2FSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)

1、通信原理大作業(yè)（二）班級(jí)：1302031題目：2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)學(xué)號(hào)： :萬(wàn)康一、設(shè)計(jì)任務(wù)按照2FSK生成模型和解調(diào)模型分別產(chǎn)生 2FSK信號(hào)和高斯白噪 聲，經(jīng)過(guò)信道傳輸進(jìn)行解調(diào)，對(duì)調(diào)制、解調(diào)過(guò)程中的波形經(jīng)行時(shí)域和 頻域觀察，并經(jīng)行誤碼率測(cè)量。二、FSK信號(hào)介紹1、2FSK信號(hào)的產(chǎn)生2FSK是利用數(shù)字基帶信號(hào)控制在波白頻率來(lái)傳送信息。例如，1碼用頻率f1 來(lái)傳輸， 0 碼用頻率f2 來(lái)傳輸，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為Acos( 1t 1 )發(fā)送" 1 " 時(shí)2FSK(t) Acos( 2t 2)發(fā)送" 0 "時(shí)式中，假設(shè)碼元的初始相位分別

2、為 1和2； i 2兀fi和2 2冗f2為兩個(gè) 不同的碼元的角頻率；幅度為A為一常數(shù)，表示碼元的包絡(luò)為矩形脈 沖。1-1(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。如圖 (a)所示。(2)鍵控法，用數(shù)字基帶信號(hào)g及其反而相分別控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén) 電路，以此對(duì)兩個(gè)載波發(fā)生器進(jìn)行選通。如圖 1-1 (b)所示。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)的波形基本相同，只有一點(diǎn)差異，即由 調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法 產(chǎn)生的2FSK信號(hào)，則分別有兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的 信號(hào)，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。(b)圖2-1 2FSK信號(hào)產(chǎn)生原理圖由鍵控法產(chǎn)生原理可知

3、，一位相位離散的2FSK信號(hào)可看成不同 頻率交替發(fā)送的兩個(gè)2ASK言號(hào)之和，即2FSK (t) g(t)cos( it1) g(t)cos( 2t2)ang(t nTs)cos( it i) ang(t nTs)cos( 2t 2) nn其中g(shù)(t)是脈寬為T(mén)s的矩形脈沖表示的NRZ字基帶信號(hào)。0,概率P0,概率i pan1,概率1 Pan1,概率p其中，an為an的反碼，即若an 1 ,則an 0 ；若an 0 ,則an 1。2、2FSK信號(hào)的頻譜由于相位離散的2FSK信號(hào)可看成是兩個(gè)2ASK言號(hào)之和，所以， 這里可以直接應(yīng)用2ASK言號(hào)的頻譜分析結(jié)果，比較方便，即S2FSK(f ) S2A

4、SK1 (f) S2ASK2(f)T6| Sa (ff1)TS|2|Sa (ff1)TS |2|Sa (ff2)TS|2|Sa (ff2)TS |2前(f f1)(f f1) (f f2) (f f2)2FSK信號(hào)帶寬為B2FSK | G f2 | 2fs |3 f2| 2Rs 式中，R fs是基帶信號(hào)的帶寬。三、2FSK信號(hào)的調(diào)制原理二進(jìn)制頻率調(diào)制是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制正弦波的頻率隨二進(jìn) 制數(shù)字信號(hào)的變化而變化。由于二進(jìn)制數(shù)字信息只有兩個(gè)不同的符 號(hào)，所以調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)有兩個(gè)不同的頻率f1和f2, f1對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“1”，f2對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“ 0”。二進(jìn)制數(shù)字信息及已調(diào)載波如 圖2-1所不圖

