二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄1技術(shù)要求11）設(shè)計(jì)出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；13）用matlab或sy stem view實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；12基本原理12.1信號(hào)產(chǎn)生原理12.2 2fsk的解調(diào)原理33建立模型描述43. 1利用mat i ab的m語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真43.2利用simulink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真43. 3利用systemview對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真54模塊功能分析或源程序代碼64. 1利用mat i ab的m語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真64. 2利用simul ink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真94. 3利用systemview對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真105調(diào)試過(guò)程及結(jié)論115.1利用mat i ab的m

2、語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)論115. 2利用simulink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)論135. 3利用systemv i ew對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程156心得體會(huì)177參考文獻(xiàn)17二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)2fsk 系統(tǒng)1技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)2fsk數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：1) 設(shè)計(jì)岀規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；2) 根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的參數(shù)(例如碼速率，濾波器的截止頻率等);3) 用matlab或systemview實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；4) 觀察仿真并進(jìn)行波形分析；5) 系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)?；驹?-1信號(hào)產(chǎn)生原理頻移鍵控是利用載波的頻率來(lái)傳遞數(shù)字信號(hào)，在2fsk屮，載

3、波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號(hào)在fl和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為e2fsk(t)=-(2)acos(a)it +(pn)發(fā)送 t 時(shí) .acos(a)2t + 0n)發(fā)送“0"時(shí)典型波形如圖21所示。由圖叮見(jiàn)，2fsk信號(hào)的波形可以分解為兩個(gè)不同載頻的2ask信 號(hào)，因此2fsk信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可寫(xiě)成e2fsk(t) = 2nang(t-nts)cos(3i +(pn) + eng(t-nts)cos (o)2t + 0n) (3) 式中：g (t)為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為心；概率為卩(0概率為1 p石是昕的反碼，若an=l,則石二0；若an = 0,則石二1,于是 1to概率為

4、1一 p概率為p(5)%和気分別是第n個(gè)信號(hào)碼元(1或0)的初始相位。在移頻鍵控中竹和不攜帶信息, 通?？闪?pn和気為零。因此，2fsk信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為e2fsk(0 = s(t)cos3it + s2(t)coso)2t (6)其屮si(t) = en 一 ©)(7)s2(£)=n石9(上一心)aks2(t)cosvlt+qi)cos(w2n-(pn)s l(t) cos(xvlt+qi>czws2(t) cos(v2t+cpn)2fsk?(韻圖2-12fsk信號(hào)的調(diào)制過(guò)程原理圖2fsk信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外一種可以采用

5、鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立 頻率源進(jìn)行選通，使其在每一個(gè)碼元心期間輸出fl或f2兩個(gè)載波之一，如圖2-2所示。這兩種方法產(chǎn)生2fsk信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的2fsk信號(hào)在相鄰碼元之間的相位 變化是連續(xù)變化的。(這是一類(lèi)特殊的fsk,稱(chēng)為連續(xù)相位fsk (continuous-phase fsk,cpfsk) jfu鍵控法產(chǎn)生的2fsk信號(hào)，是由電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成, 故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。2. 2 2fsk的解調(diào)原理2fsk信號(hào)的常用解調(diào)方法是采用如下2-3所示的非和干解調(diào)(包絡(luò)檢波)和和干解調(diào)。 其解調(diào)原理是

6、將2fsk信號(hào)分解為上下兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限。判 決規(guī)則應(yīng)與解調(diào)規(guī)則和呼應(yīng)，解調(diào)時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率fl,則接收時(shí)上支路 的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反z則判為“0”。(a)非相干解調(diào)coso)2t(b)相干解調(diào)圖2-3 2fsk信號(hào)解調(diào)原理圖除此z外,2fsk信號(hào)還有其他解調(diào)方法，比如鑒頻法、并分檢測(cè)法、過(guò)零(zero crossing) 檢測(cè)法等。2fsk在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛。國(guó)際電信聯(lián)盟(itu)建議在數(shù)據(jù)率低于1200b/s 時(shí)采用2fsk體制。2fsk可以采用非和干接收方式，接收時(shí)不必利用信號(hào)的和位信息，因 此特別適合應(yīng)用于衰落信道/隨參信道(如短波無(wú)

7、線電信道)的場(chǎng)合，這些信息會(huì)引起信 號(hào)的和位和振幅隨機(jī)抖動(dòng)和起伏。3建立模型描述3. 1利用mat i ab的m語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真以rand函數(shù)模擬二進(jìn)制信號(hào)源，ellipord和ellip函數(shù)求得橢圓低通濾波器階數(shù)， filter函數(shù)實(shí)現(xiàn)濾波功能。同時(shí)in文件的可編譯性使得程序的調(diào)試，特別是低通濾波器的 參數(shù)設(shè)置(程序中的fp, fs以及fs)十分方便。3.2利用simulink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真simulink是matlab中的一種口j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)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非 線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字

