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基于MATLAB的FSK调制解调

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第一章 引言

现代社会己步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用:由于人类社会生活对通信的需求越来越高，世界各国都在致力于现代通信技术的开发以及现代综合通信网的建设。移动通信是现代通信技术中不可缺少的部分。目前，移动通信己从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。数字通信与模拟通信比较，无论是传输质量上还是技术、经济上都有其显著的优点:抗干扰能力强、传输质量与通信线路长短无关、有高的技术指标 (即可提高传输的可靠性)、经济性 (数字设备体积小、功效高、价格低廉)、便于加密处理。因此数字通信是现代通信发展的趋势，并日益增加在通信系统中的支配地位。而在数字通信的技术中,数字调制技术则是其中极为重要的一部分.本文将对数字调制技术中的频移键控(FSK)进行论述。

1.1绪论

通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。

理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。

另外信源编码的目的是提高信源的效率，去除冗余度。信道编码的目的主要有两点：(1)要求码列的频谱特性适应通道频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性，提高传输效率。(2)增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。

一般传输通道的频率特性总是有限的，即有上、下限频率，超过此界限就不能进行有效的传输。如果数字信号流的频率特性与传输通道的频率特性很不相同，那么信号中的很多能量就 会失去，信噪比就会降低，使误码增加，而且还会给邻近信道带来很强的干扰。因此，在传输前要对数字信号进行某种处理，减少数字信号中的低频分量和高频分量，使能量向中频集中，或者通过某种调制过程进行频谱的搬移。这两种处理都可以被看作是使信号的频谱特性与信道的频谱特性相匹配。

数字信号的载波调制是信道编码的一部份。比如有线电视宽带综合网是基于模拟环境下的数字信号的传输，图象数字信号不是基带传输方式而是在射频通带中传输。

1.2数字调制方式

数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有”0”和”1”两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基矗总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。

1.3数字调制的介绍

(1) 基带传输

传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移，如果载波是正弦波，则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输，其目的除了进行频率匹配外，也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。

(2) 为什么要进行调制

首先，由于频率资源的有限性，限制了我们无法用开路信道传输信息。再者，通信的最终目的是远距离传递信息。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号是无法在无线信道或光纤信道上进行长距离传输的。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。最后，较小的倍频程也保证了良好的带内特性。所以调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输（即载波传输），调制后的基带信号称为通带信号，其频率比较高。数字信号的载波传输与基带传输的主要区别就是增加了调制与解调的环节，是在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个解调器而已。

(3)映射

信息与表示和承载它的信号之间存在着对应关系，这种关系称为映射，接收端正是根据事先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的映射方式可以有很多种，不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的。

一个数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制，这一点与模拟调制不同。映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）。例如在QPSK调制的映射中，每两个比特被转换为一个四进制的符号，对应着调制信号的四种载波。多元符号的元数就等于调制星座的容量。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。应该注意的是，经过映射后生成的多元符号仍是基带数字信号。经过基带成形滤波后生成的是模拟基带信号，但已经是最终所需的调制信号的等效基带形式，直接将其乘以中频载波即可生成中频调制信号。

(4) 调制方法

调制的方法主要是通过改变正弦波的幅度、相位和频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的某个参数上：幅度、频率和相位，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制。数字信号只有几个离散值，这就象用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样，为此把数字信号的调制方式称为键控。数字调制分为调幅、调相和调频三类，最简单的方法是开关键控，”1”出现时接通振幅为A的载波，”0”出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是频移键控（FSK）的方法，当”1”出现时是低频，”0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果”0”和”1”来改变载波的相位，则称为相移键控（PSK）。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变。但在间隔中部保留了相位信息。收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好，但必须使用同步检波。除上面所述的二相位、二频率、二幅度系统外，还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。在DVB系统中卫星传输采用QPSK，有线传输采用QAM方式，地面传输采用COFDM（编码正交频分复用）方式。

1.4设计内容和意义

1.4.1 内容

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.

1.4.2意义

对于大多数信道来讲，它们不能直接传输数字基带信号,必须采用数字信号的载波传输方式,即用基带信号对载波波形的某些参量进行调制,使这些参量随基带信号的变化而变化。调制的目的在于实现多路复用,完成频率搬移和减少干扰噪声的影响等。用调制方式实现载波传输,从受调载波的波形考虑,理论上可以是任意波形,只要已调信号适用于媒质传输。数字通信系统中一般都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单,易于产生和接收。由于正弦信号有振幅,频率和相位3个参量可以携带信息,因此可以构成调幅、调频和调相3种基本调制方式,并可以派生出多种其他形式。数字调制与模拟调制相比,本质上没有什么不同,只是模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制，而数字调制则是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息,这样数字调制就常带有由数字信号带来一些特点。

数字调制技术是实现现代通信的重要手段。通过调制，改变信号的传输频率和所占频带宽度，从而易于在电导体、光纤或电磁波空间传输，从而改善信号的抗噪声性能。数字调制的实现，促进了通信的飞速发展。研究数字通信调制理论，提供有效调制方式，压缩信号传输频带，提高信道复用效率，提高信号传输可靠性，在实际中有着重要意义。

