FSK信的解调与抗噪声性能分析.docx

精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -课程设计课程设计名称： 通信综合专业班级：学学生姓名号：：指导教师：课程设计时间： 2021 年电子信息工程专业课程设计任务书同学姓名专业班学号级题 目 2FSK信号的解调与抗噪声性能分析课题性质仿真 课题来源 自拟课题指导教师同组姓名用数字基带信号转变正弦型载波的幅度、 频率或相位中的某主要内容个参数，产生相应的数字振幅调制、 数字频率调制和数字相位调制；第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -1．把握 2FSK的调制与解调的实现方法，探究并分析其抗噪声性能；2．用 MATLAB仿真设计一个 2FSK信号的产生并进行调制任务要求解调的数字通信系统；3. 遵循本系统的设计原就， 理顺基带信号、 传输频带及两个载频三者间相互间的关系；加深懂得 2FSK调制器与解 调器的工作原理，学会对 2FSK工作过程进行检查及对主要 性能指标进行测试的方法1、《 MATLAB通信仿真开发手册》 国防工业出版社 孙屹参考文献2、《现代通信系统分析与仿真－ MATLAB通信工具箱》 西安电子科技高校出版社 李建新3、《现代通信原理》 清华高校出版社 曹志刚着4、教学用“通信原理”教材审查看法指导老师签字：教研室主任签字： 2021 年月 日目录第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -2FSK信号的解调与抗噪声性能分析一．课程设计的目的和意义基本要求把握 2FSK的调制与解调的实现方法，探究并分析其抗噪声性能；遵循本系统的设计原就，理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间的关系；加深懂得 2FSK调制器与解调器的工作原理， 学会对 2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法；课程设计的目的及意义本次课程设计是对通信原理课程理论教学和试验教学的综合和总结；通过这次课程设计，使同学熟悉和懂得通信系统，把握信号是怎样经过发端处理、被送入信道、然后第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -在接收端仍原；要求同学把握通信原理的基本学问，运用所学的通信仿真的方法实现某种传输系统；能够依据设计任务的详细要求，把握软件设计、调试的详细方法、步骤和技巧；对一个实际课题的软件设计有基本明白，能进一步把握高级语言程序设计基本概念，把握基本的程序设计方法，拓展学问面，激发在此领域中连续学习和讨论的爱好，为学习后续课程做预备；在信道中，大多数具有带通传输特性，必需用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号；可以用数字基带信号转变正弦型载波的幅度、频率或相位中的某个参数，产生相应的数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制；也可以用数字基带信号同时转变正弦型载波幅度、频率或相位中的某几个参数，产生新型的数字调制；本课程设计旨在依据所学的通信原理学问，并基于 MATLAB软件，仿真一 2FSK 数字通信系统； 2FSK数字通信系统，即频移键控的数字调制通信系统；频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息；在 2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化；因此，一个 2FSK信号的波形可以看成是两个不同载频的 2ASK信号的叠加；可以利用频率的变化传递数字基带信号，通过调制解调仍原数字基带信号，实现课程设计目标；二， 2FSK的基本原理和实现二进制频率调制是用二进制数字信号掌握正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化；由于二进制数字信息只有两个不同的符号，所以调制后的已调信号有两个不同的频率 f1 和 f2 ，f1 对应数字信息“ 1”， f2 对应数字信息“ 0”；二进制数字信息及已调载波如图 3-1 所示；图 3-1 2FSK 信号2FSK 的产生在 2FSK信号中，当载波频率发生变化时，载波的相位一般来说是不连续的，这种信号称为不连续 2FSK信号；相位不连续的 2FSK通常用频率挑选法产生，如图 3-2 所示：图 3-2 2FSK 信号调制器两个独立的振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入的二进制信号；二进制信号通过两个与门电路，掌握其中的一个载波通过；调制器各点波形如图 3-3 所示：图 3-3 2FSK 调制器各点波形第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -由图 3-3 可知，波形 g 