8、信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink nj'以用連續(xù)采樣時(shí) 間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系 統(tǒng)中的不同部分具冇不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一 個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口 (gut)，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。本設(shè)計(jì)中利用simulink軟件實(shí)現(xiàn)2fsk的調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程,模塊圖形如圖3.1所示。bernoulli binary bernoulli binary generatorgaussian noiseg

9、enefatorfihe< design&sine wv«2*-butt analogfilter d*»iqn2alter design 1pelationil op«r»tor圖3-1基于simulink的相干解調(diào)3. 3利用systemv iew對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真systemview是美國(guó)elanix公司推出的，基于windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿 真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(token)去描述程序，無(wú)需與復(fù)雜的程序 語(yǔ)言打交道，不用寫(xiě)一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系 統(tǒng)、訪問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便

10、地加入注釋。利用systemview,可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系 統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶(hù)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 時(shí)，只需從systemview配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間 的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真 分析結(jié)果。利用systemview軟件實(shí)現(xiàn)2fsk的調(diào)制與相干解調(diào)過(guò)程，模塊圖形如圖3.2所示。圖3-2基于systemview的相干解調(diào)4模塊功能分析或源程序代碼4.1利用mat i ab的m語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真源程序代碼如下：fc=20;% 載頻fs=100;

11、%系統(tǒng)采樣頻率fd=l;%碼速率n=fs/fd;df=10;numsymb=50;%進(jìn)彳亍仿真的信息代碼個(gè)數(shù)m=2;%進(jìn)制數(shù)snrpbit=100;% 信噪比snr=snrpbit/log2(m);% 60seed= 12345 54321;numplot=15;x=randsrc(numsymb, 1 ,0:m-1 );%產(chǎn)生 50 個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼figure(l)stem(fo:numplot-l,x(l:numplot),bx,);titled二進(jìn)制比特流)xlabelctime1);ylabelcamplitude*);y=dmod(x,fc,fd,fs；fsk,m,df)；% 數(shù)字帶

12、通調(diào)制nummodplot=numplot*fs;t=0:nummodplot-l./fs;plot(t,y(l:length(t)；b-');axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);%軸坐標(biāo)為-1.51.5titlec調(diào)制后的信號(hào)jxlabelftime*);%標(biāo)記 x 軸為"time"ylabelcamplitude*);%標(biāo)記 y 軸為"振幅”%加入高斯白噪聲r(shí)andn(*state',seed(2);y=awgn(y,snr-10*log 10(0.5)-10*log 10(n),measured1,；db');%

13、 加入高斯白噪聲figure(3)plot(t,y(l:length(t)；b-');axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);titlec加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào))xlabelftime*);ylabel('amplitude');%相干解調(diào)figure(4)z 1 =ddemod(y,fc,fd,fs,'fsk/eye',m,df)；titlec相干解調(diào)后信號(hào)的眼圖j%帶輸出波形的相干m元頻移鍵控解調(diào)figure(5)stem(0:numplot-1 ,x( 1:numplot)/bx');hold on;stem(0:nu

14、mplot-1 ,z 1 (1:numplot),'ro');hold off;axis(0 numplot -0.5 1.5);titlec相干解調(diào)后信號(hào)與原信號(hào)的比較')legendc原輸入二進(jìn)制比特流，湘干解調(diào)后的信號(hào))xlabelftime*);ylabel('amplitude');%非相干解調(diào)figure(6)z2=ddemod(y,fc,fd,fs,'fsk/eye/noncoh',m,df);titlec非相干解調(diào)后信號(hào)的眼圖jfigure(7)stem(0:numplot-1 ,x( 1:numplot)/bx'

15、);hold on;stem(0:numplot-1 ,z2( 1:numplot),'ro');hold off;axis(0 numplot -0.5 1.5);titlec非相干解調(diào)后的信號(hào)jlegendc原輸入二進(jìn)制比特流丁非相干解調(diào)后的信號(hào)')xlabelftime*);ylabel('amplitude');%誤碼率統(tǒng)計(jì)enorsymratiosym=symerr(x,z 1);figure(8)simbasebandex(0:1:5);titlec相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)')errorsymratiosym=symerr(x,z2);f

16、igure(9)simbasebandex(0:1:5);titlec非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)')%濾除高斯白噪聲delay=3;r=0.5;propd=0; %滯后 3syf,tf=rcosine(fd,fs,'fir*,r,delay);yo2,to2=rcosflt(y,fd,fs,'filter1,yf);t=0:nummodplot-1 ./fs;figure( 10)其模塊功能分析如下：圖4-2-12fsk信號(hào)調(diào)制模塊plot(t,y(l :length(t)；r-');hold on;plot(to2,yo2,'b-');% 濾岀帶外

17、噪聲hold off;axis(0 30-1.5 1.5);xlabelftime*);ylabel('amplitude');legend加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào)j titlec升余弦濾波前后波形比較jeyediagram(yo2,n); % 眼圖titlec加入高斯白噪聲后已調(diào)信號(hào)的眼圖)4. 2利用simulink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真圖4-2-2系統(tǒng)信道模塊圖4-2-1為系統(tǒng)的調(diào)制模塊。本實(shí)驗(yàn)屮通過(guò)健控法產(chǎn)生2fsk調(diào)制信號(hào)。隨機(jī)比特流的頻率為100hz,信號(hào)源1的頻率為1000hz,信號(hào)源2的頻率為2000hzo圖4-2-2為系統(tǒng)的信道模

