基于FSK调制的FH通信系统设计与实现

目录摘要 (III)ABSTRACT (V)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1研究扩频通信的目的和意义. (1)1.2扩频通信的应用发展 (1)1.3FHSS通信 (2)1.4设计内容及结构 (4)第2章扩频通信......................................................... - 5 - 2.1扩频通信.. (5)2.1.1 扩频通信的定义................................................ - 5 -2.1.2 扩频通信的理论基础............................................ - 5 - 2.2扩频通信方式. (8)2.3随机序列码 (8)第3章 FHSS通信系统原理............................................... - 11 - 3.1FHSS通信的概述. (11)3.1.1 FHSS系统的组成部分........................................... - 11 - 3.2FHSS通信系统工作原理. (12)3.2.1 FHSS通信系统数学模型......................................... - 12 -3.2.2 跳频图案..................................................... - 14 -3.2.3 FHSS通信抗干扰方式........................................... - 16 -3.2.4 FHSS通信系统的同步........................................... - 19 - 第4章 FHSS通信系统仿真............................................... - 23 - 4.1FHSS通信系统MATLAB仿真. (23)4.2FHSS通信系统仿真模型 (23)4.3仿真结果及分析 (24)设计总结............................................................... - 27 - 参考文献............................................................... - 29 - 致谢................................................................... - 31 - 附录................................................................... - 33 -摘要扩频通信在军事领域长期的成功应用以及近年来在商业领域的异军突起，使其在通信技术中扮演重要的角色，而FHSS系统是一种典型扩展频谱通信系统，它在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输和无线局域网等领域有着十分广泛的应用。

数字通信系统的设计与实现摘要：数字频带系统作为一切数字通信传输的基础，无论在多么复杂的数字通信传输中数字频带系统永远都会存在，2是利用数字基带信号控制载波的频率来传送信息，是数字通信中使用较早的一种调制方式。

本设计为实现2数字通信系统，设计中利用仿真软件，采用2的设计方法对基带信号进行调制解调，完成整个传输系统仿真。

仿真过程旨在对传输系统各模块的参数设置包括码速率，滤波器的截止频率等，观察并分析波形。

最后达到对该传输系统的一个全面性能分析。

关键词：2；；系统仿真目录第1章引言............................................................................................. 错误!未指定书签。

1.1背景和意义.................................................................................... 错误!未指定书签。

1.2本课程设计的主要内容与结构安排 .......................................... 错误!未指定书签。

1.2.1主要内容 ................................................................................. 错误!未指定书签。

1.2.2本次设计的结构安排............................................................. 错误!未指定书签。

第2章2基本原理................................................................................. 错误!未指定书签。

2.12的基本原理................................................................................. 错误!未指定书签。

通讯系统原理课程设计设计题目：2FSK调制与解调系统设计与仿真姓名:院（系）：专业：指导老师：日期：2FSK调制与解调系统设计与仿真指导教师摘要：本文主要是利用MATLAB7.0来实现2FSK 数字调制系统解调器的设计。

该设计模块包含信源调制、发送滤波器模块、信道、接受滤波器模块、解调以及信宿，并未各个模块进行相应的参数设置。

在此基础上熟悉MATLAB的功能及操作，最后通过观察仿真图形进行波形分析及系统的性能评价。

关键词：2FSK MATLAB 调制解调引言：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，即由调频器产生的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信号的接收也分为相干和非相干接收两种，非相干接收方法不止一种，它们都不利用信号的相位信息。

故本设计采用相干解调法。

1 设计任务与要求1.1 设计要求（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讯系统的基本理论、基本算法进行实际验证；（2）学习现有流行通信系统仿真软件MATLAB7.0的基本实用方法，学会使用这软件解决实际系统出现的问题；（3）通过系统仿真加深对通信课程理论的理解，拓展知识面，激发学习和研究的兴趣；（4）用MATLAB7.0设计一种2FSK数字调制解调系统；1.2设计任务根据课程设计的设计题目实现某种数字传输系统，具体要求如下；（1）信源：产生二进制随机比特流，数字基带信号采用单极性数字信号、矩形波数字基带信号波形；（2）调制：采用二进制频移键控（2FSK）对数字基带信号进行调制，使用键控法产生2FSK 信号；（3）信道：属于加性高斯信道；（4）解调：采用相干解调；（5）性能分析：仿真出该数字传输系统的性能指标，即该系统的误码率，并画出SNR（信噪比）和误码率的曲线图；2方案设计与论证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。

