课程设计(论文)说明书
题目：二进制数字调制系统
的实现
院（系）：信息与通信学院
专业：通信工程
摘要
MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。
论文中介绍了《通信原理》课程中数字频带传输系统的工作原理，并用MATLAB 软件编写M文件实现产生数字基带信号及对其进行四种方式的调制、解调的系统仿真。关键词：数字频带传输系统；MATLAB软件；数字调制
目录
引言 (1)
1 MATLAB简介 (1)
2 二进制数字调制系统的原理及实现 (2)
2.1 二进制振幅键控 (2)
2.1.1ASK调制原理 (2)
2.1.2ASK解调原理 (3)
2.1.3仿真结果及分析 (4)
2.2 二进制移频键控 (4)
2.2.1FSK调制原理 (5)
2.2.2FSK解调原理 (6)
2.2.3仿真结果及分析 (6)
2.3 二进制相移键控 (8)
2.3.1PSK调制原理 (8)
2.3.2PSK解调原理 (9)
2.3.3仿真结果及分析 (9)
2.4 二进制差分相移键控 (10)
2.4.1DPSK调制原理 (11)
2.4.2DPSK解调原理 (11)
2.4.3仿真结果及分析 (12)
3 心得体会 (13)
谢辞 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
引言
通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。
通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。
本文利用MATLAB软件来仿真二进制数字调制系统，包括2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK调制、解调过程。
1 MATLAB简介
美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。
Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用Matlab产品的开放式结构，可以非常容易地对Matlab的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善Matlab产品以提高产品自身的竞争能力。
利用M语言还开发了相应的Matlab专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，还可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前Matlab产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。
2 二进制数字调制系统的原理及实现
数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如0～6M ）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。
数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK ，Amplitude-Shift keying ）、移频键控（ FSK ，Frequency-Shift keying ）、移相键控(PSK ，Phase-Shift keying )和差分移相键（DPSK ，Different Phase-Shift keying ）。本次课程设计对这四种调制方式进行了仿真。 2.1 二进制振幅键控
本次设计采用的流程图如图2-1所示。
乘法器
+低通
滤波器抽样判决器
+
cos c t
ω()
s t ()
n t 乘法器
cos c t
ω
图 2-1 2ASK 调制解调框图
2.1.1 ASK 调制原理
2ASK 二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变。信息比特是通过载波的幅度来传递的。其信号表达式为：0()()cos c e t
S t t ω=?，S(t)为单极性数字基带信号。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。2ASK 信号的时间波形e 2ASK (t)随二进制基带信号S(t)通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图2-2所示。
图 2-2 典型2ASK 波形
e2ASK(t)为已调信号，它的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有s(t)的信息。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由s(t)来控制电路的开关进而进行调制。两种方法的调制如图2-3和图2-4所示。
图2-3 模拟调制法（相乘器法）
图2-4 键控法
2.1.2 ASK解调原理
2ASK有两种基本解调方法：相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波法）。相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。相乘后的信号只要滤除高频部分就可以了。为确保无失真还原信号，必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。本次设计采用相干解调法。两种解调原理图如图2-5和图2-6所示。
图2-5 相干解调法（同步检测法）
图2-6 非相干解调法（包络检波法）
2.1.3 仿真结果及分析
通过编写M 文件程序（见附录），产生随机信号，按图2-1顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现2ASK 的调制与解调过程。本次设计采用模拟调制法（相乘器法）和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2-7和图2-8所示。
图 2-7 2ASK 调制过程仿真图
图 2-8 2ASK 解调过程仿真图
由图可以看出，产生的数字随机信号为“010*******”，经载波调制后信号为“1”的时间内有正弦波形，信号为“0”的时间内无波形。经过加随机噪声，相干解调后，恢复出原始信号，与基带信号一致，因此达到本次设计目的。 2.2 二进制移频键控
本次设计所用流程图如图 2-9所示。
图 2-9 2FSK 调制解调框图
键控法
FSK 发生器
乘法器
低通滤波器
抽样判决器
cos c t
()
n t ()s t
一个FSK 信号可以看成是两个不同载波的2ASK 信号的叠加。其解调和解调方法和FSK 差不多。2FSK 信号的频谱可以看成是f1和f2的两个2ASK 频谱的组合。
频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK 中，载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK 中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：
122cos()
()cos()
n FSK n A t e t A t ωφωθ+?=?