18、塊。本實(shí)驗(yàn)屮的信道為加了加性高斯白噪聲的信道。圖4-3-3為系統(tǒng)的解調(diào)模塊。本實(shí)驗(yàn)屮帶通濾波器的值分別設(shè)為800hz1200hz,1800hz2200hz；低通濾波器的值都為100hz；抽樣判決器的抽樣頻率為100hz。4. 3利用systemv i ew對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真其模塊功能分析如廠圖4-3-1 2fsk信號(hào)調(diào)制模塊圖4-3-2 2fsk信號(hào)解調(diào)模塊圖4-3-1為系統(tǒng)的調(diào)制模塊。本實(shí)驗(yàn)屮通過(guò)健控法產(chǎn)生2fsk調(diào)制信號(hào)。隨機(jī)比特流的頻率為20hz,信號(hào)源11頻率為200hz,信號(hào)源13頻率為400hzo圖4-3-2為系統(tǒng)解調(diào)模塊。本實(shí)驗(yàn)小帶通濾波器的值分別設(shè)為180hz220hz, 3

19、80hz-420hz；低通濾波器的值都為100hz；抽樣判決器的抽樣頻率為loohzo5調(diào)試過(guò)程及結(jié)論5.1利用mat i ab的m語(yǔ)言對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)論二逬割比埒沅圖5-1-1二進(jìn)制隨機(jī)序列圖5-1-22fsk調(diào)制信號(hào)加入高斯白堞聲后能已調(diào)信號(hào)8101214time0.1020.30.40.50.60.70.80.9圖5-1-3加入高斯白噪聲后的調(diào)制信號(hào)圖5-1-4相干解調(diào)后信號(hào)的眼圖一 原輸入二逬制比特流 0相干解調(diào)后的信號(hào)5apn 三 df<(> <4厶厶> <> <厶> <厶 <非相干舉坍后13號(hào)的眾因0.10

20、20.30.40.50.60.70.80.9i圖5-1-5相干解調(diào)后信號(hào)與原序列的比較圖5-1-6非相干解調(diào)的眼圖菲相干簾is后的矩號(hào)原輻入二迸制比特淤time原錨入二逬制比特流 y養(yǎng)相干蕭調(diào)心的（5尋卄相干ftiis心的（se1015圖5-1-7非相干解調(diào)信號(hào)與原序列的比較圖5-1-8相干解調(diào)后的誤碼率統(tǒng)計(jì)卄相材隨后誤豁率統(tǒng)計(jì)10thetxebcal sertheoretical 0er o simulaeed ser o simulated ber 4m - *' pjsduv升會(huì)弦垃漫前后溢形比較加入高斯白哎由后的已謂佰尋 經(jīng)過(guò)升余弦瀝淤器后的已ifflfb號(hào)1015202530

21、time圖5-1-9非相干解調(diào)后誤碼率的統(tǒng)計(jì)圖5-1-10升余弦濾波前后的比較加入高斯白噪聲后已調(diào)信號(hào)的眼圖1.5|.-c apnu-dluvemti圖5-1-11加入咼斯噪聲的眼圖從上面的圖屮可以看出程序仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)要求相符。同時(shí)高斯白噪聲對(duì)信道的各過(guò) 程有很大的影響，跟誤碼率有很大的關(guān)系。5. 2利用simulink對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程及結(jié)論圖5-2-1 2fsk信號(hào)的調(diào)制過(guò)程的圖形圖5-2-2 2fsk信號(hào)圖形與加入噪聲后的信號(hào)波形對(duì)比圖5-2-4 2fsk信號(hào)相干解調(diào)下支路的過(guò)程圖5-2-5原隨機(jī)二制進(jìn)比特流圖形與經(jīng)調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)圖形對(duì)比5. 3利用systemv i ew

22、對(duì)2fsk系統(tǒng)的仿真調(diào)試過(guò)程sink 39200*>300028cos3?ia« :n s«condi圖5-3-1二進(jìn)制隨機(jī)序列tia« in secoais圖5-3-2 2fsk信號(hào)的相干解調(diào)上支路過(guò)程的圖形200.3sink 2100028cg3i 114030-3ti«« :n sxondt00028co3圖5-3-3 2fsk信號(hào)的相干解調(diào)下支路過(guò)程的圖形sink 23200.340c.3800<-3200240c*-3ti*« m sxwds8023圖5-3-4 2fsk調(diào)制后的波形si» 3020028003400,3500<-3-500e-320w3400700838023圖5-3-5 2fsk解調(diào)后的波形6心得體會(huì)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)是我收獲很大，不僅再一次對(duì)mat la b功能的強(qiáng)大有了更加深刻 的認(rèn)識(shí)同時(shí)還新接觸