1、<p><b>　　電子技術學院</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　課程設計報告書</b></p><p>　　課程名稱： 通信原理課程設計 </p><p>　　班 級： 電信（

2、DB）0904班 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　二○一二 年 六 月</p><p><

3、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　摘 要 2</b></p><p><b>　　1引言3</b></p><p>　　1.1 課程設計的目的3</p><p>　

4、　1.2 課程設計的基本任務和要求3</p><p>　　1.3 設計平臺4</p><p><b>　　2設計原理5</b></p><p>　　2.1 Simulink工作環(huán)境5</p><p><b>　　（1）模型庫5</b></p><p>　?。?）設計

5、仿真模型5</p><p><b>　?。?）運行仿真6</b></p><p>　　2.2 2FSK的調制與解調6</p><p>　　（1）2FSK的調制原理6</p><p>　?。?）2FSK的解調原理8</p><p><b>　　3 設計步驟10</b>

6、;</p><p>　　3.1 2FSK信號調制10</p><p>　?。?）2FSK的調制部分10</p><p>　?。?）2FSK的調制部分參數(shù)設置11</p><p>　?。?）2FSK的調制部分仿真以及功率譜分析12</p><p>　　3.2 2FSK信號解調14</p><

7、p>　?。?）2FSK的解調部分14</p><p>　?。?）2FSK的調制部分參數(shù)設置14</p><p>　?。?）2FSK的解調部分仿真以及功率譜分析16</p><p>　　4出現(xiàn)的問題及解決方法21</p><p><b>　　5 結束語22</b></p><p>&

8、lt;b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平臺的著名仿真環(huán)境Simulin作為一種專業(yè)和功能強大且操作簡單的仿真工具，目前已被越來越多的工程技術人員所青睞，它搭建積木式的建模仿真方式既簡單又直觀，而且已經在各個領域得到了廣泛的

9、應用。</p><p>　　本文主要是以simulink為基礎平臺，對2FSK信號的仿真。本文的主要目的是對simulink的熟悉和對數(shù)字通信理論的更加深化和理解。本課程設計主要運用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設計進行2FSK調制與非相干解調系統(tǒng)仿真。在本次課程設計中先根據(jù)2FSK調制與解調原理構建調制解調電路，從Simulink工具箱中找所各元件，合理設置好參數(shù)并運行，其中可以通過不斷的修改

10、優(yōu)化得到需要信號，之后加入高斯，并分析對信號的影響，最后通過對輸出波形和功率譜的分析得出2FSK調制解調系統(tǒng)仿真是否成功。</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　本次課程設計主要運用MATLAB軟件，在Simulink平臺下建立仿真模型。實現(xiàn)模擬基帶信號經2FSK調制與非相干解調的傳輸過程，通過分析比較調制解調輸出波形以及功率譜特征，理解2F

11、SK調制原理。在分別加入高斯噪聲，觀察對波形的影響，并對其進行分析總結。</p><p><b>　　1、課程設計目的：</b></p><p>　　通過課程設計，鞏固對課堂上基本理論知識的理解，加強理論聯(lián)系實際，增強動手能力和通信系統(tǒng)仿真的技能 </p><p>　　2、課程設計內容及要求：</p><p>　　1）設

12、計任務：設計一種數(shù)字調制系統(tǒng)（2FSK, 2PSk, 2ASK）</p><p>　　2） 設計基本要求：</p><p>　?。?）設計出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結構，包括信源，調制，發(fā)送濾波器模塊，信道，接受濾波器模塊以及信宿；</p><p>　?。?）根據(jù)通信原理，設計出各個模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）；</p><p>

13、　　（3）觀察仿真結果并進行波形分析（眼圖，）；</p><p>　　（4）分析影響系統(tǒng)性能的因素。</p><p><b>　　3）實施要求</b></p><p><b>　　具體要求如下：</b></p><p>　　使用Matlab/Simulink進行仿真</p><p

14、>　　a) 完成2FSK 、2PSk或 QPSK中任何一種調制和解調系統(tǒng)。傳輸信道模型選用下面三種之一：AWGN Channel、Rayleigh fading propagation channel和 Binary Symmetric Channel；</p><p>　　b) 分析已調信號的功率譜密度；</p><p>　　c) 分析信道噪聲對誤碼率的影響。</p>

15、<p><b>　　2設計原理</b></p><p>　　2.1 Simulink工作環(huán)境</p><p><b>　?。?）模型庫</b></p><p>　　在MATLAB命令窗口輸入“simulink”并回車，就可進入Simulink模型庫</p><p>　　單擊工具欄上的 按

16、鈕也可進入</p><p>　　Simulik模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Math（數(shù)學模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自

17、己的模塊，自定義模塊庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。</p><p>　　Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結構Simulink子模型庫中包含了Continous、Discontinus等下一級模型庫Continous模型庫中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。</p><p>　　圖2-1 Simulink工具箱</p><p><b>　?。?