+? 典型波形如图 2-10所示。
图 2-10 2FSK 典型波形图
2FSK 的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法。本次设计采用键控法。键控法中可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一频率f2，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源f1、f2进行选择通。键控法原理图如图2-11示
图 2-11 2FSK 键控法原理图
1
1
1
1
t
ak s 1(t)
cos (w1t+θn )
s 2(t) s 1(t) co s(w1t +θn )
cos (w2t+φn)
s 2(t) cos (w2t+φn)
2FSK 信号
t
t
t
t
t
t
载波 f1
载波 f2
二进制数据
2FS K 输出信号
2FS K 的调制原理图
2FSK 的解调方式有两种：相干解调方式和非相干解调方式。
非相干解调是经过调制后的2FSK 数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如图2-12所示。
图 2-12 2FSK 非相干解调原理图
相干解调是根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如图3-14所示。
图 2-13 2FSK 相干解调原理图
2.2.3 仿真结果及分析
通过编写M 文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2.2.1顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现2FSK 的调制与解调过程。本次设计中采用键控法调制法和相干解调法。
仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2-14、图2-15和图2-16所示。 由图可以看出，产生的随机信号为“1011001001”，经过反相产生反码，并分别与两个载波相乘，经过加入随机噪声后波形如图2-15所示。在解调时，分别与对应的载波
输入
带通滤波器 F1
包络检波器带通滤波器 F2包络检波器
抽样脉冲
抽样判决器
非相干方式原理图
输出
输入
带通滤波器 F1
带通滤波器 F2cos2π f1t
相乘器
低通滤波器
低通滤波器
抽样脉冲
抽样判决器
输出
cos2π f2t 相乘器
相干方式原理图
相乘。解调出基带信号，可以看出实现了本次设计目的。
图2-14 2FSK键控法调制过程仿真图
图2-15 2FSK键控法调制过程仿真图
图2-16 2FSK相干解调过程仿真图
2.3 二进制相移键控
本次设计所用流程图如图2-17所示。
乘法器
+低通
滤波器抽样判决器
+
cos c t
ω()
s t ()
n t 乘法器
cos c t
ω
图 2-17 2PSK 调制解调框图
2.3.1 PSK 调制原理
在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK 信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0，模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK 以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0°，当基带信号为1时相对于初始相位为180°。
键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用0°和180°来分别代表0和1。其时域表达式为：
t nT t g a e c n s n PSK ωcos )
(2??
?
???-=∑
其中，2PSK 的调制中an 必须为双极性码。本次设计中采用模拟调制法。两种方法原理图分别如图2-18和图2-19所示。
图 2-18 模拟调制法原理图
图 2-19 键控法原理图
2.3.2 PSK 解调原理
由于2PSK 的幅度是恒定的，必须进行相干解调。经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK 信号的相干解调原理图如图2-20所示，各点的波形如图2-21所示。
由于2PSK 信号的载波回复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。但在本次仿真中是直接给其同频同相的载波信号，所以不存在此问题。
图 2-20 2PSK 的相干解调原理图
图 2-21 相干解调中各点波形图
2.3.3 仿真结果及分析
通过编写M 文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2-17所示顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现2PSK 的调制与解调过程。本次设计采用模拟调制法和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2-22和图2-23示。
带通
滤波器
相乘器
低通滤波器
抽样判决器定时脉冲
输出
)
(2t e PSK t
c cos a
b
c
d
e
1010s
T t
a
b
c
d
1
t
t
t
t
e
1
1100
图 2-22 2PSK 模拟调制方法过程仿真图
图 2-23 2PSK 相干解调过程仿真图
由图可以看出，产生的随机信号为“0011001100”，经过反相产生反码，并将原码跟反码一起合成双极性码，与载波相乘后加入随机噪声。在解调时，与对应的载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一致，可以看出实现了本次设计目的。
2.4 二进制差分相移键控
本次设计所用流程图如图2-24所示。
乘法器
+低通
滤波器抽样判决器
+
cos c t
ω()
s t ()
n t 乘法器
cos c t
ω绝相
变换
图2-24 2DPSK 调制解调框图
2.4.1 DPSK 调制原理
二进制差分相移键控。2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为??，可定义一种数字信息与??之间的关系为：
00?π??=?
?
