tǒng)才能在各方面逐漸的取代模擬通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代通信的最基本的方式。為了方便區(qū)別于信號和噪聲,使通信不失真和不受干擾,往往給測量信號賦以一定特征,這就是調(diào)制的功能。調(diào)制就是用一個信號(稱為調(diào)制信號)去控制另一個作為載體的信

16、號(稱為載波信號),讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。再將測量信號調(diào)制,并將它和噪聲分離,放大等處理后,還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號,這一過程稱為解調(diào)。為了更好地利用通信信道的帶寬并使信號能夠傳送更大的距離,在數(shù)字載波通信中,我們采用了三種解調(diào)方式:幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。其中頻移鍵控(FSK)是信息傳輸</p><p>  1.1課題研究背景方法及目的<

17、;/p><p><b> ?。?)研究背景</b></p><p>  隨著通信系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加,傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要,通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來越受到重視。傳統(tǒng)的通信仿真技術(shù)主要分為手工分析與電路試驗兩種,可以得到與真實環(huán)境十分接近的結(jié)果,但耗時長,方法比較繁雜,而通信系統(tǒng)的計算機模擬仿真技術(shù)是介于上述兩種方法的一種系統(tǒng)設(shè)計方法,它可以讓用戶在

18、很短的時間內(nèi)建立整個通信系統(tǒng)模型,并對其進行模擬仿真。早期,多采用計算機高級程序語言(FORTRAN、PASCAL、C等)進行仿真,用這些高級程序語言編寫系統(tǒng)仿真程序,雖然比上述兩種方法更加便捷,但在程序編寫中仍需花費大量時間精力考慮事件的發(fā)生、處理以及結(jié)果的可視化等因素。即使是一個簡單系統(tǒng),程序都十分冗長,難于調(diào)試[1]。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用,使得數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要?,F(xiàn)代通信系統(tǒng)中,由于數(shù)字信號

19、較模擬信號的抗干擾能力強,無噪聲積累傳輸質(zhì)量好;保密性高;便于與計算機連接;通信設(shè)備便于集成化、小型化、智能化;便于差錯控制等優(yōu)勢。信號往往采用數(shù)字進行傳輸。數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),該系統(tǒng)對基帶信號進行調(diào)</p><p>  FSK技術(shù)以其抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入、移動通信及有線電視系

20、統(tǒng)之中。</p><p><b> ?。?)研究方法</b></p><p>  隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用,數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來越重要。數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),該系統(tǒng)對基帶信號進行調(diào)制,使其頻譜搬移到適合在信道(一般為帶通信道)上傳輸?shù)念l帶上。數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制一樣都是正弦波調(diào)制

21、,即被調(diào)制信號都為高頻正弦波。數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號,數(shù)字調(diào)制過程中處理的是數(shù)字信號,而載波有振幅、頻率和相位3個變量,且二進制的信號只有高低電平兩個邏輯量即1和0,所以調(diào)制的過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調(diào)制,最基本的方法有三種振幅調(diào)制(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK) [2]?;谛盘柕南到y(tǒng)仿真,是通信電子類專業(yè)教學(xué)和科研經(jīng)常使用的一種方法。</p><p>

22、<b>  (2)研究目的</b></p><p>  1、加深理解FSK系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)原理;</p><p>  2、通過MATLAB仿真深入學(xué)習(xí)FSK系統(tǒng)及其性能;</p><p>  3、熟悉和掌握MATLAB軟件的使用方法和在通信領(lǐng)域的應(yīng)用;</p><p>  4、通過這次課題設(shè)計,自己能夠務(wù)實專業(yè)知識,培養(yǎng)分

23、析問題和解決問題的能力。</p><p><b>  1.2課題設(shè)計要求</b></p><p>  1、熟悉MATLAB的使用方法,掌握FSK信號的調(diào)制解調(diào)原理,以此為基礎(chǔ)用M文件編程實現(xiàn)FSK信號的調(diào)制解調(diào)。</p><p>  2、演示FSK調(diào)制解調(diào)的過程,并畫出誤碼率隨信噪比的變化曲線。</p><p>  3、

24、在老師的指導(dǎo)下,獨立完成課程設(shè)計的全部內(nèi)容,并按要求編寫課程設(shè)計論文,文中能正確闡述和分析設(shè)計和實驗結(jié)果。</p><p><b>  1.3課題設(shè)計步驟</b></p><p>  本課程設(shè)計步驟如下:</p><p>  1、隨機產(chǎn)生原始數(shù)字信號序列并對其進行FSK調(diào)制;</p><p>  2、對已調(diào)信號進行解調(diào),

25、并繪制出解調(diào)后的數(shù)字信號序列;</p><p>  3、分析解調(diào)結(jié)果,對照不同參數(shù)設(shè)置下的解調(diào)效果;</p><p>  4、分析噪聲對誤碼率的影響。</p><p>  1.4 MATLAB概述</p><p>  一、MATLAB簡介</p><p>  MATLAB軟件是由美國MATH WORKS公司于1984年

