湖南工学院
计算机仿真论文
《基于MATLAB的2FSK数字通信系统设计》
院系电气与信息工程
姓名陈斌
学号 09401140228
指导教师张松华
2012-5-20
一、课程设计目的
本次课程设计是对通信原理课程理论教学和实验教学的综合和总结。通过这次课程设计，使同学认识和理解通信系统，掌握信号是怎样经过发端处理、被送入信道、然后在接收端还原。
要求学生掌握通信原理的基本知识，运用所学的通信仿真的方法实现某种传输系统。能够根据设计任务的具体要求，掌握软件设计、调试的具体方法、步骤和技巧。对一个实际课题的软件设计有基本了解，能进一步掌握高级语言程序设计基本概念，掌握基本的程序设计方法，拓展知识面，激发在此领域中继续学习和研究的兴趣，为学习后续课程做准备。
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，设计一2FSK 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。可以基于MATLAB 仿真软件以及Simulink仿真环境设计该系统。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、设计原理
在二进制数字调制中，若正弦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，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。
二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。然后在MATLAB中产生高斯白噪声，这非常方便，可以直接应用两个函数，一个是WGN，另一个是AWGN。WGN用于产生高斯白噪声，AWGN则用于在某一信号中加入高斯白噪声。高斯白噪声，是指噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱
密度函数是常数的一类噪声。这里值得注意的是，高斯型白噪声同时涉及到噪声的两个不同方面，即概率密度函数的正态分布性和功率谱密度函数均匀性，二者缺一不可。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行相干解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号，并与原信号进行对比统计。
基本的系统原理图如下：
四、实现方法
通过在Matlab环境下利用相关程序对二进制信号进行抽样产生二进制随机序列，并在此时确定抽样间隔、抽样个数，进行显示。然后对二进制信号进行2FSK调制，利用Matlab函数库中awgn函数在信道中加入高斯白噪声，并对此时的信号进行显示，接着进行相干解调，输出显示解调后序列，对比信号调制前后的变化，统计误码率，并分析调制优劣。以下为详细过程：
a)调整模块
使用键控法产生2FSK信号，即由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，这样的相邻码元之间相位不一定连续。
产生2FSK调制信号原理图：
Fc=10; %载频
Fs=40; %系统采样频率
Fd=1; %码速率
N=Fs/Fd;
df=10;
numSymb=25; %进行仿真的信息代码个数
M=2; %进制数
SNRpBit=60; %信噪比
SNR=SNRpBit/log2(M);
seed=[12345 54321];
numPlot=25;
如上图，使用产Bernoulli Binary Generator模块生二进制随机比特流，通过键控法进行2FSK调制。
figure(1)
%产生25个二进制随机码
x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%产生25个二进制随机码
subplot(2,2,1)
stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');
title('二进制随机序列')
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
2、 传输模块 （1）2FSK 调制阶段
在二进制数字调制中，若正弦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，则产生二进制移频键控信号（2FSK 信号）。二进制移频键控信号的时间波形如下图所示：
图中波形g 可分解为波形e 和波形f ，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为：
%调制
y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df); numModPlot=numPlot*Fs; t=[0:numModPlot-1]./Fs; subplot(2,2,2)
plot(t,y(1:length(t)),'b-'); axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]); title('调制后的信号') xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
a a k
t s (t )t s (t )b
t
t
c d e t
t
f g t
2FSK
信号