18、）設計仿真模型</b></p><p>　　在MATLAB子窗口或Simulink模型庫的菜單欄依次選擇“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口</p><p>　　圖2-2 新建仿真模型窗口</p><p><b>　?。?）運行仿真</b></p><p>　　兩種方式分

19、別是菜單方式和命令行方式，菜單方式：在菜單欄中依次選擇"Simulation" | "Start" 或在工具欄上單擊。命令行方式：輸入“sim”啟動仿真進程</p><p>　　比較這兩種不同的運行方式：菜單方式的優(yōu)點在于交互性，通過設置示波器或顯示模塊即可在仿真過程中觀察輸出信號。命令行方式啟動模型后，不能觀察仿真進程，但仍可通過顯示模塊觀察輸出，適用于批處理方式。<

20、;/p><p>　　2.2 2FSK的調制與解調</p><p>　　（1）2FSK的調制原理</p><p>　　在二進制頻移鍵控（2FSK）中，當傳送“1”碼時對應于載波頻率，傳送“0”碼時對應于載波頻率。</p><p>　　其中，，為頻率為的載波的初始相位，為頻率為的載波的初始相位。令為的反碼，即</p><p>

21、　　則有:當時，;當時，。    　　則2FSK信號可表示為:</p><p>　　其中，我們在分析中假設為單個矩形脈沖序列，其表達式為:</p><p>　　由式上式可知，相位不連續(xù)的2FSK信號可以看成是兩個2ASK調幅信號之和。二進制移頻鍵控信號的產生,可以采用模擬調頻電路來實現(xiàn),也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn). 圖 2-3 是數(shù)字鍵控法實現(xiàn)

22、二進制移頻鍵控信號的原理圖, 圖中兩個振蕩器的輸出載波受輸入的二進制基帶信號控制,在一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一.。</p><p>　　圖 2 –3 數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖</p><p>　　圖 2- 4 二進制移頻鍵控信號的時間波形</p><p>　　從圖中可以看出b是a的反碼即若a=1,則b=0, 若a=0,則b=1;c為

23、載波f1，d為載波f2，g為2FSK的調制出的信號。</p><p>　?。?）2FSK的解調原理</p><p>　　經過調制后的2FSK數(shù)字信號通過兩個頻率不同的帶通濾波器w1、w2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經過濾波的信號分別通過包絡檢波器檢波，最后將兩種信號同時輸入到抽樣判決器同時外加抽樣脈沖，最后解調出來的信號就是調制前的輸入信號。本設計要求非相干解調，其原理圖如下圖所示：&

24、lt;/p><p>　　圖 2 –5 二進制移頻鍵控信號解調器原理圖</p><p>　　圖 2 –6 2FSK非相干解調時間波形圖</p><p><b>　　3 設計步驟</b></p><p>　　3.1 2FSK信號調制</p><p>　?。?）2FSK的調制部分</p>&l

25、t;p>　　打開simulink工具箱，點擊file圖標，選擇新建中的model，新建一個仿真空白模型，將2FSK信號調至所需要的模塊拖入空白模型中，也可點擊鼠標左鍵單擊“add to untitled”。</p><p>　　Pulse Generator模塊為正弦基帶信號模塊，Sine wave1，Sine wave2為頻率為f1和f2載波模塊，Product為乘法器模塊，Scope為示波器模塊，NOT

26、為反相器模塊，Power Spectral是功率譜模塊。2FSK信號是由頻率分別為Sine wave1和Sine wave2的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中Sine wave1和Sine wave2是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號。調制模型圖如下圖所示：</p><p>　　圖 3 –1 2FSK信號調制部分的simulink模型方框圖</p><p>

27、　?。?）2FSK的調制部分參數(shù)設置 </p><p>　　圖 3 –2 載波sin wave1的參數(shù)設置</p><p>　　其中f1幅度為2；頻率3HZ；采樣時間為0.002的信號。</p><p>　　圖 3 –3 載波sin wave2的參數(shù)設置</p><p>　　其中f1幅度為2；頻率2HZ；采樣時間為0.002的信號。</

28、p><p>　　本信號源s(t)序列是用隨機的0 1信號產生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的Pulse Generator信號模塊其參數(shù)設置如下：</p><p>　　圖 3-4 基帶信號Pulse Generator信號模塊參數(shù)設置</p><p>　　其中方波是幅度為1，周期為3，占1比為1/3的基于采樣的信號。</p><p>　?。?

