1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(jì)數(shù)字原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系目錄引 言移頻鍵控（FSK）是數(shù)據(jù)傳輸中最常用的一種調(diào)制方式，F(xiàn)SK方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，抗噪聲和抗衰落性能較強(qiáng)。FSK主要應(yīng)用于中低速數(shù)據(jù)傳輸以及衰落信道和頻帶較寬的信道中。本次課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB軟件，在Simulink平臺(tái)下建立仿真模型，實(shí)現(xiàn)模擬基帶信號(hào)經(jīng)2FSK調(diào)制與解調(diào)的傳輸過(guò)程，通過(guò)分析比較調(diào)制與解調(diào)輸出波形，理解2FSK調(diào)制原理。在分別加入高斯白噪聲，觀察對(duì)波形的影響，并對(duì)其進(jìn)行分析總結(jié)。1 軟件介紹1.1 Matlab介紹Matlab

2、1是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬(wàn)的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過(guò)程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。科研工作者通常可以通過(guò)Matlab來(lái)學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是Matlab真正在全世界推廣開(kāi)來(lái)的原因。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語(yǔ)言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶(hù)接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,Matlab和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語(yǔ)言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Ma

3、tlab的應(yīng)用潛力。可以說(shuō)，Matlab已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門(mén)工具對(duì)學(xué)習(xí)各門(mén)學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。1.2 Simulink介紹Simulink2是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)建模

4、、仿真和分析的一個(gè)，被廣泛應(yīng)用于、非線性系統(tǒng)、及的建模和仿真中。它支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)2.1 2FSK的調(diào)制原理數(shù)字頻率調(diào)制又稱(chēng)頻移鍵控，記作FSK，二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK3。2FSK產(chǎn)生方法有兩種：（1） 模擬法：即用數(shù)字基帶信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻。（2） 鍵控法：用數(shù)字基帶信號(hào)g（t）及其反相g（t）分別控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén)電路，以此對(duì)兩個(gè)載

5、波發(fā)生器進(jìn)行選通，如圖2-1所示。圖2-1 鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖兩個(gè)獨(dú)立的作為作為兩個(gè)頻率發(fā)生器，它們受控于輸入的二進(jìn)制輸入信號(hào)，二進(jìn)制輸入信號(hào)通過(guò)兩個(gè)選通開(kāi)關(guān)，控制一個(gè)載波通過(guò)。調(diào)制器各點(diǎn)的波形如圖2-2所示。圖2-2 調(diào)制器各點(diǎn)的波形從圖2-2可以看出b是a的反相碼，c是載波f1，d是載波f2，g為2FSK的調(diào)制輸出信號(hào)。2.2 2FSK的解調(diào)原理2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法4是采用如圖2-3所示的非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路的2ASK信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)解，然后進(jìn)行判決。（a）非相干解調(diào)（b）相干解調(diào)圖2-3 2FSK信號(hào)解調(diào)原理圖3 仿真

6、系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)3.1仿真思路先確定采樣頻率fs和兩個(gè)載波頻率的值f1，f2，產(chǎn)生2FSK信號(hào)，然后進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)。（1）寫(xiě)出輸入已經(jīng)信號(hào)的表達(dá)式S(t)。由于S(t)中有反碼的存在，則需要將信號(hào)先反轉(zhuǎn)后在從原信號(hào)和反轉(zhuǎn)信號(hào)中進(jìn)行抽樣。寫(xiě)出已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式S(t)。（2）在2FSK的解調(diào)過(guò)程中，信號(hào)首先通過(guò)帶通濾波器，設(shè)置帶通濾波器的參數(shù)，后用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter對(duì)信號(hào)S(t)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。輸出經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)波形。由于已調(diào)信號(hào)中有兩個(gè)不同的載波（1,2）,則經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同頻率的帶通濾波器后輸出兩個(gè)不同的信號(hào)波形H1,H2。（3）經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的2FSK信號(hào)再經(jīng)過(guò)相乘器（co