（数字信息“”）
（数字信息“1?） ?为前一码元的相位。
实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK 调制原理图如图2-25所示。
图 2-25 2DPSK 调制原理框图
2.4.2 DPSK 解调原理
2DPSK 信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK 信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK 信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。
相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK 信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
在解调过程中，若相干载波产生180?相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图2-26和图2-27所示。 2DPSK 相干解调各点波形图如图 2-28所示。
图 2-26 2DPSK 差分相干解调原理图
图 2-27 2DPSK相干解调原理图
图 2-28 2DPSK相干解调各点波形图
2.4.3 仿真结果及分析
通过编写M文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2-24所示顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。本次设计采用相干解调法。运行程序，实现2DPSK的调制与解调过程。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2-29、图2-30和图2-31所示。由图可以看出，产生的绝对随机码为“010*******”，经码差分变化产生相对码，经反相产生相对码反码，分别与两个载波相乘后加入随机噪声。在解调时，分别与对应的载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一致，可以看出实现了本次设计目的。
图2-29 2DPSK调制过程仿真图
图2-30 2DPSK调制过程仿真图
图2-31 2DPSK相干解调过程仿真图
3 心得体会
通过在本次设计中的实践明白了自己知识上的误区，例如，在低通滤波的过程中，主要目的是滤去高频分量，滤去载波成分，所以对于低通滤波器的截止频率的设置较为关键。而在2PSK的调制与解调中所用信号为双极性的信号，因此要将在本次设计中产生的单极性信号经过码的变化形成双极性码来传输。本次设计只是按理论上的知识结构进行简单地系统构建，目的是明确数字基带传输的原理及过程，而对于具体问题，例如，实际中信道噪声一般为高斯白噪声，本次设计为简便并未采用而是用rand函数产生了随机噪声信号。此外，还有在2PSK实际传输系统中，在恢复载波的过程中会出现“倒π现象”即相位模糊现象，但是在本次设计中直接在解调时给其同频同相的载波，所以不会出现此种现象，因为不必考虑。
这是自己第一次利用Matlab编程功能实现通信原理中基础知识系统地构建，以前
都是利用Matlab中Simulink模块搭建系统来实现，通过自己亲自去动手和调试我明白了实践的重要性，尤其是对程序的调试，更需要大量的时间反复上机运行，发现错误并改正，这样也就加强了自己对程序分析的能力，更深刻地明白了通信原理中的知识内容，更进一步懂得了理论联系实际的含义，同时提高了自己的思考能力，使得自己对课本里的内容理解、记忆地更加透彻，这无论是在我以后的工作中或是学习中都是非常有用的。
谢辞
首先，要感谢我的课设老师陈冬梅老师，是她给了我一次接触Matlab编程的机会，使得我的知识面扩展许多。再次，我要感谢本班同学在学习上给予我的支持与帮助。在我编程过程中，最大的问题是随机信号的产生，为此，询问我班同学，他们积极帮助我寻找网络及课本资源，终于找到用rand函数及round函数产生随机码的方法。由于我们知识平台的限制，可能还有更好的方法。另外，在我的程序调试的过程中，即便是小问题他们也热情地帮助我，不厌其烦地帮助我修改程序。
最后，我要感谢所有在我成长的道路上及完成课程设计过程中，关心、支持、帮助过我的人们，我所取得的每一点成绩都与你们的努力联系在一起，再一次向你们每个人表示由衷感谢。
参考文献
[1] 李白萍，吴冬梅.通信原理与技术[M].北京：人民邮电出版社,2003(8)：99~136.
[2] 樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2001（5）:132~212.
[3] 曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M].北京：清华大学出版社，1992（2）：80~120.
[4] 李明明，李白萍.电子信息类专业MA TLAB实验教程[M].北京：北京大学出版社，2011（1）：
102~208.
[5] 刘学勇.详解MA TLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社，2011（1）：
160~173.
附录
2ASK调制解调程序及注释
clear all
close all
i=10;%10个码元
j=5000;
t=linspace(0,5,j);%0-5之间产生5000个点行矢量，即分成5000份fc=10;%载波频率
fm=i/5;%码元速率%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生基带信号
x=(rand(1,i))%rand函数产生在0-1之间随机数，共1-10个figure(2)
plot(x)
a=round(x);%随机序列，round取最接近小数的整数
figure(3)
stem(a)%火柴梗状图
st=t;
for n=1:10
if a(n)<1;
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=0;
end
else
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=1;
end
end
end
figure(1);
subplot(421);
plot(t,st);
axis([0,5,-1,2]);
title('基带信号st'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%载波
s1=cos(2*pi*fc*t);
通信原理 课程设计报告 题目基于MATLAB的2FSK仿真 学院电子信息工程学院 专业通信工程（本） 学生姓名 学号年级级 指导教师职称
二〇一二年一月 目录 第一章绪论 (2) 1.1MATLAB的简介 (2) 1.2通信技术的历史和发展 (2) 1.2.1 通信的概念 (2) 1.2.2 通信的发展史简介 (3) 1.3通信技术的发展现状和趋势 (4) 第二章 2FSK的基本原理和实现 (5) 2.12FSK的产生 (5) 2.22FSK滤波器的调解及抗噪声性能 (7) 第三章 2FSK的仿真 (10) 3.1仿真思路 (10) 3.2仿真程序 (10) 3.3输出波形 (13) 3.4结果分析 (15) 第四章心得体会 (16) 参考文献 (18)
第一章绪论 1.1 MATLAB的简介 Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,Matlab 和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。， 1.2 通信技术的历史和发展 1.2.1 通信的概念 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。 通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
目录 一. FSK理论知识………………………………………………… 1.1FSK概念………………………………………………………………… 1.22FSK信号的波形及时间表示式………………………………………… 1.32FSK信号的产生方法…………………………………………………… 1.42FSK信号的功率谱密度………………………………………………… 1.52FSK信号的解调………………………………………………………… 1.6FSK的误码性能…………………………………………………………… 二.用MATLAB进行FSK原理及误码性能仿真……… 三、结论…………………………………………… 四、参考文献…………………………………………、 五、源程序……………………………………………