29、）2FSK的調制部分仿真以及功率譜分析</p><p>　　經過以上參數(shù)的設置后就可以進行系統(tǒng)的仿真，其各點的時間波形如下：</p><p>　　其中第1段圖形為載波f1的波形圖；第2段位信號源的波形圖；第3段為載波f2的波形圖；第4段為f1和f2的調制波形。</p><p>　　調制后頻譜分析如下圖：</p><p>　　圖 3-6 基帶信

30、號頻譜分析</p><p>　　由圖可知基帶信號在由載波f1和f2作用下頻率發(fā)生了變化，相位發(fā)生位移，波形表現(xiàn)為基帶與載波f1的乘積與基帶與載波f2的乘積得和。</p><p>　?。?）2FSK的解調部分</p><p>　　Analog Filter Design模塊為帶通濾波器，Abs模塊為絕對值，其作用等同于保羅檢測器，Scope模塊為示波器，Subtrac

31、t模塊對信號進行加法或減法運算，Power Spectral模塊是功率譜，Zero order hold模塊的功能為零階保持模塊，Quantizing Encoder為量化編碼器模塊，Zero order hold和Quantizing Encoder的作用等同于在定時脈沖下的抽樣判決器。解調模型圖如下圖所示：</p><p>　?。?）2FSK的調制部分參數(shù)設置</p><p>　　在帶

32、通濾波器的參數(shù)設置中，由于載波f1和f2的頻率分別為3HZ和2HZ，基帶信號的采樣時間為1，所以其頻率為1HZ，1HZ等于2*pi，又因為2FSK的帶通濾波器取值就是載波頻率加減基帶信號的頻率，則帶通濾波器的取值范圍是4*pi到8*pi，帶通濾波器1的取值范圍是2*pi到6*pi。</p><p>　　圖 3-9帶通濾波器參數(shù)設置</p><p>　　圖 3-10帶通濾波器1參數(shù)設置<

33、;/p><p>　　圖 3-11 零階保持模塊的參數(shù)設置</p><p>　　其中零階保持模塊的采樣時間設置必須與基帶信號的采樣時間保持一致。</p><p>　?。?）2FSK的解調部分仿真以及功率譜分析</p><p>　　第3段是載波f1經過解調的波形圖；第5段是載波f1和f2經過解調的波形圖；第1段是解調出現(xiàn)的波形圖，在0~1時間段出現(xiàn)延

34、時，其他時間段與原基帶信號圖3-5第2段一致，符合實驗要求。第4段是載波f2解調的波形圖。</p><p>　　解調后頻譜分析如下圖：</p><p>　　4出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>　　在本次課程設計運用了MATLAB軟件下Simulink建立工作模型，在仿真的過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和在老師和同學的幫助下總算得以解決，總結分析分析如

35、下：</p><p>　?。?）運行后如沒有出現(xiàn)波形、出現(xiàn)多路波形的混合或是出現(xiàn)波形的幅度過小或過大，可以點擊scope菜單欄的或者點擊鼠標右鍵，選擇autoscale即可出現(xiàn)清晰波形。</p><p>　?。?）若出現(xiàn)波形很差，可以把修正因子（默認為1）加大，具體步驟為選擇模型菜單中的“Simulink|configuration parameters|Data import/expor

36、t”修改Decimation中數(shù)據(jù)（默認為1），可加大為50或100。</p><p>　?。?）調制模塊中，如調制結果不明顯，可以加大載波頻率，一般來說載波頻率要比基帶頻率大得多。</p><p>　?。?）若波形出錯，可以把濾波器級數(shù)(默認為8)適當減小，使濾波器精確度變小，允許誤差變大，便于波形的輸出。</p><p>　?。?）在選擇帶通濾波器的參數(shù)時候要嚴

37、格按照需要的頻率范圍取值，通過計算載波和基帶信號的頻率可以得出該頻率范圍取值。</p><p>　?。?）在整個仿真過程中，各模塊的參數(shù)設置十分重要，一定要設置合適的參數(shù)，才會得出所需要的信號。</p><p><b>　　5 結束語</b></p><p>　　不同于在教室里上的理論，這次的課程設計需要將我們平時所學習的知識運用到實踐之中，將

38、知識學以致用。 </p><p>　　因為是以所學理論為基礎，所以在課程設計的過程中，我又重溫2FSK的調制與解調等知識，更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱，學會了獨立建立模型，分析調制與解調結果，和加入噪聲之后的情況，通過自己不斷地調試，更好的理解加入噪聲對信道的影響。</p><p>　　通過這次課程設計，我拓寬了知識面，鍛煉了實際操作能力，綜合素質也

39、得到了提高，進一步加深了了我們對專業(yè)的認識和激發(fā)了我們對專業(yè)的興趣。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 樊昌信 通信原理. 北京：國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 達新宇．通信原理實驗與課程設計．北京：北京郵電大學出版社，2003</p><p>　　[3]