7、s1，cos2），兩序列相乘的MATLAB表達(dá)式y(tǒng)=x1.*x2SW=Hn.*Hn，輸出得到相乘后的兩個(gè)不同的2FSK波形h1,h2。（4）經(jīng)過(guò)相乘器輸出的波形再通過(guò)低通濾波器，設(shè)置低通濾波器的參數(shù)，用一維數(shù)字濾波韓式filter對(duì)信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行新的一輪的濾波處理。輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器后的兩個(gè)波形（sw1,sw2）。（5）將信號(hào)sw1和sw2同時(shí)經(jīng)過(guò)抽樣判決器，分別輸出st1,st2。其抽樣判決器輸出的波形為最后的輸出波形st。對(duì)抽樣判決器經(jīng)定義一個(gè)時(shí)間變量長(zhǎng)度i，當(dāng)st1(i)=st2(i)5時(shí)，則st=0，否則st=st2(i).其中st=st1+st2。（6）使用MATLAB編程（m文件）

8、完成系統(tǒng)的仿真。3.2 程序和仿真結(jié)果仿真程序見(jiàn)附錄A。仿真圖像如下圖3-1 MATLAB仿真圖圖3-2 MATLAB仿真圖圖3-3 MATLAB仿真圖圖3-4 MATLAB仿真圖圖3-5 MATLAB仿真圖3.3 Simulink仿真模型圖2FSK信號(hào)的Simulink仿真模型圖如下：圖3-6 Simulink仿真模型圖其中sin wave和sin wave1是兩個(gè)頻率分別為f1和f2的載波，Pulse Generator模塊是信號(hào)源，NOT實(shí)現(xiàn)反相，再經(jīng)過(guò)相乘器和相加器生成2FSK信號(hào)，然后接帶通濾波器與低通濾波器完成調(diào)制與解調(diào)，又接入Error Rate calculation實(shí)現(xiàn)誤碼率

9、的計(jì)算。參數(shù)設(shè)置如下表3-1 Simulink仿真各模型的參數(shù)設(shè)置 模塊 參數(shù) Sine Wave1 Amplitude：1 Frequency：25 Sine Wave2 Amplitude：1 Frequency：45 Sine Wave3 Amplitude：1 Frequency：25 Sine Wave4 Amplitude：1 Frequency：45Pulse Generator Amplitude：1 Period：2 Pulse width：1 Sample time：1Analog Filter Filter order：8 Lower passband edge freq

10、uency：15Design1 Upper passband edge frequency：35AnalogFilter Filter order：8 Lower passband edge frequency：35Design2 Upper passband edge frequency：55Analog Filter Filter order：8 Passband edge frequency：35 Design3Analog Filter Filter order：8 Passband edge frequency：55 Design4Gaussian Noise Mean value：

11、0 Variance：1 Initial seed：41 Generator Sample time：1經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的設(shè)定后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如下：圖3-7 Simulink仿真各點(diǎn)的波形由仿真系統(tǒng)中的誤碼率計(jì)算可知：此系統(tǒng)的誤碼率為0提高噪聲影響，將Gaussian Noise Generator中的Variance“1”改為“10”,得到波形如下圖所示：圖3-8 改變參數(shù)后各點(diǎn)的波形由仿真系統(tǒng)中的誤碼率計(jì)算可知：此系統(tǒng)的誤碼率為0.1再次提高噪聲影響，將Gaussian Noise Generator中的Variance“1”改為“100”得到波形如下圖所示圖3-9 修

12、改參數(shù)后得到的各點(diǎn)的波形由仿真系統(tǒng)中的誤碼率計(jì)算可知：此系統(tǒng)的誤碼率為0.33.4 結(jié)果分析 3.4.1 Matlab仿真結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)對(duì)信號(hào)2FSK采用相干解調(diào)進(jìn)行解調(diào)。2FSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理是通過(guò)帶通濾波器將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2FSK信號(hào)后分別解調(diào)，然后進(jìn)行抽樣判決輸出信號(hào)。設(shè)“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率f1，“0”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率f2。采用兩個(gè)帶通濾波器來(lái)區(qū)分中心頻率分別為f1和f2的信號(hào)。中心頻率為f1的帶通濾波器之允許中心頻率為f1的信號(hào)頻譜成分通過(guò)，濾除中心頻率為f2的信號(hào)頻譜成分。接收端上下支路兩個(gè)帶通濾波器的輸出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分別含有噪聲18 n1