26、推出的一種面向科學(xué)與工程的計算軟件,用于概念設(shè)計、算法開發(fā)、建模仿真、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境,主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB內(nèi)核及輔助工具箱,兩者的調(diào)用構(gòu)成了MATLAB的強大功能。通過MATLAB和相關(guān)工具箱,工程師、科研人員、數(shù)學(xué)家和教育工作者可以在統(tǒng)一的平臺下完成相應(yīng)的科學(xué)計算工作。</p><p>  MATLAB是矩陣實驗室(Matr

27、ix Laboratory)的簡稱,它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等,主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。[3] MATLAB語言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位,包括控制流語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言。</p><p><b&

28、gt;  其主要特點是:</b></p><p> ?。?)具有豐富的數(shù)學(xué)功能</p><p>  包括矩陣各種運算。如:正交變換、三角分解、特征值、常見的特殊矩陣等。</p><p>  包括各種特殊函數(shù)。如:貝塞爾函數(shù)、勒讓德函數(shù)、伽碼函數(shù)、貝塔函數(shù)、橢圓函數(shù)等。</p><p>  包括各種數(shù)學(xué)運算功能。如:數(shù)值微分、數(shù)值積

29、分、插值、求極值、方程求根、FFT、常微分方程的數(shù)值解等。 </p><p> ?。?)具有良好的圖視系統(tǒng)</p><p>  可方便地畫出兩維和三維圖形。</p><p>  高級圖形處理。如:色彩控制、句柄圖形、動畫等。</p><p>  圖形用戶界面GUI制作工具,可以制作用戶菜單和控件。使用者可以根據(jù)自己的需求編寫出滿意的圖形界面。

30、</p><p> ?。?)可以直接處理聲音和圖形文件</p><p>  聲音文件。如:WAV文件(例:wavread,sound等)。</p><p>  圖形文件。如:bmp、gif、pcx、tif、jpeg等文件。</p><p> ?。?)具有若干功能強大的應(yīng)用工具箱</p><p>  如:SIMULINK

31、、COMM、DSP、SIGNAL等16種工具箱。</p><p>  (5)使用方便,具有良好的擴張功能</p><p>  使用MATLAB語言編寫的程序可以直接運行,無需編譯。</p><p>  可以將M文件轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⒂谄脚_的EXE可執(zhí)行文件。</p><p>  MATLAB的應(yīng)用接口程序API是MATLAB提供的十分重要的組件,由一

32、系列接口指令組成。用戶就可在FORTRAN或C中,把MATLAB當(dāng)作計算引擎使用。</p><p> ?。?)具有很好的幫助功能</p><p>  提供十分詳細的幫助文件(PDF、HTML、demo文件)。</p><p>  聯(lián)機查詢指令:help指令(例:help elfun,help exp,help simulink),lookfor關(guān)鍵詞(例:lookf

33、or fourier)。[4]</p><p>  MATLAB6.x的集成環(huán)境,在Windos桌面,雙擊MATLAB圖標(biāo),系統(tǒng)就會進入MATLAB6.x的工作環(huán)境。MATLAB6.x的集成環(huán)境由桌面平臺以及組件組成。它包括8個組成部分:指令窗口、歷史指令窗口、工作臺及工具箱窗口、當(dāng)前工作目錄窗口、工作空間窗口、矩陣編輯器、程序編輯器和幫助瀏覽器。 </p><p>  MATLAB幫助系

34、統(tǒng),MATLAB為用戶提供了三種幫助功能:一.利用幫助菜單獲取幫</p><p>  助信息。單擊MATLAB工作窗口的菜單欄Help菜單項,彈出幫助菜單項。選擇</p><p>  Help Window 選項,可以打開MATLAB的主題窗口。選擇Help Desk選項,可以</p><p>  打開MATLAB幫助工作臺。二.通過指令窗口獲取幫助信息,用戶可以在

35、指令窗口</p><p>  直接鍵入幫助指令來獲得幫助。三.使用演示功能(Demo)。MATLAB帶有生動直</p><p>  觀的演示程序,可以幫助用戶形象直觀地學(xué)習(xí)和理解MATLAB的使用方法和強大</p><p>  的功能。啟動演示程序有下面幾種方法:(一)在工作臺和工具箱窗口中,列出了</p><p>  MATLAB和已經(jīng)安裝

36、的各種工具箱。單擊欲學(xué)習(xí)的工具箱前面的“+”號,在打開</p><p>  的功能項中,雙擊Demos,即可打開演示程序。(二)選擇Help菜單Demos選項,</p><p>  可以打開MATLAB的演示窗口。(三)在指令窗口中鍵入指令demo,同樣可以打開</p><p>  MATLAB演示窗口。</p><p>  下表1是近年來M

37、ATLAB的版本更新簡況:</p><p><b>  表1</b></p><p>  二、 基于MATLAB仿真實現(xiàn)方法</p><p>  MATLAB通信工具箱是一套用于在通信領(lǐng)域進行理論研究、系統(tǒng)開發(fā)、分析設(shè)計和仿真的專業(yè)化工具軟件包。MATIAB通信工具箱由兩大部分組成:通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫和SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫。運行M