1、FSK理论知识 频率调制的最简单形式是二进制频率键控(FSK，frequency-shift keying)。FSK是调制解调器通过电话线路发送比特的方法。每个比特被转换为一个频率，0由较低的频率表示，1由较高的频率表示。 1.1、FSK概念 传“0”信号时，发送频率为f1的载波; 传“1”信号时，发送频率为f2的载波。可见，FSK是用不同频率的载波来传递数字消息的。 实现模型如下图： 1.2、2FSK信号的波形及时间表示式 根据上图模型的实现可以得到2FSK的信号波形如图：
2FSK信号的时间表达式为： 由以上表达式可见，2FSK信号由两个2ASK信号相加构成。 注意：2FSK有两种形式: （1）相位连续的2FSK； （2）相位不连续的2FSK。 在这里，我们只讨论相位不连续的频移键控信号，这样更具有普遍性。 1.3、2FSK信号的产生方法 2FSK信号的产生方法：2FSK信号可以两类方法来产生。 一是采用模拟调频的方法来产生（图1）；另一种方法是采用键控法（图2）； 图1.3-1 图1.3-2 1.4、2FSK信号的功率谱密度
基于MATLAB 的模拟调制实验报告 一、实验目的 1.进一步学习调制的知识，掌握调频与调角两种模拟调制技术。 2.进一步学习MATLAB 的编程，熟练使用MATLAB 进行作图。 二、实验原理 1.调制的概念 调制（modulation ）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适 合 于信道传输的形式的过程，是使载波随信号而改变的技术。 一般，用来传送消息的信号()t u c 叫作载波或受调信号，代表所欲传送消息的信 号叫作调制信号，调制后的信号()t u 叫作已调信号。用调制信号()t u Ω控制载波的某些参数，使之随()t u Ω而变化，就可实现调制。 2.调制的目的 频谱变换 当所要传送的信号的频率或者太低，或者频带很宽，对直接采用电磁波的形 式进行发送很不利，需要的天线尺寸很大，而且发射和接受短的天线与谐振回路的参数变化范围很大。为了信息有效与可靠传输，往往需要将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。这样可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。 实现信道复用 为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道，可以采用各种复用技术。如模拟电话长途传输是通过利用不同频率的载波进行调制。将各用户话音每隔4 kHz 搬移到高频段进行传输。 提高抗干扰能力 不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统，它采用的频率调制技术，付出多倍带宽的代价，由于抗干扰性能强，其音质比只占10 kHz 带宽的调幅广播要好得多。扩频通信就是以大大扩展信号传输带宽，以达到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式。 3.调制的种类 根据()t u Ω和()t u c 的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同，调制分为以下多种方式： （1）．按调制信号()t u Ω的类型分为： ● 模拟调制：调制信号()t u Ω是连续变化的模拟量，如话音与图像信号。 ● 数字调制：调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。 （2）．按载波信号()t u c 的类型分： ● 连续波调制：载波信号为连续波形，通常以正弦波作为载波。
题目名称2FSK调制系统的设计与仿真
摘要 2FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式.本文主要简述了2FSK的设计原理,设计步骤和设计结果及分析.设计原理包括了2FSK的介绍,调制原理和解调原理;设计步骤包括了2FSK信号的产生,调制和解调;设计结果及分析则包括了2FSK信号产生,调制和解调每一步的结果分析和用matlab实现上述的结果. 2FSK在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。 关键字:2FSK；载波；调制解调
目录 第1章课程设计的任务与要求 (1) 1.1 2FSK简介 (1) 1.2 课程设计的任务 (1) 1.3 课程设计的要求 (1) 第2章课程设计的研究基础 (2) 2.1数字通信系统的基本模型 (2) 2.2 2FSK调制解调基本原理 (2) 第3章2FSK调制解调系统方案设计 (4) 3.1 方案提出 (4) 3.2 方案比较 (5) 第4章2FSK调制解调系统设计 (6) 4.1各单元模块功能介绍及电路设计 (6) 4.2 电路参数的计算及元器件的选择 (7) 4.3系统整体电路图 (7) 第5 章2FSK调制解调系统仿真和调试 (8) 5.1 仿真软件介绍 (8) 5.2 系统仿真实现 (9) 5.3 系统测试 (10) 5.4 数据分析 (11) 第6章总结 (13) 致谢 (14) 参考文献 (15) 附录源程序 (16)
第1章课程设计的任务与要求 1.1 2FSK简介 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号。为了使数字信号在带通系统中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端，通过解调器把带通信号还原为数字基带信号的过程称为数字解调。 数字调制的基本方式有三种：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。本文介绍的就是二进制数字频移键控系统（2FSK）。 移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单，易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。 1.2 课程设计的任务 1.学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论、基本算法进行实际验证。 2.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。 3.用MATLAB7.0设计一种2FSK数字调制解调系统。 1.3 课程设计的要求 用MATLAB7.0进行仿真设计，本次是设计一个2FSK数字调制解调系统。其中包括: （1）设计方案分析及系统原理图。 （2）2FSK已调信号的解调方法及原理图。
摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带有信息的消息经过传感器转换成电信号。模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号。本文应用了频率调制法产生调制解调信号。本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了FM信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。首先利用简单的正玄波信号发生器作为信源，对模拟信号进行FM调制解调原理的仿真。 关键词：调制解调；FM ；MATLAB；SIMULINK仿真