实验课程名称：通信原理实验_实验项目名称移频键控FSK调制与解调系统设计实验实验成绩实验者专业班级组别同组者实验日期一、实验目的、意义数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。

通过此综合实验，应达到：1．进一步加深对数字调制中的移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。

2．学会综合地、系统地应用已学到的知识，对移频键控FSK调制与解调系统电路的设计与仿真方法，提高独立解决问题的能力。

二、设计任务与要求1.设计任务：构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求是：主载波频率：11800HZ载波1频率：2950HZ（四分频）载波2频率：1475HZ（八分频）数字基带信号NRZ：15位M序列，传输速率约为400波特。

（32分频）2.设计要求：FSK调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路(或集成模拟开关)与采用集成模拟乘法器，利用键控法实现。

FSK解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现。

传输信道不考虑噪声干扰，采用直接传输。

整个系统用EWB软件仿真完成。

三、2FSK 调制与解调系统原理与电路组成1.方案论证(2FSK调制与解调系统原理的简要说明)1）FSK调制信号的产生实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类。

直接调频法和移频键控法。

注意到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的，因此有相位连续的FSK及相位不连续的FSK之分。

并分别记作CPFSK及DPFSK。

实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控，晶振输出的主载波，通过不同次数的分频(或倍频)器，可得到两种不同频率的载波，其相位也不完全相等。

当数字基带信号g(t)为高电位时，与非门1关闭。

与非门2打开，输出频率为f2的信号。

当g(t)为低电位时与非门1打开，与非门2关闭，输出频率为f1的信号。

这样，经过相加器相加后，就可输出2FSK 信号。

2FSK调制与解调系统设计与仿真一、引言2FSK（两频移键控）调制与解调是一种基于频率变化的数字调制与解调技术，常用于数字通信系统中。

本文将介绍2FSK调制与解调系统的设计与仿真过程。

1.系统原理a)数字信号生成：生成要传输的数字信号，可通过随机产生0和1的序列或者由外部输入得到。

b) 载波信号生成：生成两个频率分别为fc1和fc2的正弦波信号。

c)数字信号与载波信号调制：将数字信号与载波信号进行调制，根据数字信号的每一位来选择对应的载波频率。

2.仿真步骤在MATLAB等仿真软件中，可以进行2FSK调制系统的仿真：a)生成数字信号：生成一定长度的随机01序列或者由外部输入得到的数字信号。

b) 生成载波信号：生成两个频率分别为fc1和fc2的正弦波信号。

c)数字信号与载波信号调制：根据数字信号的每一位来选择对应的载波频率进行调制。

d)绘制调制后的信号波形。

1.系统原理2FSK解调系统将2FSK调制的信号转换为数字信号，实现数字信号与模拟信号的转换。

具体设计如下：a)接收信号：接收被调制的信号。

b) 与载波信号相乘：将接收信号与两个频率分别为fc1和fc2的正弦波载波信号相乘。

c)预处理：去除直流分量。

d)低通滤波：通过低通滤波器滤除高频成分。

e)匹配滤波：利用匹配滤波器，分别滤出与两个载波频率相关的信号。

f)判决：根据滤波后的信号幅值大小进行判决，得到数字信号。

2.仿真步骤在MATLAB等仿真软件中，可以进行2FSK解调系统的仿真：a)接收信号：接收被调制的信号。

b) 与载波信号相乘：将接收信号与两个频率分别为fc1和fc2的正弦波载波信号相乘。

c)预处理：去除直流分量。

d)低通滤波器设计：设计一个合适的低通滤波器以滤除高频成分。

e)匹配滤波器设计：设计两个匹配滤波器，使其与对应载波频率相匹配。

f)与滤波后信号进行判决：根据滤波后的信号幅值大小进行判决，得到数字信号。

g)绘制解调后的信号波形。

四、总结2FSK调制与解调系统可以将数字信号转换为模拟信号进行传输，并将模拟信号解调为数字信号。

fsk通信系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握FSK通信系统的基本原理和应用，包括频率分割、调制解调技术等。