38、ATLAB通信工具箱需要有MATLAB信號處理工具箱支持[5]。</p><p>  MATLAB通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫由七十多個函數(shù)組成,每個函數(shù)有多種選擇參數(shù)、函數(shù)功能覆蓋了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的各個方面。這些函數(shù)包括:信號源產(chǎn)生函數(shù)、信源編碼/解碼函數(shù)、糾錯控制編碼/解碼函數(shù)、調(diào)制/解調(diào)函數(shù)(基帶和通帶)、濾波器函數(shù)、傳輸信道模型函數(shù)(基帶和通帶)、TDMA、FDMA、CDMA函數(shù)、同步函數(shù)、工具函數(shù)等。以糾錯控制編解

39、碼函數(shù)為例:函數(shù)庫提供了線性分組碼、漢明碼、循環(huán)碼、BCH碼、里德一索洛蒙碼(REED—SOLOMON)、卷積碼等6種糾錯控制編碼,每種編碼又有編碼、解碼、矢量輸入輸出、序列輸入輸出等四種形式的函數(shù)表達。</p><p>  在SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫中,整個通信系統(tǒng)的流程圖被概括為:信號的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)。多址接入方式、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。每個框圖都由一個子仿真模型庫構(gòu)成。在通

40、信系統(tǒng)中,一般情況下,傳輸和接受所采用的技術(shù)是相互對應(yīng)的,因此,可以將發(fā)射與接收部分中各個子仿真模型庫進行相應(yīng)的歸類。發(fā)射部分的信源編碼和接收部分的信源解碼所對應(yīng)的子仿真模型庫歸類后共有5種信源編解碼仿真模型。另外,為能進行通信的全系統(tǒng)仿真,SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫提供了通帶和基帶兩種類別的信道模型,其中通帶信道有4種模型,基帶信道有6種模型[6]。</p><p>  三、simulink仿真模塊功能

41、</p><p>  Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平臺的著名仿真環(huán)境Simulin作為一種專業(yè)和功能強大且操作簡單的仿真工具,目前已被越來越多的工程技術(shù)人員所青睞,它搭建積木式的建模仿真方式既簡單又直觀,而且已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>  Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。它的存在使MATLAB的功能得

42、到進一步擴展。這種擴展的意義表現(xiàn)在:(1)實現(xiàn)了可視化建摸。在windows視窗里,用戶通過簡單的鼠標(biāo)操作就可以建立起直觀的系統(tǒng)模型,并進行仿真。(2)實現(xiàn)了多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換,如SIMULINK與MATLAB,SIMULINK與C、FORTRAN,SIMULINK與DSP,SIMULINK與實時硬件工作環(huán)境等的信息交換都可以方便地實現(xiàn)。(3)把理論研究和工程實現(xiàn)有機地結(jié)合在一起。SIMULINK支持線性和非線性系統(tǒng),連續(xù)和

43、離散時間模型,或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以是多采樣率的,比如系統(tǒng)的不同部分擁有不同的采樣率。</p><p>  Simulink已經(jīng)在學(xué)術(shù)和工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,用它可以進行動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真,也可以很隨意地建立各種模型。Simulink仿真是交互式的,可以很隨意地改變模型的參數(shù)并且馬上就可以看到改變參數(shù)后的結(jié)果。MATLAB中的分析與可視化工具多種多樣并且易于操作,所以用戶可以對仿真的結(jié)果進行分析并且

44、使之可視化。Simulink會使你的計算機變成一個實驗室,以用來對各種現(xiàn)實中不可能存在或現(xiàn)實中恰恰相反的系統(tǒng)進行建模和仿真。不管是汽車離合器的動作,飛機機翼的抖動,還貨幣供給對經(jīng)濟的影響等都可以進行建模和仿真。</p><p>  對于建模,Simulink提供了一個圖形化的用戶界面(GUI),可以用鼠標(biāo)點擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模。通過圖形界面,可以像用鉛筆在紙上畫圖一樣畫模型圖。這是以前需要用編輯語言明確地用公式

45、表達微分方程的仿真軟件包所遠遠不能相比的。Simulink包括一個復(fù)雜的接受器、信號源、線性和非線性組件以及連接件組成的模塊庫,也可以制定或者創(chuàng)建用戶自己的模塊。</p><p>  在定義完一個模型以后,就可通過Simulink的菜單事者在MATLAB的命令窗口輸入命令對它進行仿真。菜單對于交互式工作非常方便,而命令行方式對于處理成批的仿真比較有用(例如,你在進行Monte Carlo仿真時想使參數(shù)遍歷某一范圍

46、的值)。使用Scopes或者其它的顯示模塊,可以在運行仿真時觀察到仿真的結(jié)果。另外,還可以在仿真時改變參數(shù)并且立即就可看到有什么變化。仿真的結(jié)果可以放在MATLAB的工作空間(workspace)中以等進一步的處理或者可視化。因此該結(jié)構(gòu)具有直觀、方便、靈活的優(yōu)點。</p><p>  同時,RTW(real time workshop)還可以對Simulink模塊提供C代碼生成功能,所以用戶可以通過Simulin