Abstract In the simulation of communication systems, generated by the analog source carrying a message through the sensor into electrical signals. Analog baseband signal after the modul- -ation of the low pass spectrum to carrier frequency to adapt to the channel, the final reducti- -on into electrical signal demodulation. This paper applied the frequency modulation method to generate the signal modulation and demodulation. Mainly through the study and use of SIMULINK toolbox in this thesis, with its rich template and undergraduate course on comm--unication theory knowledge,the modulation and demodulation of FM signal, as well as the design and simulation with SIMULINK. Firstly, sine wave signal generator is simple as the source, simulation FM modulation anddemodulation principle of analogue signals. Then, using the song as the source. Keywords: modulation and demodulation；FM; MATLAB; SIMULINK simulation
成都理工大学实验报告 课程名称：数字通信原理 姓名：__________________学号：______________ 成绩：____ ___实验三 Matlab的数字调制系统仿真实验（参考） 1 数字调制系统的相关原理 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广，主要讨论二进制的调制与解调，简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制（M-DPSK）。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（2-ASK）、移频键控（2-FSK）和移相键控（2-PSK 和2-DPSK）。下面是这几种调制方式的相关原理。 二进制幅度键控（2-ASK） 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1 或0 的控制下通或断，在信号为1 的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0 的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1 和0。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK 调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下： （1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决
定，离散谱由载波分量决定； （2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 二进制频移键控（2-FSK） 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。 频移键控是利用两个不同频率f1 和f2 的振荡源来代表信号1 和0，用数字信号的1 和0 去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2Fb,xF 是二进制基带信号的带宽也是FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽B 较大，频带利用率小。2-FSK 功率谱密度的特点如下： (1) 2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,?离散谱出现在f1 和f2 位置； (2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs，则出现单峰。2FSK信号的产生方法主要是两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号区调制一个调频器，使其能够输出两个不同的频率的码元，如图（1）；第二种方法是用以个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图（2）。两者的区别是前者的相位是连续的，后者由于两个独立的频率源产生的两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。
基于MATLAB的FSK调制解调 学生姓名：段斐指导老师：吴志敏 摘要本课程设计利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FSK 的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对F SK信号解调原理的理解。对信号叠加噪声，并迚行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，改变噪声功率迚行解调，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。完成整个FSK的调制解调过程。程序开发平台为MATLAB7.1，使用其自带的M文件实现。运行平台为Windows 2000。 关键词：程序设计；FSK ；调制解调；MATLAB7.1；M文件 1引言 本课程设计是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FSK 的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。 1.1课程设计目的 此次课程设计的目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，编写M文件实现FSK的调制和解调，绘制出FSK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察调解前后频谱的变化，再对信号迚行噪声叠加后解调同样绘制解调前后的
信号时频波形，最后改变噪声功率迚行调解，分析噪声对信号传输造成的影响，加深对FSK信号解调原理的理解。 1.2课程设计要求 熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握FSK调制解调原理的基础上，编写出F SK调制解调程序。在M文件环境下运行程序绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察波形在解调前后的变化，对其作出解释，同时对信号加入噪声后解调，得到解调后的时频波形，分析噪声对信号传输造成的影响。解释所得到的结果。 1.3课程设计步骤 本课程设计采用M文件编写的方法实现二迚制的FSK的调制与解调，然后在信号中叠加高斯白噪声。一，调用dmode函数实现FSK的解调，并绘制出F SK信号调制前后在时域和频域中的波形，两者比较。二，调用ddemod函数解调，绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，两者比较。三，调用awgn函数在新海中叠加不同信噪比的噪声，绘制在各种噪声下的时域频域图。最后分析结果。 1.4设计平台简介 Matlab是美国MathWorks公司开发的用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。是目前最好的科学计算类软件。 作为和Mathematica、Maple并列的三大数学软件。其强项就是其强大的矩阵计算以及仿真能力。Matlab的由来就是Matrix + Laboratory = Matlab，这个软件在国内也被称作《矩阵实验室》。Matlab提供了自己的编译器：全面兼容C++以及Fortran两大语言。Matlab 7.1于2005.9最新发布-完整版,提供了
