基于MATLAB的FSK調(diào)制解調(diào)1(1)

1、 目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1引言3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1課程設(shè)計(jì)目的3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.2課程設(shè)計(jì)要求3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.3課程設(shè)計(jì)步驟31.4設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2設(shè)計(jì)原理5 HYPERLINK l bookmark14

2、 o Current Document FSK基本原理5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document FSK調(diào)制原理5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document FSK解調(diào)原理6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document FSK信號(hào)的產(chǎn)生7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document FSK的解調(diào)8 HYPERLINK l book

3、mark24 o Current Document 3.3疊加噪聲的FSK解調(diào)9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4遇到問(wèn)題及解決辦法12 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4.1編程中問(wèn)題解答12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 4.2程序解調(diào)過(guò)程中的問(wèn)題12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 結(jié)束語(yǔ)13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 參

4、考文獻(xiàn)14基于MATLAB的FSK調(diào)制解調(diào)摘要：本課程設(shè)計(jì)利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FSK的調(diào)制解調(diào)，并繪制出解調(diào)前后的時(shí)域和頻域波形及疊加噪聲時(shí)解調(diào)前后的時(shí)頻波形，并觀察解調(diào)前后頻譜有何變化以加深對(duì)FSK信號(hào)解調(diào)原理的理解。對(duì)信號(hào)疊加噪聲，并進(jìn)行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號(hào)的時(shí)頻波形，改變?cè)肼暪β蔬M(jìn)行解調(diào)，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該解調(diào)過(guò)程的正確性及信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽Ｍ瓿烧麄€(gè)FSK的調(diào)制解調(diào)過(guò)程。程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)為MATLAB7.1,使用其自帶的M文件實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行平臺(tái)為Windows2000。關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；FSK；調(diào)制解調(diào)；MATLAB7.1；M文件1引言本課程設(shè)計(jì)是利

5、用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FSK的調(diào)制解調(diào)，并繪制出解調(diào)前后的時(shí)域和頻域波形及疊加噪聲時(shí)解調(diào)前后的時(shí)頻波形，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該解調(diào)過(guò)程的正確性及信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.1課程設(shè)計(jì)目的此次課程設(shè)計(jì)的目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，編寫(xiě)M文件實(shí)現(xiàn)FSK的調(diào)制和解調(diào)，繪制出FSK信號(hào)解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，觀察調(diào)解前后頻譜的變化，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行噪聲疊加后解調(diào)同樣繪制解調(diào)前后的信號(hào)時(shí)頻波形，最后改變?cè)肼暪β蔬M(jìn)行調(diào)解，分析噪聲對(duì)信號(hào)傳輸造成的影響，加深對(duì)FSK信號(hào)解調(diào)原理的理解。1.2課程設(shè)計(jì)要求熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握FSK調(diào)制解調(diào)原理

6、的基礎(chǔ)上,編寫(xiě)出FSK調(diào)制解調(diào)程序。在M文件環(huán)境下運(yùn)行程序繪制出FSK信號(hào)解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，觀察波形在解調(diào)前后的變化，對(duì)其作出解釋?zhuān)瑫r(shí)對(duì)信號(hào)加入噪聲后解調(diào)，得到解調(diào)后的時(shí)頻波形，分析噪聲對(duì)信號(hào)傳輸造成的影響。解釋所得到的結(jié)果。1.3課程設(shè)計(jì)步驟本課程設(shè)計(jì)采用M文件編寫(xiě)的方法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的FSK的調(diào)制與解調(diào)，然后在信號(hào)中疊加高斯白噪聲。一，調(diào)用dmode函數(shù)實(shí)現(xiàn)FSK的解調(diào)，并繪制出FSK信號(hào)調(diào)制前后在時(shí)域和頻域中的波形，兩者比較。二，調(diào)用ddemod函數(shù)解調(diào)，繪制出FSK信號(hào)解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，兩者比較。三，調(diào)用awgn函數(shù)在新海中疊加不同信噪比的噪聲，繪制在各種噪聲下的