47、k建立系統(tǒng)模型,并針對不同的參數(shù)進行動態(tài)仿真,通過參數(shù)不斷調(diào)整優(yōu)化,找出系統(tǒng)最佳實現(xiàn)模型參數(shù),此時,可以通過RTW模塊直接生成相應(yīng)的C語言程序,并且此程序是經(jīng)過優(yōu)化的,因此利用此功能可以方便、快捷地實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā),其大部分工作均在Simulink環(huán)境中完成,最后只須將生成優(yōu)化的C代碼嵌入系統(tǒng),從某種程度上說,Simulink及RTW的出現(xiàn)在強大MATLAB功能的同時,也在改變著人們對系統(tǒng)進行開發(fā)設(shè)計的流程。</p><

48、p>  Simulink包含以下模型庫:輸入源(sources)、輸出方式(sinks)、離散子模塊(discrete)、線性環(huán)節(jié)(linear)、非線性環(huán)節(jié)(nonlinear)、連接與接口(corrnections)、工具箱(toolboxse&blockscts)。</p><p>  FSK系統(tǒng)的理論綜述</p><p><b>  2.1數(shù)字調(diào)制解調(diào)<

49、;/b></p><p>  數(shù)字調(diào)制具有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相3種基本形式,對應(yīng)的3種基本調(diào)制方法是振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK),在此基礎(chǔ)上還可以派生出許多其他的形式。數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳輸?shù)男畔ⅲ诮邮斩艘矊d波信號的離散調(diào)制參量進行檢測,數(shù)字調(diào)制采用正弦波調(diào)制,即被調(diào)制信號為高頻正弦波。</p><p>  數(shù)字解調(diào)是一種為了傳播

50、方便,把信息編碼傳輸?shù)姆椒?。在傳輸過程中,語音通話等會轉(zhuǎn)變成一連串的數(shù)字信號,變?yōu)橛嬎銠C二進制代碼0和1,在信息接收處又解碼恢復(fù)到原來的語音狀態(tài)。 </p><p>  解調(diào)是調(diào)制的逆過程,其作用是從接受的已調(diào)信號中恢復(fù)原基帶信號(即調(diào)制信號)。調(diào)制的方法可分為兩類:相干解調(diào)和非相干解調(diào)。由于FSK的解調(diào)過程有相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法,我們在這里只介紹相干解調(diào)原理。</p><p>  相

51、干解調(diào)是指利用乘法器,輸入一路與載頻相干(同頻同相)的參考信號與載頻相乘。</p><p>  比如原始信號 A 與載頻 cos(ωt + θ) 調(diào)制后得到信號 Acos(ωt + θ);</p><p>  解調(diào)時(2FSK解調(diào))引入相干(同頻同相)的參考信號 cos(ωt + θ),則得到:</p><p>  Acos(ωt+θ)cos(ωt+θ)</p

52、><p>  利用積化和差公式可以得到</p><p>  A*1/2*[cos(ωt+θ+ωt+θ)+cos(ωt+θ-ωt-θ)]</p><p>  =A*1/2*[cos(2ωt+2θ)+cos(0)]</p><p>  =A/2*[cos(2ωt+2θ)+1]</p><p>  =A/2+A/2cos(2ωt

53、+2θ)</p><p>  利用低通濾波器將高頻信號cos(2ωt+2θ)濾除,即得原始信號 A。因此相干解調(diào)需要接收機和載波同步。</p><p>  2.2 頻移鍵控(FSK)</p><p>  所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波頻率,是數(shù)字信號傳輸中用的最早的一種調(diào)制方式。此方式實現(xiàn)起來比較容易,抗噪聲和抗衰減性能好,穩(wěn)定可靠,是中低速數(shù)據(jù)傳輸最佳選擇。頻

54、移就是把振幅、相位作為常量,而把頻率作為變量,通過頻率的變化來實現(xiàn)信號的識別,在FSK中傳送的信號只有0和1兩個。2.2.1 FSK的調(diào)制原理</p><p>  頻率調(diào)制的最簡單形式是二進制頻移鍵控(2FSK)。在頻移鍵控的調(diào)制解調(diào)中,我們將源數(shù)字信號1和0分別進行不同頻率調(diào)制,載波的頻率隨二進制基帶信號在和兩個頻率點間切換。其表達式為</p><p><b> ?。?-1)&

55、lt;/b></p><p>  頻移鍵控常采用調(diào)制方式需要兩個不同頻率段的載波信號,碼元為“1”和碼元為“0”時的載波頻率不同,其數(shù)學(xué)表達式為</p><p><b> ?。?-2)</b></p><p>  其中(2-3)</p><p><b> ?。?-4)</b>

56、</p><p><b> ?。?-5)</b></p><p><b> ?。?-6)</b></p><p>  FSK調(diào)制的原理框圖如圖2-1所示:</p><p>  圖2-1 頻移鍵控調(diào)制原理框圖</p><p>  2.2.2 FSK的解調(diào)原理</p>