基于MATLAB 的2FSK 数字通信系统仿真课程设计目的 二、课程设计内容 在信道中，大多数具有带通传输特性，必须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改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改变正弦型载波幅度、频率或相位中的某几个参数，产生新型的数字调制。 本课程设计旨在根据所学的通信原理知识，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，通过调制解调还原数字基带信号，实现课程设计目标。 三、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控制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fl和f2，fl对应数字信息“ 1 ”，f2对应数字信息“ 0 ” 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通常用频率选择法产生, 如图3-2所示： Xi 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进制信号 通过两个与门电路，控制其中的一个载波通过。调制器各点波形如图3-3所示：
基于MATLAB的FSK的实验报告 姓 1.1
实现对FSK的MATLAB仿真. 重点研究问题: (1) 对FSK的概念、组成以及性能分析方法有深入的研究； (2) FSK调制与解调的原理及应用MATLAB软件实现仿真的方案. 1.2 FSK信号的调制方法 移频键控(FSK)：用数字调制信号的正负控制载波的频率。当数字信号的振幅为正时载波频率为f1，当数字信号的振幅为负时载波频率为 f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控。他的主要调制方法有以下两种: 方法一： 用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。 图2-3 2FSK信号的产生(一) 方法二:键控法 图2-4 2FSK信号的产生(二) 键控法是利用矩形脉冲()t b来控制开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。
1.3 FSK解调的方法 常见的FSK解调方法有两种:相干解调法与非相干解调法.现在我将对这两种解法。 1.4 设计总思路 如下图所示,我将FSK的调制与FSK的解调独立开作为两个子函数,其中FSK调制的输出即可作为FSK解调的输入信号.最后设计一主函数main将两个子函数同时调用完成整个仿真过程。 图3-1 设计总思路图 2.1 FSK调制的仿真设计 本文主要是对2FSK进行调制,而2FSK可看做是基带信号与载波频率的结合就可.FSK的产生思路参考的是键控法,如图4
图3-2 2FSK信号的产生(二) 2.2 FSK解调的仿真设计 如上图所示的FSK信号的相干检测原理图,FSK信号可以采用两个乘法检测器进行相干检测. 上图中输入信号为2FSK信号加上噪声组成 带通滤波器2的设计类似滤波器1,只是更改频率为fc2就可.
实验报告（一） 一、实验名称：基于MATLAB 的2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制仿真 二、实验目的： （1）熟悉2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制原理。 （2）学会运用Matlab 编写2ASK 、2FSK 和2PSK 调制程序。 （3）会画出原信号和调制信号的波形图。 （4）掌握数字通信的2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制方式。 三、实验原理分析 3.1二进制振幅键控（2ASK ） 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。二进制振幅键控的表达式为： s(t) = A(t)cos(w 0+θ) 0＜t ≤T 式中，w 0=2πf 0为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即 A(t) = ?? ? 0A 典型波形如图所示： 2ASK 信号的产生方法通常有两种：相乘法和开关法，相应的调制器如图2。图2（a ） 就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图2（b ）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。 在接收端，2ASK 有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：
3.2、二进制频移键控（2FSK ） 二进制频移键控信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为： =)(s t ???? ?++时 "0发送“),cos(”时1发送“),cos 21(?ω?ωn n t A t A 图4 2FSK 信号时间波形 由图可见，2FSK 信号的波形（a ）可以分解为波形（b ）和波形（c ）,也就是说，一个2FSK 信号可以看成是两个不同载频的2ASK 信号的叠加。 2FSK 信号的调制方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。 第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路
二进制数字调制与解调系统的设计 MATLAB 及SIMULINK 建模环境简介 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和SIMULINK 两大部分。 Simulink 是MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 。 Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 数字通信系统的基本模型 从消息传输角度看,该系统包括了两个重要交换,即消息与数字基带信号之间的交换,数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一种交换则由调制和解调完成. 数字通信系统模型 一、2ASK 调制解调 基本原理 2ASK 是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。 其信号表达式为： ，S (t)为单极性数字基带信号。 t t S t e c ωcos )()(0 ?=
课程设计 基于MATLABsimulink的2FSK系统的仿真 电子与信息工程学院 信息与通信工程系
课程设计评分标准
基于MATLAB/simulink的2FSK系统的仿真 一、摘要 本文是基于matlab和simulink环境下对信号的调制与解调过程的仿真，通过仿真，对系统的误码率的分析，以及理论与仿真结果的比较， 二、关键字：
目录 1 背景知识 (1) 1.1通信简介 (1) 1.2仿真系统的简介： (2) 1.32FSK的调制与解调的原理： (3) 1.3.1 2FSK的产生 (4) 1.3.2 2FSK滤波器的解调及抗噪声性能 (6) 1.3.3 由相关调制解调的原理图 (9) 2 仿真系统模型的设计： (9) 2.1仿真框图 (9) 2.2仿真目的和意义： (9) 2.3仿真思路 (10) 2.4M文件和仿真结果 (10) 2.5 SIMULINK仿真模型图： (16) 2.6结果分析： (21) 2.6.1 Matlab仿真结果分析 (21) 2.6.2 (22) 3 心得体会： (22) 4 参考文献 (22)
1 背景知识 1.1 通信简介 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。 通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。 通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1所示。 →→→→ 信息源发送设备信道接收设备受信者 ↑ 噪声源 图1 通信系统一般模型 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图2所示，
基于MATLAB的ＡSK调制解调实现
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ?