7、時(shí)域頻域圖。最后分析結(jié)果。1.4設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介Matlab是美國(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的用于概念設(shè)計(jì)，算法開(kāi)發(fā)，建模仿真,實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。是目前最好的科學(xué)計(jì)算類(lèi)軟件。作為和MathematicalMaple并列的三大數(shù)學(xué)軟件。其強(qiáng)項(xiàng)就是其強(qiáng)大的矩陣計(jì)算以及仿真能力。Matlab的由來(lái)就是Matrix+Laboratory=Matlab，這個(gè)軟件在國(guó)內(nèi)也被稱(chēng)作矩陣實(shí)驗(yàn)室。Matlab提供了自己的編譯器：全面兼容C+以及Fortran兩大語(yǔ)言。Matlab7.1于2005.9最新發(fā)布-完整版,提供了MATLAB，SIMULINK的升級(jí)以及其他最新的75個(gè)模塊的升級(jí)。7.1版本提高了產(chǎn)品

8、質(zhì)量,同時(shí)也提供了新的用于數(shù)據(jù)分析、大規(guī)模建模、固定點(diǎn)開(kāi)發(fā)、編碼等。所以Matlab是工程師，科研工作者手上最好的語(yǔ)言，最好的工具和環(huán)境。2設(shè)計(jì)原理2.1FSK基本原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2FSK中載波的頻率隨二進(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）二Acos（31t+申n）發(fā)送“1時(shí)；e2fsk（t）二Acos（32t+0n）發(fā)送“0時(shí)。一個(gè)2FSK可以看成兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。因此2FSK信號(hào)時(shí)域表達(dá)式又可以寫(xiě)成e2fsk(t)=工ang(t-nTs)cos(3lt+申n)+工ang(t-nTs)cos(32+0n)n(

9、2-1)式中：g（t）為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為T(mén)s；an=1時(shí)，概率為P;an=0時(shí)，概率為1-P;an是an的反碼，若an=1，則an=0；若若an=0，則an=1,于是an=1時(shí)，概率為l-p；an=0時(shí)，概率為P;n和On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n和On不攜帶信息，通常和令n和On為零。因此2FSK信號(hào)表達(dá)式可簡(jiǎn)化為:e2fsk(t)二s1(t)cos31t+s2(t)cos32t(2-2)s1(t)二工ang(t-nTs)s2(t)二ang(t-nTs)(2-3)(2-4)2.2FSK調(diào)制原理在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號(hào)的頻率隨著輸入碼流的變化

10、而切換（稱(chēng)為高音和低音，代表二進(jìn)制的1和0）。產(chǎn)生FSK信號(hào)最簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1,在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時(shí)刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號(hào)稱(chēng)為不連續(xù)FSK信號(hào)。）其實(shí)現(xiàn)如圖一所示：2.3FSK解調(diào)原理對(duì)于FSK信號(hào)的解調(diào)方式很多：相干解調(diào)、濾波非相干解調(diào)、正交相乘非相干解調(diào)。而FSK的非相干解調(diào)一般采用濾波非相干解調(diào)，解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分為上下兩路2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)，然后判決，這里的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。判決則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng),調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)為對(duì)應(yīng)載波頻率fl,則接受時(shí)上支路

11、的樣值大小，應(yīng)判為“1”反之則判為“0”。圖2-22FSK信號(hào)非相干解調(diào)原理圖3仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程3.1FSK信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)用domde函數(shù)實(shí)現(xiàn)FSK的調(diào)制：y二dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df);(3T)其中y為已調(diào)信號(hào)；x為調(diào)制信號(hào)；Fc=10為載波頻率；Fs=40系統(tǒng)采樣頻率；Fd=l碼元速率。此程序輸入的是二進(jìn)制的FSK信號(hào)且為數(shù)字信號(hào)，所謂為連續(xù)的二進(jìn)制圖形如圖三所示：O765432100.0.0.0.0.0.0.-gnl_-dE10.90.8二進(jìn)制隨機(jī)序列146im圖3-1輸入的二進(jìn)制隨即序列對(duì)該信號(hào)進(jìn)行頻譜分析在M文件下得到了調(diào)制后的頻域和時(shí)域圖設(shè)定好各個(gè)的參數(shù)調(diào)制后的信