知识目标要求学生了解FSK通信系统的优点和局限性，能够分析并解决实际通信问题。

技能目标则要求学生能够运用FSK通信系统进行数据传输和接收，具备实际操作能力。

情感态度价值观目标则是培养学生的创新意识和团队合作精神，激发他们对通信技术的兴趣和热情。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括FSK通信系统的原理、优点、局限性以及应用。

首先，介绍FSK通信系统的基本原理，包括频率分割和调制解调技术。

其次，讲解FSK通信系统的优点，如抗干扰能力强、传输速率高等。

然后，分析FSK通信系统的局限性，如频率资源受限、功率消耗大等。

最后，举例介绍FSK通信系统在实际应用中的案例，如电话通信、无线网络等。

三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

首先，采用讲授法，向学生讲解FSK通信系统的原理、优点、局限性以及应用。

其次，运用讨论法，引导学生分组讨论实际通信问题，培养他们的解决问题的能力。

接着，采用案例分析法，分析具体案例，使学生更好地理解FSK通信系统的应用。

最后，进行实验操作，让学生亲自动手，掌握FSK通信系统的实际操作技能。

四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，将准备以下教学资源：教材《通信原理》、参考书《FSK通信技术》、多媒体资料（包括FSK通信系统的动画演示、实际应用案例等）、实验设备（如FSK调制解调器、示波器等）。

这些教学资源将丰富学生的学习体验，帮助他们更好地理解和掌握FSK通信系统。

五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化方式进行，以全面、客观地评价学生的学习成果。

评估方式包括平时表现、作业、小测验和期末考试。

平时表现主要考察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况，占总评的20%。

作业分为多次，每次占10%，总计30%。

小测验在课程中进行两次，每次占15%，总计30%。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信12班指导教师：工作单位：信息工程学院题目：FSK通信系统的设计初始条件：具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、完成FSK移频数据传输电路的设计，实现基带信号的FSK传输功能，收发波形一致。

2、完成系统中相关调制、传输以及解调模块电路的设计。

3、载波信号频率：256KHz、128KHz、峰值：5V；基带信号为M序列，峰值为1V的方波。

4、安装和调试整个电路，并测试出结果；5、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。

时间安排：二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要数字频率调制又称频移键控,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递数字信息，即用所传的数字信息控制载波的频率。

2FSK信号是符号“1”对应于载频，“0”对应于另一载频的已调波形，而且之间的改变是瞬时完成的。

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式，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独立的频率源进行选通。

键控法的特点是转换速度快，波形好，稳定度高且易于实现，故广泛应用。

随着电子计算机的普及，数字通信技术正在迅速发展，数字频率调制是数据通信中一种常见的调制方式，频移键控（FSK）方法简单，易于实现，并且解调不需恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性好，因此，FSK调制技术在通信行业得到广泛地运用，并且主要适用于低，中速数据传输。

由于FSK调制解调原理相对简单，作为通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。

FSK通信系统的设计的任务书1.基本原理1.1信号调制原理2FSK信号波形图如2.1.1图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。

图1.1.1 2FSK信号波形图FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法，如图1.1.2所示。

直接调频法是数字基带信号直接控制载波振荡器的振荡频率。

虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。

频移键控法有两个独立的振荡器。

数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而产生FSK调制。

图1.1.2 2FSK信号调制方法本设计采用键控法产生2FSK信号，即用一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。

1.2信号解调原理2FSK信号的解调方法有：非相干解调法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。

过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。

gfedcba抽样判决LPF脉冲展宽整流微分限幅图1.2.1 2FSK 过零检测解调电路原理框图输入的FSK 信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微分电路得到双向尖脉冲，然后整流得到单向尖脉冲，每个尖脉冲表示一个过零点，尖脉冲的重复频率就是信号频率的两倍。

将尖脉冲去触发一单稳电路，产生一定宽度的矩形脉冲序列，该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比，即与输入信号成正比。

所以经过低通滤波器输出的平均分量的变化反映了输入信号频率的变化，这样把码元“1”与“0”在幅度上区分开来，再通过判决恢复出数字基带信号。

其原理框图如图1.2.1所示，各点波形图如图1.2.2所示。

图1.2.2 过零检测电路信号波形锁相环路的输出信号频率可以精确地跟踪输入参考信号频率的变化,环路锁定后输入参考信号和输出参考信号之间的稳态相位误差可以通过增加环路增益被控制在所需数值范围内。