长沙理工大学 《通信原理》课程设计报告 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日
课程设计成绩评定 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期20１6年1月8日 指导教师对学生在课程设计中的评价 评分项目优良中及格不及格课程设计中的创造性成果 学生掌握课程内容的程度 课程设计完成情况 课程设计动手能力 文字表达 学习态度 规范要求 课程设计论文的质量 指导教师对课程设计的评定意见 综合成绩指导教师签字２01６年1月8日
课程设计任务书 城南学院通信工程专业 课程名称通信原理课程设计时间２０15/2016学年第一学期１7~19 周 学生姓名指导老师 题目基于MＡTLAＢ的ＡＳK调制解调实现 主要内容: 利用MATＬAＢ集成环境下的M文件，编写程序来实现AＳＫ的调制解调， 要求采样频率为３６0ＨZ,并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解 调前后的时频波形,根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信 号传输的影响。 要求： 1)熟悉MATLAB中M文件的使用方法,并在掌握ASK调制解调原理 的基础上，编写出ASＫ调制解调程序。 ２)绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形,并观察解调前后频谱有何变化以加深对ＡSK信号解调原理的理解。 3）对信号叠加噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形,改变噪声功率进行解调,分析噪声对信号传输造成的影响。 4)在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容,并按要求编写课 程设计学年论文,能正确阐述和分析设计和实验结果。 应当提交的文件: （１）课程设计学年论文。 (2)课程设计附件。
课程设计(论文)说明书 题目：二进制数字调制系统 的实现 院（系）：信息与通信学院 专业：通信工程
摘要 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。 论文中介绍了《通信原理》课程中数字频带传输系统的工作原理，并用MATLAB 软件编写M文件实现产生数字基带信号及对其进行四种方式的调制、解调的系统仿真。关键词：数字频带传输系统；MATLAB软件；数字调制
目录 引言 (1) 1 MATLAB简介 (1) 2 二进制数字调制系统的原理及实现 (2) 2.1 二进制振幅键控 (2) 2.1.1ASK调制原理 (2) 2.1.2ASK解调原理 (3) 2.1.3仿真结果及分析 (4) 2.2 二进制移频键控 (4) 2.2.1FSK调制原理 (5) 2.2.2FSK解调原理 (6) 2.2.3仿真结果及分析 (6) 2.3 二进制相移键控 (8) 2.3.1PSK调制原理 (8) 2.3.2PSK解调原理 (9) 2.3.3仿真结果及分析 (9) 2.4 二进制差分相移键控 (10) 2.4.1DPSK调制原理 (11) 2.4.2DPSK解调原理 (11) 2.4.3仿真结果及分析 (12) 3 心得体会 (13) 谢辞 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
引言 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 本文利用MATLAB软件来仿真二进制数字调制系统，包括2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK调制、解调过程。 1 MATLAB简介 美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。 Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用Matlab产品的开放式结构，可以非常容易地对Matlab的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善Matlab产品以提高产品自身的竞争能力。 利用M语言还开发了相应的Matlab专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，还可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前Matlab产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。
华东交通大学现代通信仿真技术大作业 报告题目：基于Matlab的2FSK调制与仿真 作者姓名： 专业班级：2011级通信工程 学号： 指导老师： 时间：2013~2014学年第一学期
基于MATLAB的2FSK调制及仿真 摘要 现代通信仿真技术是对设计的通信系统进行模拟仿真的一门科学技术，以提升系统的可用性。通信系统是用于完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统分为无线通信和有线通信，它在各个领域发挥越来越重要的作用。MATLAB和System viewv Simulink是实现通信仿真的重要技术手段。 MATLAB是商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。利用它们可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合通信系统和各种多速率系统，也可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。它是一个强有力的动态系统分析工具，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析。 System View是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具，它实现了功能的软件化，避开了复杂的硬件搭建，在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真本文利用System view软件设计模拟调制和解调电路，通过分析其输入输出波形验证所设计电路的正确性。 本文通过分别用Matlab、Simulink、System view设计2FSK调制与解调的仿真，深入了解数字频率调制2FSK的基本原理，掌握用现代通信仿真技术对解调与调制的实现，深刻理解Matlab、Simulink以及System view软件的使用方法和设计方法。