第二章 频移键控(FSK)的理论分析

2.1.频移键控(FSK)

在通信领域，为了传送信息，一般都将原始信号进行某种变换使其变成适合于通信传输的信号形式。在数字通信系统中，一般将原始信号（图像、声音等）经过量化编码变成二进制码流，称为基带信号。但数字基带信号一般不适合于直接传输，例如，通过公共电话网络传输数字信号时，由于电话网络带宽在4KHZ以下，因此数字信号不能直接在上面传输。此时可将数字信号进行调制后再进行传输，FSK即为一种常用的数字调制方式。

FSK又称频移键控，它是利用载频频率的变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种。若两个载频由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，就称为相位离散的数字调频信号；若两个频率由同一振荡器提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。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。

2.2 FSK的数学分析

2.2.1 FSK的时域分析

在二进制频移键控（2FSK）中，当传送“1”码时对应于载波频率f1，传送“0”码时对应于载波频率f0。

(2-1)

合集下载

基于MATLAB的FSK调制解调实现完整版

基于MATLAB的FSK调制解调实现完整版

目 录

一. FSK理论知识…………………………………………………

1.1 FSK概念…………………………………………………………………

1.2 2FSK信号的波形及时间表示式…………………………………………

1.3 2FSK信号的产生方法……………………………………………………

1.4 2FSK信号的功率谱密度…………………………………………………

1.5 2FSK信号的解调…………………………………………………………

1.6 FSK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）；

MATLAB实现FSK信号的调制传输解调

MATLAB实现FSK信号的调制传输解调

MATLAB实现FSK信号的调制传输解调

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指导教师:

日期:2017年 月 日

一.实验目的

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，再对信号进行噪声叠加后解调同样绘制解调前后的信号时频波形，最后改变噪声功率进行调解，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FSK调制解调程序。在M文件环境下运行程序绘制出FSK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进制的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FSK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FSK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MATLAB，SIMULINK的升级以及其他最新的75个模块的升级。7.1版本提高了产品质量，

基于MATLAB的FSK调制解调

基于MATLAB的FSK调制解调

第一章 引言

现代社会己步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用:由于人类社会生活对通信的需求越来越高，世界各国都在致力于现代通信技术的开发以及现代综合通信网的建设。移动通信是现代通信技术中不可缺少的部分。目前，移动通信己从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。数字通信与模拟通信比较，无论是传输质量上还是技术、经济上都有其显著的优点:抗干扰能力强、传输质量与通信线路长短无关、有高的技术指标 (即可提高传输的可靠性)、经济性 (数字设备体积小、功效高、价格低廉)、便于加密处理。因此数字通信是现代通信发展的趋势，并日益增加在通信系统中的支配地位。而在数字通信的技术中,数字调制技术则是其中极为重要的一部分.本文将对数字调制技术中的频移键控(FSK)进行论述。

1.1绪论

通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。

理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。

另外信源编码的目的是提高信源的效率，去除冗余度。信道编码的目的主要有两点：(1)要求码列的频谱特性适应通道频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性，提高传输效率。(2)增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。

基于MATLAB的 FSK调制与解调 通信原理实验

基于MATLAB的 FSK调制与解调 通信原理实验

实验五 FSK调制与解调

1．实验目的和要求

用MATLAB实现二进制序列的fsk调制与解调

2．实验内容

用角频率分别为1和2的载波信号实现序列[1 0 1 1 0 1 1 1]的调制。

3．软件部分源代码

clear,close all,

g=[1 0 1 1 0 1 1 1];

f0=1;f1=2;

t=0:2*pi/99:2*pi;

cp=[];sp=[];

mod=[];bit=[];

for n=1:length(g);

if g(n)==0;

die=ones(1,100);

c=sin(f0*t);

se=zeros(1,100);

else g(n)==1;

die=ones(1,100);

c=sin(f1*t);

se=ones(1,100);

end

cp=[cp die];

mod=[mod c];

bit=[bit se];

end

ask=cp.*mod;

subplot(2,1,1);plot(bit,'LineWidth',1.5);grid on;

title('Binary Signal');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

subplot(2,1,2);plot(ask,'LineWidth',1.5);grid on;

title('FSK modulation');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

4． 实验现象

0100200300400500600700800-2-1012Binary Signal0100200300400500600700800-2-1012FSK modulation

5．实习心得

理解了fsk的概念和原理以及如何使用matlab实现fsk的调制与解调。加深了对专业知识的理解，同时又锻炼了matlab程序编写的技巧。虽然在实验中遇到许多的困难，但主要还是自己对所学的知识并没有完全的消化，以至对原理都是似懂非懂，浪费了较多的时间，另外通过此次的实验，对MATLAB软件的使用也有了更深一步的了解与掌握，通过此次实验不仅对原来通信原理知识得到了巩固，而且还学会了许多原来不会的东西。