5、3-1 2FSK信號(hào)在2FSK信號(hào)中，當(dāng)載波頻率發(fā)生變化時(shí)，載波的相位一般來(lái)說(shuō) 是不連續(xù)的，這種信號(hào)稱(chēng)為不連續(xù)2FSK信號(hào)。相位不連續(xù)的2FSK1 常用頻率選擇法產(chǎn)生。圖3-2 2FSK信號(hào)調(diào)制器兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器作為兩個(gè)頻率發(fā)生器，他們受控于輸入的二進(jìn)制信 號(hào)。二進(jìn)制信號(hào)通過(guò)兩個(gè)與門(mén)電路，控制其中的一個(gè)載波通過(guò)。四、2FSK信號(hào)的解調(diào)原理2FSK相關(guān)調(diào)制解調(diào)的原理圖如下:帶逋世腿需(a) 非相十髀調(diào)(h)相F髀調(diào)輸入的信號(hào)為：S(t) an g(t nTs)cos it 冏 g(t nTs)cos 2t其中an是a n的反碼。五、仿真思路1 .首先要確定采樣頻率fs和兩個(gè)載波頻率的值fl ,

6、f2。2 .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)。3 .在2FSKW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(3 1, 3 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。4 .經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的2FSK言號(hào)再經(jīng)過(guò)相乘器(cosi, cos2), 兩序列相乘的MATLAB1達(dá)式y(tǒng)=x1.*x2 - SW=Hn.*

7、Hn ,輸出得到相 乘后的兩個(gè)不同的2FSKM形h1,h2。5 . 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)字濾波函數(shù)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) 。6 .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) 時(shí)， 則 st=0 ， 否則 st=st2(i).其中 st=st1+st2 。六、輸出波形以及結(jié)果分析1、輸出波形對(duì)于噪聲強(qiáng)度系數(shù)為0(未加噪聲)時(shí)，

8、執(zhí)行上述程序得到以下 5 個(gè)圖形。圖1-1 ( a)沒(méi)有噪聲時(shí)的波形 圖1-1 ( b)帶通濾波后的波形登過(guò)電遺留1£言剜序器圖1-1 ( c)相乘后的波形圖1-1 ( d )低通濾波后的波形經(jīng)過(guò)抽件判決器后的液形圖1-1 ( e)判決后的波形圖1-1噪聲為0 (沒(méi)有噪聲)時(shí)的波形而對(duì)于噪聲強(qiáng)度系數(shù)(方差)為0.3時(shí)，執(zhí)行上述程序又可得到另外5個(gè)圖形上蜚;>=經(jīng)過(guò)自通央曰總后端就服圖1-2 ( a)有噪聲時(shí)的波形圖1-2 ( b)帶通濾波后的波形15空工用象割"后取殘弓10J 5 t 71115經(jīng)過(guò)相案罌般后的漁柩'；0123<56 T 8 J 1(圖1

9、-2 ( c)相乘后的波形o HC G黑口40 202T(23 J 5 E 739 1f疑髓濾相配而引螂78910圖1-2 ( d )低通濾波后的波形勺 加忤判灰盤(pán)后 的煙相怛，小加足財(cái)岫W機(jī)4M加31梟蚓硒my，2:345 d心始的射照u a iorflr ” ”TFl 叱陽(yáng)力門(mén)k門(mén)_g Lii'ii_圖1-2 ( e)判決后的波形圖1-2噪聲方差為0.3時(shí)的波形2、結(jié)果分析2FSK言號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理是通過(guò)帶通濾波器將 2FSK言號(hào)分解為上F兩路2FSK言號(hào)后分別解調(diào)，然后進(jìn)行抽樣判決輸出信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)信號(hào)2FS保用相干解調(diào)進(jìn)行解調(diào)。對(duì)于2FS繇統(tǒng)的抗噪聲性能，本實(shí)驗(yàn)采用同步檢測(cè)法。

10、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 。 在原理圖中采用兩個(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,H/形中在分別含有噪聲n1,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（7 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”。在（0, Ts）時(shí)間發(fā)送“1”符號(hào)（對(duì)應(yīng)1）,則上下支路兩個(gè)帶通濾波器輸出波形H1,HZ H1,H2分別