12、號(hào)505n-O.apnl_-duu圖3-2調(diào)制后的信號(hào)圖3-3調(diào)制后的頻譜圖通過(guò)調(diào)制，從所得的圖形可知輸入的二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)沒(méi)受到噪聲干擾的時(shí)候是很規(guī)則的信號(hào)調(diào)制后的信號(hào)3.2FSK的解調(diào)對(duì)調(diào)制好的FSK信號(hào)進(jìn)行非相干解調(diào)。輸入的FSK中頻信號(hào)分別經(jīng)過(guò)中心頻率為fH、fL的帶通濾波器，然后分別經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波的輸出在t=kTb。時(shí)抽樣（其中k為整數(shù)），并且將這些值進(jìn)行比較。根據(jù)包絡(luò)檢波器輸出的大小,比較器判決數(shù)據(jù)比特是1還是0。:553E551?5?iiE55=|E02468101214Time非相干解調(diào)后的信號(hào)aAAaAmAaeeX1-.30ei原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列02468101214

13、Elp_l_-duuTime 圖3-4解調(diào)前后的頻譜圖比較從所得到的結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)解調(diào)后，在沒(méi)有噪聲的干擾下，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)在頻譜上和原信號(hào)十分吻合，基本沒(méi)有誤差。3.3疊加噪聲的FSK解調(diào)在信號(hào)中如果存在了不需要的電信號(hào)，我們稱(chēng)之為噪聲。而在通信系統(tǒng)中，我們一般需要處理的是高斯白噪聲。一般在物理上把它翻譯成白噪聲(whitenoise)。白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。所有頻率具有相同能量的隨機(jī)噪聲稱(chēng)為白噪聲。從我們耳朵的頻率響應(yīng)聽(tīng)起來(lái)它是非常明亮的“咝”聲。白噪聲或白雜訊，是一種功率頻譜密度為常數(shù)的隨機(jī)信號(hào)或隨機(jī)過(guò)程。換句話(huà)說(shuō)，此信號(hào)在各個(gè)頻段上的功率是一樣的，由于白光是由

14、各種頻率(顏色)的單色光混合而成，因而此信號(hào)的這種具有平坦功率譜的性質(zhì)被稱(chēng)作是“白色的”，此信號(hào)也因此被稱(chēng)作白噪聲。相對(duì)的，其他不具有這一性質(zhì)的噪聲信號(hào)被稱(chēng)為有色噪聲。理想的白噪聲具有無(wú)限帶寬，因而其能量是無(wú)限大，這在現(xiàn)實(shí)世界是不可能存在的。實(shí)際上，我們常常將有限帶寬的平整訊號(hào)視為白噪音，因?yàn)檫@讓我們?cè)跀?shù)學(xué)分析上更加方便。然而，白噪聲在數(shù)學(xué)處理上比較方便，因此它是系統(tǒng)分析的有力工具。一般，只要一個(gè)噪聲過(guò)程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所作用系統(tǒng)的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來(lái)考慮，就可以把它作為白噪聲來(lái)處理。我們要分析的是在加了高斯白噪聲后的FSK信號(hào)。調(diào)用awgn函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)給

15、FSK信號(hào)的噪聲疊加：yl二awgn(y,20);(3-2)yl為加了噪聲后的信號(hào)，y為需要疊加噪聲的信號(hào)。調(diào)用前面已經(jīng)產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)，我們?cè)O(shè)定噪聲比為20，則可以得到加入噪聲后的已調(diào)信號(hào)和原二進(jìn)制隨機(jī)序列的比較。如圖6所示調(diào)制后的信號(hào)1.51111二進(jìn)制隨機(jī)序列46810Time加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)5cdsnl一-dEoapnl-dE505o.-O.Bpnl=duuLnu51214468101214Time圖3-5原始信號(hào)調(diào)制后信號(hào)和加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)比較從圖中可知，加入噪聲之后信號(hào)的波動(dòng)明顯增大，幅度超出了“1”“-1”的范圍，信號(hào)的失真情況很明顯，但對(duì)信號(hào)的波動(dòng)沒(méi)有很大的改