57、<p>  在解調(diào)時可采用相干解調(diào),同步檢測的方式。其原理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別進行解調(diào),然后進行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號的抽樣值大小,可以不專門設(shè)置門限。相干解調(diào)的原理框圖如圖2-2所示:</p><p>  圖2-2 同步檢測解調(diào)原理框圖</p><p>  第3章 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真</p><p&

58、gt;  3.1 FSK在MATLAB環(huán)境下的仿真過程與結(jié)果</p><p>  FSK的模擬仿真是采用的matlab軟件,其在電腦運行環(huán)境如圖3-1所示。實驗過程是在窗口點擊matlab快捷方式,使其運行,將FSK調(diào)制與解調(diào)的程序輸入框中,點擊回車即可運行,運行結(jié)果后面進行分析。</p><p><b>  圖3-1</b></p><p>

59、  在matlab環(huán)境下調(diào)制與解調(diào)的程序如:附件1 (百分號后為程序注釋)</p><p>  程序的運行過程是:首先產(chǎn)生25個隨機序列碼(如圖3-2所示 注:此序列為隨機序列,每一次運行程序所產(chǎn)生的序列都不同),然后通過調(diào)用函數(shù)對該序列進行調(diào)制(如圖3-3所示)。在調(diào)制信號中加入高斯白噪聲(如圖3-4所示)。在通過調(diào)用函數(shù)讓函數(shù)通過相干解調(diào)方式進行解調(diào),解調(diào)信號(如圖3-5所示)。在通過調(diào)用函數(shù)讓調(diào)制信號<

60、;/p><p><b>  圖3-2</b></p><p>  圖3-3 </p><p><b>  圖3-4</b></p><p><b>  圖3-5</b></p><p> 

61、 通過非相干解調(diào)方式進行解調(diào),解調(diào)信號(如圖3-6所示)。圖3-7是相干解調(diào)后的誤碼率統(tǒng)計,圖3-8是非相干解調(diào)的誤碼率統(tǒng)計。</p><p><b>  圖3-6</b></p><p>  圖3-7 </p><p>  圖3-8

62、 </p><p>  (注釋: 圖3-7, 圖3-8中右上角的意思為,Theoretical SER 理論軟件錯誤率;Theoretical BER 理論二進制誤碼率 ;Simulated SER 模擬軟件錯誤率; Simulated BER 模擬二進制誤碼率。)</p><p>  3.2 FSK在MATLAB環(huán)境下的分析</p>&l

63、t;p>  3.2.1 FSK在matlab環(huán)境下實驗的優(yōu)劣</p><p>  優(yōu)點: (1)調(diào)制信號和載頻都具有隨機性,而且具有在課堂演示的功能。</p><p>  (2)實驗程序已經(jīng)編好,不易發(fā)生故障,多會都可進行。</p><p>  (3)進行了相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式的比較,</p><p>  (4)解調(diào)后對相干解調(diào)

64、和非相干解調(diào)的誤碼率統(tǒng)計</p><p>  缺點: (1)不能通過實驗操作調(diào)試出實驗結(jié)果。</p><p>  (2)前期編程和數(shù)學(xué)建模工作也比較復(fù)雜。</p><p>  3.2.2 FSK解調(diào)實現(xiàn)</p><p>  FSK的解調(diào)方法很多,可以用傳統(tǒng)的包絡(luò)檢波、相干解調(diào),還有好多其他解調(diào)方法,諸如鑒頻法、差分檢測法、過零檢測法等。此次仿

65、真采用相干解調(diào),同步檢測法進行解調(diào),其原理流程見圖(2-2)。</p><p>  將已調(diào)信號分別經(jīng)過頻率f1和頻率f2的相干波解調(diào),則信號中低頻的部分(“1”調(diào)制后的波形)和高頻部分(“0”調(diào)制后的波形)會因相干頻率的不同而被搬移到原來頻率或其他頻率段,只有相干頻率與載波頻率相同,解調(diào)時信號在頻域中才會搬移回原點,經(jīng)低通濾波后仍然有信號波形在;而與它載波頻率不同的相干波解調(diào)的那一半能量則會在低通濾波后被濾掉。因

66、此前者絕對值的的均值應(yīng)該大于后者,也正是根據(jù)這個原理來進行碼元的判定的.在MATLAB中可以通過以下語句來實現(xiàn):</p><p>  ave1=sum(abs(efsk11))/length(mm);%分支1抽樣值的絕對值的平均值,</p><p>  ave2=sum(abs(efsk22))/length(mm);%分支2抽樣值的絕對值的平均值,</p><p>

67、;  if ave1>ave2 final(i)=1;%信號經(jīng)過濾波后進行比較,分支1大于分支2為1,反之為0</p><p>  else final(i)=0;</p><p><b>  end</b></p><p>  而濾波在MATLAB中我們用filtfilt命令實現(xiàn),對已調(diào)信號進行濾波后的碼元波形見圖(3-9).<

68、;/p><p>  圖3-9已調(diào)信號經(jīng)低通濾波后時域圖</p><p>  最后,經(jīng)過抽樣判決,可以得到解調(diào)后的數(shù)字信號序列,其波形見圖(3-10). </p><p>  圖3-10原始信號與解調(diào)信號對比圖</p><p>  注:這里,我們用代碼src=rand(1,n)<=P;產(chǎn)生隨機數(shù)字信號存于矩陣scr,并用語句</p>