是波形 e 和 f 的叠加；所以，二进制频率调制信号 2FSK可以看成是两个载波频率分别为 f1 和 f2 的 2ASK信号的和；由于“ 1”、“ 0”统计独立，因此 ， 2FSK 信 号 功 率 谱 密 度 等 于 这 两 个 2ASK 信 号 功 率 谱 密 度 之 和 ， 即（ 3-1 ）2FSK信号的功率谱如图 3-4 所示：图 3-4 2FSK 信号的功率谱由图 3-4 看出， 2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率 f1 和 f2 处，连续谱分布在 f1 和 f2 邻近，如取功率谱第一个零点以内的成分运算带宽，明显 2FSK信号的带宽为 （3-2 ）为了节省频带，同时也能区分 f1 和 f2 ，通常取 |f1-f2|=2fs ，因此 2FSK信号的带宽为（3-3 ） 当|f1-f2|=fs 时，图 3-4 中 2FSK的功率谱由双峰变成单峰，此时带宽为（3-4 ） 对于功率谱是单峰的 2FSK信号，可采纳动态滤波器来解调；此处介绍功率谱为双峰的 2FSK 信号的解调；2FSK 滤波器的调解及抗噪声性能2FSK 信号的解调也有相干解调和包络解调两种；由于 2FSK信号可看做是两个 2ASK信号之和，所以 2FSK解调器由两个并联的 2ASK解调器组成；图 3-5 为 2FSK相干和包络解调；图 3-5 2FSK 信号调解器相干 2FSK抗噪声性能的分析方法和相干 2ASK很相像；现将收到的 2FSK信号表示为（3-5 ）波频率为 f1 ，信号能通过上支路的带通滤波器；上支路带通滤波器的输出是信号和窄带噪声 ni1( t ) 的叠加 ( 噪声中的下标 1 表示上支路窄带高斯噪声 ) ，即（ 3-6 ） 此信号与同步载波 cos2πf1t 相乘，再经低通滤波器滤除其中的高频成分，送给取样判第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -决器的信号为 （3-7 ）上式中未计入系数 1/2 ；与此同时， 频率为 f1 的 2FSK信号不能通过下支路中的带通滤波器，由于下支路中的带通滤波器的中心频率为 f2 ，所以下支路带通滤波器的输出只有窄带高斯噪声，即 （ 3-8 ）此噪声与同步载波 cos2πf2t 相乘，再经低通滤波器滤波后输出为（ 3-9 ） 上式中未计入系数 1/2 ；定义 （3-10 ）取样判决器对 x( t ) 取样，取样值为 （3-11 ）其中， nI1 、 nI2 都是均值为 0、方差为 的高斯随机变量，所以 x是均值为 a、方差为 的高斯随机变量， x 的概率密度函数为（ 3-12 ）概率密度曲线如图 3-6 所示：图 3-6 判决值的函数示意图判决器对 x 进行判决，当 x>0 时，判发送信息为“ 1”，此判决是正确的； 当 x<0时，判决发送信息为“ 0”，明显此判决是错误的； 由此可见， x<0 的概率就是发“ 1”错判成“ 0”的概率，即 （3-13 ）当发送数字信号“ 0”时，下支路有信号，上支路没有信号；用与上面分析完全相同的方法，可得到发“ 0” 码时错判成“ 1”码的概率 P(1/0) ，简单发觉， 此概率与上式表示的P(0/1) 相同，所以解调器的平均误码率为Pe=P(1) P(0/1)+ P(0) P(1/0)= P(0/1) ［P(1)+ P(0) ］=P(0/1) (3-14)所以 (3-15)式中 留意，式中无需“ 1”、“ 0”等概这一条件；由相关调制解调的原理图第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -ω 1带 通 相 乘输入Cos ω带 通 相 乘 ω 2 Cos ω低 通输出抽 样抽 样 脉低 通输入的信号为： S（t ）=[ ∑а n*g(t-nTs)]cos ω1t+[ ān*g(t-nTs)]cos ω 1t （ān 是а n 的反码）来设计仿真三. 仿真设计步骤（ 1）第一要确定采样频率 fs 和两个载波 f 1，f 2 的值；（ 2）先产生一个随机的信号，写出输入已调信号的表达式是 s(t) ；由于 s(t) 中有反码的存在，就需要将信号先反转后在原信号和反转信号中进行抽样；写出已调信号的表达式 s(t) ；（ 3）在 2FSK的解调过程中，依据解调的原理图，信号先通过带通滤波器，设置带通滤波器的参数， 后用一维数字滤波函数 filter 对信号 s(t) 的数据进行滤波处理； 由于已调信号中有两个不同的载波， 就经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的波形 H1，H2；（ 4）经过带通滤波器后的 2FSK信号再分别经过相乘器，输出得到相乘后的两个不同的2FSK波形 sw1 ，sw2；（ 5）经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器，设置低通滤波器的参数，用一维数字滤波函数 filter 对信号进行新的一轮的滤波处理； 输出经过低通滤波器后的两个波形 st 1，st 2 ；（ 6）将信号 st 1 和 st 2 。