这种输出信号频率随输入参考信号频率变化的特性称为锁相环的跟踪特性.利用此特性可以做载波跟踪型锁相环及调制跟踪型锁相环。

基于AT89C51单片机的双向通信FSK系统设计与实现采用抗干扰能力比较强的FSK技术构成感应通信系统，利用耦合线圈来实现钻杆之间的无线通信，钻杆内部采用同轴电缆传输信息，这样可以获得较高的数据比特率。

本文以AT89C51单片机为控制系统，设计了一套可以实现双向通信的FSK系统，并测试了该系统的可靠性以及误码率。

石油、天然气是人类赖以生存的自然资源，在钻井开采过程中需要对井下高温、高压的环境进行实时的了解，所以对信号传输的实时性要求很高。

但是井下的环境恶劣，通信系统里存在各种干扰，所以设计一套既能抗干扰、又能以较快的波特率传输信号的系统对这类作业来说至关重要。

本文以AT89C51单片机为控制器，XR2206和XR22111分别为FSK 调制解调芯片，在实验室搭建并模拟了整个通信过程。

1 理论分析该系统主要涉及两个理论：2FSK调制理论和电磁感应理论。

1.1 2FSK调制理论要进行无线通信就必须对信号进行调制，数字调制的方式有很多种，比如ASK、FSK、PSK 等，综合考虑后这里选择既具有一定抗干扰能力同时又简单易行的2FSK调制。

2FSK就是利用不同频率的正弦波去代表数字信号0和1。

载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频点间变化。

其表达式如式（1）所示，2FSK信号波形如图1所示。

1.2 电磁感应理论这里的无线通信实际上是一种感应通信，在两个钻杆的相邻处放置两个线圈，其中一个线圈（主线圈）内电流的变化会在其周围产生交变的磁场，这个交变的磁场使另一个线圈（次线圈）产生感应电动势，这就是感应通信的原理，其示意图如图2所示。

2 系统硬件设计系统的硬件结构框图如图3所示。

整个系统以两片单片机为核心，以XR2206和XR2211。

hXXXXXXXXXXXX通信原理课程设计题目２FSK数字频率调制解调计算机仿真院（系）电子工程与电气自动化学院专业电子信息工程学生姓名 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学号 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师 XXXXXX 职称讲师论文字数摘要本文主要利用Systemview来实现2FSK数字调制系统解调器的设计。

该设计模块包含信源调制、发送滤波器模块、信道、接收滤波器模块、解调以及信宿，并对各个模块进行相应的参数设置。

在此基础上熟悉Systemview的功能及操作，最后通过观察仿真波形进行波形分析及系统的性能评价。

2FSK信号的产生方法主要有两种：一种是模拟调频法，另一种是键控法，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。

这两种方法产生2FSK信号的差异在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法产生的2FSK信号是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。

本实验采用的是模拟调频法产生2FSK信号。

2FSK信号的接受也分相干和非相干接受两种，非相干接收方法不止一种，他们都不利用信号的相位信息。

故本设计采用相干解调法。

关键词：2FSK Systemview 调制解调误码率Computer simulation of 2FSK modulation and demodulationAbstractThe design of this paper use Systemview to achieve 2FSK demodulator for digital modulation system. This design module comprises a source modulation, transmitting filter module, channel, receiver filter module, demodulation and the sink, and each module is set corresponding parameters. Familiar with the function and operation of Systemview on this basis, the performance evaluation of waveform analysis and system finally by observing the simulation waveform.There are two main methods of generating 2FSK signal: one is analog FM method, another is the key control method, namely through the switch circuit for gating on two different frequency in binary baseband control rectangle pulse sequence, making it during each symbol of the Ts output F1 or F2 two a carrier of. Differences in the two methods of generating 2FSK signal: phase 2FSK signal generated by the frequency modulation method in between adjacent symbol is the continuous change, the 2FSK signal keying is caused by electronic switch formed between two separate frequency source, therefore, between adjacent symbol phase is not necessarily continuous. In this experiment, using the 2FSK signal generation analog FM method. Received 2FSK signals are coherent and noncoherent reception two, noncoherent reception methods more than one, they are not using the phase information of the signals. This design use coherent demodulation method.引言：随着电子计算机的普及，数据通信技术正在迅速发展。