69、;<p>  src1=src; src2=ones(1,n)-src;得到相當(dāng)于式(2-5)、式(2-6)中與的src1與src2。并用stairs命令畫出了原始信號的波形圖src1與src2。見圖3-9,3-10</p><p>  通過對比我們可以看出解調(diào)后的碼元和原始碼元一致.說明仿真過程是正確的.</p><p>  3.2.3 FSK信噪比對誤碼率的影響分析

70、</p><p>  由理論分析值我們知道FSK調(diào)制相干解調(diào)的誤碼率為</p><p><b>  (3-7)</b></p><p>  我們在附件2的MATLAB程序中對其進行了驗證,具體方法是產(chǎn)生足夠多的碼元,加入高斯白噪聲后,調(diào)制解調(diào),然后統(tǒng)計誤碼率,并用循環(huán)求得不同信噪比下的統(tǒng)計誤碼率值,并畫圖與理論值進行了比較.其結(jié)果見圖(3-4)

71、.</p><p>  注:由于程序?qū)崿F(xiàn)的需要,我們在求誤碼率的運算時,對誤碼的統(tǒng)計采用了與同步解調(diào)判決等價的另一種方法.詳見附件2.</p><p><b>  總結(jié)</b></p><p>  本文基于MATLAB/SIMULINK動態(tài)仿真環(huán)境,利用SIMULINK功能模塊,</p><p>  建立FSK調(diào)制解調(diào)系

72、統(tǒng)仿真模型,經(jīng)過仿真分析,其結(jié)果與理論分析結(jié)果相同。在仿真過程中,構(gòu)建FSK的調(diào)制模型、相干和非相干解調(diào)模型、過零檢測和差分檢波模型,充分發(fā)揮了SIMULINK功能強大,建模簡單,參數(shù)易于調(diào)整的特點。經(jīng)過結(jié)果分析,基于MATLAB的SIMULINK仿真模型,能夠反映出FSK調(diào)制解調(diào)通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程,其可視化界面具有很好的演示效果,為通信系統(tǒng)的設(shè)計和研究提供了強有力的工具,也為理論學(xué)習(xí)提供了一條非常好的途徑。當(dāng)然理論與實際還會有很大

73、的出入,在設(shè)計時還要考慮各種干擾和噪聲等因素。</p><p>  1、遇到的問題及解決辦法</p><p>  我在該課程設(shè)計中曾遇到過一些問題,具體如下:</p><p>  其一是圖形的連接問題,要想在不同的橫軸段畫不同的圖,想了好久,用subplot粗略的起到了對比作用,但所畫圖形還時獨立的圖形,沒能實現(xiàn)在不同的橫軸段畫不同的圖。后來經(jīng)過參考各方面的資料,發(fā)

74、現(xiàn)用plot就可以解決,而且效果很好,鑒于程序結(jié)構(gòu)不適合更改為plot,并未應(yīng)用。</p><p>  其二是對濾波過程還不是太清楚,因此在計算誤碼率時,只知道計算原理,其實際結(jié)果并不準(zhǔn)確,還有待進一步改進。</p><p>  其三是對圖形函數(shù)stairs的用法不時很清楚,總是有一個碼元是畫不出來的,可以看到在程序開始時,n=8,其實產(chǎn)生了8個碼元,但只畫出了7個碼元,用限定坐標(biāo)的方法解

75、決了此問題,但仍需改進。</p><p><b>  2、結(jié)束語</b></p><p>  在這次課程設(shè)計過程中,我獲益匪淺。實現(xiàn)了所學(xué)FSK調(diào)制解調(diào)的仿真,對FSK的原理更加熟悉了,體會到理論和實際是有好大不同的,實踐離不開理論,理論只有應(yīng)用于實踐才能發(fā)揮其作用。學(xué)過的東西,只有自己實際去做了才能更熟悉,才能對其本質(zhì)更了解。在將理論用各種方法實現(xiàn)的同時,我們也在不

76、斷的搜集資料,不斷的學(xué)習(xí),獲得更多的相關(guān)知識。在對MATLAB的應(yīng)用中和學(xué)習(xí)別人的程序時,我體會到MATLAB的功能之強大,應(yīng)用之廣泛,任何一件作品都是沒有最好,只有更好,但是無論通過怎樣的途徑,我們都能表達出理論的成果。因此對其產(chǎn)生了更大的興趣,很有感覺??傊@次課程設(shè)計使我收獲甚大。</p><p><b>  致謝</b></p><p>  經(jīng)過兩個多月的構(gòu)思

77、與設(shè)計,在指導(dǎo)老師xx老師的精心引導(dǎo)下,本論文已經(jīng)基本完畢。其內(nèi)容基本符合論題。但是由于時間比較倉促,加上本人所學(xué)知識和經(jīng)驗的不足,因此,在分析問題、解決問題時顯得不夠嚴(yán)密、完善,還需要在以后的學(xué)習(xí)工作中不斷地改進和完善。</p><p>  在這次的畢業(yè)論文設(shè)計中,讓我深深地體現(xiàn)到通信理論與實踐相結(jié)合不是一件簡單的事情,它需要設(shè)計者具有全面的專業(yè)知識、縝密的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度以及較高的分析問題、解決問題的能力