13、,n2，其分別為高斯白噪聲ni經(jīng)過(guò)上下兩個(gè)帶通濾波器的輸出噪聲窄帶高斯噪聲，其均值同為0，方差同為(n)2,只是中心頻率不同而已。其抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限。判決規(guī)制應(yīng)與調(diào)制規(guī)制相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率f1，則接收時(shí)上支路的抽樣較大，應(yīng)判為“1”，反之則判為“0”。 3.4.2 simulink仿真結(jié)果分析本次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了2FSK的調(diào)制與解調(diào)過(guò)程。通過(guò)誤碼率為0的分析，可能是系統(tǒng)自身的原因造成的或者系統(tǒng)沒(méi)有多大的誤差，但根據(jù)示波器的波形看出初始的時(shí)候有一些失真原因可能是初始信號(hào)不穩(wěn)定造成的。通過(guò)改變信噪比，系統(tǒng)的誤碼率升高，噪聲干擾越大，相

14、應(yīng)的波形失真越嚴(yán)重，誤碼率越高。本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)邏輯比較器替代抽樣判決模塊，簡(jiǎn)化了模塊。結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)主要涉及到了通信原理和MATLAB的相關(guān)知識(shí)與運(yùn)用，是自己更深刻理解了調(diào)制與解調(diào)的團(tuán)里和實(shí)現(xiàn)方法，以及基本掌握了MATLAB的基本應(yīng)用。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，又重溫了2FSK的調(diào)制與解調(diào)等知識(shí)，更加熟悉了MATLAB里面的Simulink工具箱學(xué)會(huì)了獨(dú)立建立模型，分析調(diào)制與解調(diào)結(jié)果，和加入噪聲的情況，通過(guò)自己的不斷調(diào)試，更好的理解了噪聲對(duì)信道的影響。在本次課程設(shè)計(jì)中，除了獲得了一些收獲外，我還感到了自身的一些不足。對(duì)于在matlab中實(shí)現(xiàn)編程對(duì)于我來(lái)說(shuō)確實(shí)是有一些困難的，受限于這樣的原因，所以只好

15、從網(wǎng)上找到與其對(duì)應(yīng)的程序，通過(guò)修改參數(shù)，收貨了波形的仿真，對(duì)于這方面的不足，還需要加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)。總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了實(shí)際操作能力，綜合素質(zhì)得到了提高，進(jìn)一步加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)和激發(fā)了對(duì)本專(zhuān)業(yè)的興趣參 考 文 獻(xiàn)1 張化光，孫秋野.MATLAB/Simulink實(shí)用教程.北京：人民郵電出版社，20092 姚俊，馬松輝.Simulink建模與仿真基礎(chǔ)，北京：西安電子科技大學(xué)出版社，20023 樊昌信，曹麗娜.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20064 達(dá)新宇.通信原理與課程設(shè)計(jì).北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003 附錄A MATLAB仿真程序fs=2000; %

16、抽樣頻率dt=1/fs;f1=20; %載波1頻率f2=50; %載波2頻率a=round(rand(1,10); %隨機(jī)信號(hào)g1=a;g2=a; %信號(hào)反轉(zhuǎn)，和g1反向g11=(ones(1,2000)*g1; %抽樣g1a=g11(:);g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1=length(t);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2; %產(chǎn)生的信號(hào)no=0.01*randn(1,t1); %噪聲sn=fsk+no;subplot(311);p

17、lot(t,no); %噪聲波形title(噪聲波形)ylabel(幅度)subplot(312);plot(t,fsk);title(產(chǎn)生的波形)ylabel(幅度)subplot(313);plot(t,sn);title(將要通過(guò)濾波器的波形)ylabel(幅度的大小)xlabel(t)figure(2) %FSK解調(diào)b1=fir1(101,1/800 20/800);b2=fir1(101,40/800 60/800); %設(shè)置帶通參數(shù)H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn); %經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)subplot(211);plot(t,H1);t

18、itle(經(jīng)過(guò)帶通濾波器f1后的波形)ylabel(幅度)subplot(212)plot(t,H2);title(經(jīng)過(guò)帶通濾波器f2后的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)sw1=H1.*H1;sw2=H2.*H2; %經(jīng)過(guò)相乘器figure(3)subplot(211);plot(t,sw1);title(經(jīng)過(guò)相乘器h1后的波形)ylabel(幅度)subplot(212);plot(t,sw2);title(經(jīng)過(guò)相乘器h2后的波形)ylabel(幅度)xlabel(t)bn=fir1(101,2/800 10/800); %經(jīng)過(guò)低通濾波器figure(4)st1=filter(bn,1,sw1);st2=filter(bn,1,sw2);subplot(211);plot(t,st1);title(經(jīng)過(guò)低通濾波器sw1