16、變。由此說(shuō)明，疊加噪聲之后信號(hào)傳輸效果會(huì)受到影響，但正確性不會(huì)改變。3QC20000.20.40.6o.e1-2141.S1e2圖3-6調(diào)制后的頻譜圖300200100Ja.21110.SUP11.21.41.61.823-7加入高斯白噪聲解調(diào)后的頻譜圖（snr=10）3-8加入高斯白噪聲解調(diào)后的頻譜圖（snr=3）加入噪聲后，信號(hào)的變化很明顯。改變?cè)肼暤拇笮。寒?dāng)信噪比為10時(shí)，失真不是非常明顯，與原波形基本上沒(méi)大的變化。當(dāng)信噪比為3時(shí)，噪聲大了之后對(duì)信號(hào)的影響非常大。說(shuō)明FSK信號(hào)具有一定的抗噪聲能力。pnl_Qu10.80.60.40.2原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列281012144非相干WiSf

17、e的信號(hào)_eie0.80.63-9加入噪聲后非相干解調(diào)后,加J入噪聲后,對(duì)信號(hào)進(jìn)行非E相干解調(diào),與原信號(hào):殳有變化，任然能正確的解調(diào)出原垃始信號(hào)，這是因?yàn)殡m然加并且我們?nèi)〉臄?shù)據(jù)組數(shù)有限，不能很好的反應(yīng)其真實(shí)的抗噪能力。通過(guò)上述的操作之后，信道中噪聲對(duì)信號(hào)的傳輸有一定的影響，噪聲越大影口入了噪聲，但數(shù)字信號(hào)的抗噪,性能較模擬信號(hào)而0響越明顯，掩蓋了原始信號(hào)，所以我們?cè)谄匠Ｐ盘?hào)傳輸中，盡量減少信道中噪聲的干擾，保證信號(hào)的傳輸效率。4遇到問(wèn)題及解決辦法4.1編程中問(wèn)題解答在此次課程實(shí)際過(guò)程中，碰到了很多的問(wèn)題，而解決這些問(wèn)題使我學(xué)得了很多的新知識(shí)，同時(shí)也重拾以前遺忘的知識(shí)，加深了對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的鞏固。在

18、同學(xué)們和老師的幫助下，將這些問(wèn)題一一解決?，F(xiàn)將問(wèn)題做如下總結(jié)。首先是在編寫(xiě)程序時(shí)，雖然在網(wǎng)上找到了相關(guān)程序，但這些程序是網(wǎng)上程序員編寫(xiě)的，其中有許多的函數(shù)是我們的MATLAB雖然有，但是我們所謂涉及過(guò)的，因而無(wú)法讀懂這些函數(shù)對(duì)其作出解釋。而我要做的是將這些函數(shù)變?yōu)樽约含F(xiàn)有的程序在MATLAB的函數(shù)庫(kù)中現(xiàn)有的我們接觸過(guò)的能自己組織語(yǔ)言描述的。例如：yl二awgn(y,SNR-10*logl0(0.5)-10*loglO(N),measured,dB);此函數(shù)在以前的課程中并未看到過(guò)，在問(wèn)過(guò)老師之后，才真正明白其含義：次句程序的意思就和我們的yl=awgn(y,20);一樣，在信號(hào)中添加高斯白噪聲

19、，對(duì)于這一系列的函數(shù)和程序用語(yǔ)問(wèn)題，不懂的經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的解答，都得到了很好的解釋。也是我懂得在平時(shí)學(xué)習(xí)中不能只局限于課本知識(shí)，對(duì)于課后的各類(lèi)文章也要去多多留意。4.2程序解調(diào)過(guò)程中的問(wèn)題對(duì)于程序中做出FSK解調(diào)后的頻譜圖的程序我們可以單獨(dú)作為一個(gè)M文件在MATLAB中運(yùn)行，這樣就減少了程序在各個(gè)M文件中存在的問(wèn)題，同樣也就較少了程序過(guò)于繁瑣的問(wèn)題。對(duì)于矩陣n二O:l:length(y)T;w二0:1:1000-1*pi/500;)在沒(méi)有用1000-1之前，程序一直運(yùn)行有錯(cuò)誤。在請(qǐng)教了我們班的同學(xué)之后，按照矩陣乘法的規(guī)則第一個(gè)矩陣的列數(shù)要和第二個(gè)矩陣的行數(shù)相等，否則不能相乘。所以在定義1000個(gè)