78、,而我在很多方面還有欠缺。其中,對MATLAB軟件的學(xué)習(xí)也讓我感慨良多。最后,我要衷心感謝xx老師及我身邊的同學(xué)(尤其是與我共同參與討論此設(shè)計課題的xx同學(xué)),還有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和我院圖書館的多套相關(guān)書籍——在我的設(shè)計過程中給予我的極大幫助,使我能夠及時、順利地完成此次的畢業(yè)設(shè)計。</p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 張志涌,劉

79、瑞楨,楊祖櫻. 掌握和精通MATLAB. 北京:北京航空出版社,1997</p><p>  [2] 吳翊,吳盂達,成禮智.?dāng)?shù)學(xué)建模的理論與實踐.北京:國防科技大學(xué)出版社,1999</p><p>  [3] 樊昌信, 曹麗娜,通信原理 北京:國防工業(yè)出版社 2008</p><p>  [4] 孫祥,徐流美,吳清.MATLAB 7.0基礎(chǔ)教程.北京:清華大學(xué)出版

80、社2006.</p><p>  [5] 陳懷琛 吳大正 高西全.MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出 ,2004 </p><p>  [6] 薛年喜.MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社,2003 </p><p><b>  附 錄</b></p><p><b&

81、gt;  附件1</b></p><p>  function FSK</p><p>  Fc=10; %載頻</p><p>  Fs=40; %系統(tǒng)采樣頻率</p><p>  Fd=1;

82、 %碼速率</p><p><b>  N=Fs/Fd;</b></p><p><b>  df=10;</b></p><p>  numSymb=25; %進行仿真的信息代碼個數(shù)</p&

83、gt;<p>  M=2; %進制數(shù)</p><p>  SNRpBit=60; %信噪比</p><p>  SNR=SNRpBit/log2(M);</p><p>  seed=[12345 54321];</p

84、><p>  numPlot=15; %產(chǎn)生25個二進制隨機碼</p><p>  x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]); %產(chǎn)生25個二進制隨機碼</p><p><b>  figure(1)</b></p><p>  

85、stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');</p><p>  title('二進制隨機序列')</p><p>  xlabel('Time');</p><p>  ylabel('Amplitude'); %調(diào)制</p

86、><p>  y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);</p><p>  numModPlot=numPlot*Fs;</p><p>  t=[0:numModPlot-1]./Fs;</p><p><b>  figure(2)</b></p><p>  

87、plot(t,y(1:length(t)),'b-');</p><p>  axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]);</p><p>  title('調(diào)制后的信號')</p><p>  xlabel('Time');</p><p>  ylabel('Amp

88、litude'); %在已調(diào)信號中加入高斯白噪聲</p><p>  randn('state',seed(2));</p><p>  y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),'measured',[],'dB');%在已調(diào)信號中加入高斯白噪聲</p

89、><p><b>  figure(3)</b></p><p>  plot(t,y(1:length(t)),'b-'); %畫出經(jīng)過信道的實際信號</p><p>  axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]);</p><p>  title('加

90、入高斯白噪聲后的已調(diào)信號')</p><p>  xlabel('Time');</p><p>  ylabel('Amplitude'); %相干解調(diào)</p><p><b>  figure(4)</b></p><p>  z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,

91、'fsk/eye',M,df);</p><p>  title('相干解調(diào)后的信號的眼圖') %帶輸出波形的相干M元頻移鍵控解調(diào)</p><p><b>  figure(5)</b></p><p>  stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx

92、9;);</p><p><b>  hold on;</b></p><p>  stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro');</p><p><b>  hold off;</b></p><p>  axis([0 numPlot -0.5 1

93、.5]);</p><p>  title('相干解調(diào)后的信號原序列比較')</p><p>  legend('原輸入二進制隨機序列','相干解調(diào)后的信號')</p><p>  xlabel('Time');</p><p>  ylabel('Amplitude&#

94、39;); %非相干解調(diào)</p><p><b>  figure(6)</b></p><p>  z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk/eye/noncoh',M,df);</p><p>  title('非相干解調(diào)后的信號的眼圖') %

95、帶輸出波形的非相干M元頻移鍵控解調(diào)</p><p><b>  figure(7)</b></p><p>  stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');</p><p><b>  hold on;</b></p><p>  stem([0:nu

96、mPlot-1],z2(1:numPlot),'ro');</p><p><b>  hold off;</b></p><p>  axis([0 numPlot -0.5 1.5]);</p><p>  title('非相干解調(diào)后的信號')</p><p>  legend(

97、9;原輸入二進制隨機序列','非相干解調(diào)后的信號')</p><p>  xlabel('Time');</p><p>  ylabel('Amplitude'); %誤碼率統(tǒng)計</p><p>  [errorSym ratioSym]=symerr(x,z