（1）所用滤波器函数：巴特沃斯滤波器 % 注: wp（或Wp）为通带截止频率 ws(或Ws)为阻带截止频率 Rp为通带衰减 As为阻带衰减 %butterworth低通滤波器原型设计函数要求Ws>Wp>0 As>Rp>0 function [b,a]=afd_butt(Wp,Ws,Rp,As) N=ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(Wp/Ws))); %上条语句为求滤波器阶数 N为整数 %ceil 朝正无穷大方向取整 fprintf('\n Butterworth Filter Order=%2.0f\n',N) OmegaC=Wp/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N))) %求对应于N的3db截止频率 [b,a]=u_buttap(N,OmegaC); （2）傅里叶变换函数 function [Xk]=dft(xn,N) n=[0:1:N-1]; k=[0:1:N-1]; WN=exp(-j*2*pi/N); nk=n'*k; WNnk=WN.^(nk); Xk=xn*WNnk; 设计部分： 1.普通AM调制与解调 %单音普通调幅波调制y=amod(x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma)要求fs>2fc %x调制信号，t调制信号自变量,t0采样区间，fs采样频率， %fc载波频率，Vm0输出载波电压振幅，ma调幅度 t0=0.1;fs=12000; fc=1000;Vm0=2.5;ma=0.25; n=-t0/2:1/fs:t0/2; x=4*cos(150*pi*n); %调制信号 y2=Vm0*cos(2*pi*fc*n); %载波信号figure(1) subplot(2,1,1);plot(n,y2); axis([-0.01,0.01,-5,5]); title('载波信号'); N=length(x); Y2=fft(y2); subplot(2,1,2); plot(n,Y2); title('载波信号频谱'); %画出频谱波形y=Vm0*(1+ma*x/Vm0).*cos(2*pi*fc*n); figure(2) subplot(2,1,1);plot(n,x) title('调制信号'); subplot(2,1,2) plot(n,y) title('已调波信号'); X=fft(x);Y=fft(y);
2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的Matlab实现及性能分析与比较
引言：数字带通传输系统为了进行长距离传输，克服传输失真，传输损耗，同时保证带内特性。必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频段才能在信道中传输，因而现代通信系统采取数字调制技术。通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随机带信号的变化而变化。根据控制载波参量大的不同，数字调制有调幅（ASK），调频(FSK)，调相(PSK) 三种基本形式。Matlab用于仿真，分析和修改，还可以应用图形界面功能GUI能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作，因此采用matlab对数字系统进行仿真。通过对系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能（）及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。 关键词：数字 . 系统. 性能. ASK. FSK. PSK. Matlab. 仿真. 一 .数字调制与解调原理 1.1 2ASK （1）2ASK
2ASK 就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频 或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号"1时，传输载波；当调制的数字信号为"0"时，不传输载波。 公式为： 1.2 2FSK 2FSK 可以看做是2个不同频率的2ASK 的叠加，其调制与解调方法与2ASK 差不多，主要频率F1和F2，不同的组合产生所要求的2FSK 调制信号。 公式如下： ?? ?===0 01,cos )(2k k c ASK a a t A t s 当， 当ω???===0 cos 1 ,cos )(212k k FSK a t A a t A t s 当，当ωω
摘要 FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。二进制的基带信号是用正负电平来表示的。FSK--又称频移键控法。FSK 是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。 关键词：2FSK 基带信号载波调制解调
目录 摘要 0 一引言 (1) 二设计原理 (2) 2.1 2FSK介绍 (2) 2.2 2FSK调制原理 (2) 2.3 2FSK解调原理 (3) 三详细设计步骤 (4) 四设计结果及分析 (5) 4.1 信号产生 (5) 4.2 信号调制 (7) 4.3 信号解调 (8) 4.4 课程设计程序 (10) 五心得体会 (15) 六参考文献 (16)
一、引言 2FSK信号的产生方法主要有两种：一种是调频法，一种是开关法。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而开关法产生的2FSK信号则分别由两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元之间的相位不一定是连续的。本设计采用后者——开关法。2FSK信号的接受也分为相干和非相干接受两种，非相干接受方法不止一种，它们都不利用信号的相位信息。故本设计采用相干解调法。
二、 设计原理 2.1 2FSK 介绍： 数字频率调制又称频移键控（FSK ），二进制频移键控记作2FSK 。数字频移键控 是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK 信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。 其表达式为： { )cos() cos(212)(n n t A t A FSK t e ?ωθω++= (3-1) 典型波形如下图所示。由图可见,2FSK 信号可以看作两个不同载频的ASK 信号的叠加。因此2FSK 信号的时域表达式又可以写成： ) cos()]([)cos(])([)(2_ 12n s n n n n s n FSK t nT t g a t nT t g a t s ?ωθω+-++-=∑∑ (3-2) 1 1 1 1 t ak s 1(t)cos (w1t+θn ) s 2(t) s 1(t) co s(w1t+θn ) cos (w2t+φn) s 2(t) cos (w2t+φn) 2FSK 信号t t t t t t 2.2 2FSK 调制原理 2FSK 调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图：