数字通信系统的设计与实现
摘要：本设计为掌握利用MATLAB软件对2FSK数字频带通信系统的设计与建模来加深对所学知识的理解和掌握，通过MATLAB仿真平台，运用所学的理论知识与方法进行2FSK数字频带通信系统的设计。经过软件调试与仿真最终设计出符合指标要求的数字频带通信系统。设计的系统能够对输入的基带信号进行准确的调制与解调，并同时尽量减少外界信号的干扰，达到很好的效果。
关键词：2FSK；数字传输系统；MATLAB仿真
目录
第1章引言 (1)
1.1 选题的目的和意义 (1)
1.2 本课程设计的主要内容 (1)
1.3 本课程设计的主要章节安排 (1)
第2章 2FSK的基本原理 (2)
2.1 总体思想 (2)
2.2 2FSK数字系统的调制原理 (2)
2.3 2FSK信号的解调及抗噪声性能 (3)
2.3.1 2FSK信号的解调方法 (3)
2.3.2 相干2FSK解调器的误码率 (4)
2.3.3 包络2FSK解调器的误码率 (6)
第3章 2FSK的仿真实现 (8)
3.1 通信系统基本模型 (8)
3.2 MATLAB程序设计 (8)
3.3 MATLAB仿真波形实现 (12)
第4章结束语 (16)
参考文献 (17)
第1章引言
1.1 选题的目的和意义
数字基带信号是低通型信号，其功率谱集中在零频附近，它可以直接在低通型信道中传输，然而，实际信道很多是带通型的，数字基带信号无法直接通过带通型信道。因此，在发送端需要把数字基带信号的频谱搬移到带通信道的通带范围内，以便信号在带通型信道中传输，这个频谱的搬移过程称为数字调制，相应地，在接受端需要将已调信号搬回来，还原为基带信号，这个反搬移过程叫数字解调。本课程设计目的在于熟悉2FSK调制及相干解调过程，通过Matlab软件予以仿真测试验证，并作一定的误码分析。
1.2 本课程设计的主要内容
本设计为数字通信系统的设计与实现。主要内容以利用MATLAB设计出2FSK数字通信系统的设计与建模为例，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接收滤波器模块以及信宿；根据通信原理设计粗话各个模块的参数（例如码速率，滤波器截止频率等）；用MATLAB软件观察仿真并进行波形分析，针对结果进行性能评价。
1.3 本课程设计的主要章节安排
在本文中，首先在引言中对课题研究的目的与意义、研究的主要内容和章节安排做了详细的阐述，并在第2章对2FSK的基本原理、实现方法、相干解调和包络解调以及噪声分析的进行了详细介绍；第3章介绍了本课程设计的程序与仿真、以及对仿真波形的客观分析评价；第4章是结束语。
倒相器
与门
与门
振荡器振荡器相加器
c e
第2章 2FSK 的基本原理
2.1 总体思想
数字频率调制又称频移键控，记作FSK ；二进制频移键控记作2FSK 。2FSK 信号的产生方法有两种：(1) 模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频；(2) 键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。而本设计的数字频率解调采用相干解调。整个系统中加入设计好的低通滤波器，是信号的调制与解调都能实现很好的效果，最终结果可以通过MATLAB 仿真图观察到。
2.2 2FSK 数字系统的调制原理
二进制频率调制就是用二进制数字信息控制正弦波的频率，使正弦波的频率随二进制数字信息的变化而变化。由于二进制数字信息只有两种不同的符号，所以调制后的已调信号有两种不同的频率1f 和2f ，1f 对应数字信息“1”，2f 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，这种信号称为相位不连续2FSK 信号。相位不连续的2FSK 通常用频率选择法产生。如图2-1所示。两
个独立的振荡器作为两个频率的载波发生器，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，控制其中的一个载波通过。
图2-1 2FSK 信号调制器
如图2-1可知，二进制频率调制信号2FSK 可以看成是两个载波频率分别为1f 和2f 的
二进制信号
2FSK 信号
图2-2 相干解调器位定时输出
(2-2)
（2-3）
(2-4)
2
P B f B带通滤波器低通滤波器带通滤波器低通滤波器取样判决器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（2-1）2FSK的信号功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率1f和2f处，连续谱分布在1f和2f附近，若取功率谱第一个零点以内的成分计算带宽，显然2FSK信号带宽为为节约带宽，同时也能区分1f和2f，通常取122s f f f-=，因此2FSK信号的带宽为当时，2FSK的功率谱由双峰变单峰，此时带宽为对于功率谱是单峰的2FSK信号，可采用动态滤波器来解调。2.3 2FSK信号的解调及抗噪声性能2.3.1 2FSK信号的解调方法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，所以解调器由两个并联的2ASK解调器组成。图2-2和图2-3为相干解调和包络解调方框图，其原理和2ASK的解调相同。
带通滤波器带通滤波器取样
判决器
包络检波器及低
通滤波器
包络检波器及低
通滤波器
f f x x 2F
s
图2-3 包络检波器
2.3.2 相干2FSK 解调器的误码率
相干2FSK 抗噪声性能的分析方法和相干2ASK 很相似。现将收到的2FSK 信号表示为
当发送数字信息为“1”时，2FSK 信号的载波频率为1f ，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时信号和窄带噪声i1()n t 的叠加（噪声中的下标1表示上支路窄带高斯噪声），即
此信号与同步载波 相乘，再经过带通滤波器滤除其中的高频成分，送给取样判决器的信号为
（2-7）
因为下支路中的带通滤波器的中心频率为2f ，所以下支路带通滤波器的输出只有窄带高斯噪声，即
（2-8）
此噪声与同步载波2cos2f t 相乘，再经过低通滤波器滤波后输出为
（2-9）
上式中未计入系数1/2。定义
位定时
输出
发“1”码时 发“0”码时
（2-5）
（2-6）