98、1);</p><p><b>  figure(8)</b></p><p>  simbasebandex([0:1:5]);</p><p>  title('相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計')</p><p>  [errorSym ratioSym]=symerr(x,z2); </p&g

99、t;<p><b>  figure(9)</b></p><p>  simbasebandex([0:1:5]);</p><p>  title('非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計') %濾除高斯白噪聲</p><p>  Delay=3;R=0.5;PropD=0; %滯后3s<

100、/p><p><b>  附件2</b></p><p>  %close all;</p><p>  clear all;</p><p>  rand('state',sum(100*clock)); %Reset the generator of uniformly distributed rando

101、m numbers</p><p>  randn('state',sum(100*clock));%Reset the normally distributed random numbers</p><p>  minTestLength=1000; % test length should at least reach this number</p>&l

102、t;p>  maxTestLength=50000; %test stops at this number </p><p>  A=1;%signal amplitude</p><p>  Eb=A*A; %Bit energy</p><p>  EbN0=10; ;%EbN0 in dB</p><p>  index=1;

103、 %作為每個信噪比的下標(biāo)</p><p>  for EbN0=0:1:10 %信噪比由1到十</p><p>  disp('莫急')</p><p>  N0=Eb*10^(-EbN0/10);</p><p>  noiseVar=N0/2; %noise density 噪聲密度<

104、;/p><p>  noiseRoot=sqrt(noiseVar); % square root of the noise噪聲的均方差</p><p>  errorCount=0; %誤碼的符號個數(shù)</p><p>  testCount=0; %測試次數(shù)</p><p>  w1=1000 ;

105、%信號‘1’載波角頻率</p><p>  w2=2000 ; %信號‘0’載波角頻率</p><p>  mm=0:0.001:0.4 ; %抽樣判決在t軸上的抽樣矩陣</p><p><b>  while(1)</b></p><p>  %===========以下為源

106、信號經(jīng)過FSK調(diào)制解調(diào)============</p><p>  src=rand(1)<=0.5; %產(chǎn)生隨機數(shù)字信號scr</p><p>  src1=src; src2=1-src; %src1儲存原始信號和src2儲存與之相反的信號</p><p>  noise=noiseRoot.*randn(1,length(mm));%高斯白噪聲

107、矩陣</p><p>  Noise_fsk=cos(w1*mm)*src1+cos(w2*mm)*src2+noise ;;%對應(yīng)矩陣mm的Noise_fsk矩陣</p><p>  efsk1=Noise_fsk.*cos(w1*mm);%頻率為w1的相干解調(diào)</p><p>  efsk2=Noise_fsk.*cos(w2*mm);%頻率為w2的相干解調(diào)&

108、lt;/p><p>  efsk11=filtfilt(ones(1,10),9.7675,efsk1);%低通濾波</p><p>  efsk22=filtfilt(ones(1,10),9.7675,efsk2);</p><p>  ave1=sum(abs(efsk11))/length(mm);%抽樣值的絕對值的平均值,大于1/2為‘1’,小于1/2為‘0’

109、</p><p>  ave2=sum(abs(efsk22))/length(mm);%</p><p>  if ave1>1/2&ave2>1/2 errorCount=errorCount+1; %對解調(diào)后信號錯誤的判斷</p><p>  elseif ave1<1/2&ave2<1/2 errorCount

110、=errorCount+1;</p><p>  %elseif ave1<1/2||ave2>1/2 errorCount=errorCount+1;</p><p><b>  end</b></p><p>  testCount=testCount+1;%測試的長度</p><p>  if(te

111、stCount<minTestLength) %判斷測試的次數(shù)有沒有達到最小測試長度</p><p>  continue; %控制while循環(huán)</p><p>  end %接下來判斷要不要繼續(xù)測試下去</p><p>  tempBER=errorCount/testCount;%誤碼率&l

112、t;/p><p>  if(tempBER>0) %test if the test length is large enough</p><p>  thresholdTestLength=1/(tempBER);%根據(jù)計算出來的誤碼率來計算實際需要的測試次數(shù)下限(thresholdTestLength)</p><p><b>

113、  else</b></p><p>  thresholdTestLength=maxTestLength;%當(dāng)沒有產(chǎn)生誤碼的時候,則實際的測試次數(shù)用最大的測試次數(shù)作為下限</p><p><b>  end</b></p><p>  if(testCount>=thresholdTestLength)%如果已經(jīng)進行的測試

114、次數(shù)大于測試下限,則停止while循環(huán),否則,繼續(xù)進行測試</p><p>  myTestLength(index)=testCount;</p><p>  myBER(index)=tempBER</p><p>  myEbN0(index)=EbN0</p><p>  index=index+1;</p><p

115、>  break;%和while連用</p><p><b>  end</b></p><p><b>  end</b></p><p><b>  end</b></p><p>  semilogy(myEbN0,myBER,'r+-'); %Dr

116、aw curves for the results</p><p>  xlabel('Eb/N0 in dB');</p><p>  ylabel('bit error rate');</p><p><b>  hold on</b></p><p>  %Th. results&l

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