基于MATLAB的2FSK数字通信系统的误码率分析(毕业论文).docx

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1、新疆大学毕业论文( 设计) 题目 :基 于 MATLAB 的 2 FSK 数 字 通 信 系 统 的 误 码 率 分 析指 导 老 师 : 学 生 姓 名 ：所 属 院 系 ：信 息 科 学 与 工 程 学 院 专业 ：电 子 信 息 工 程班级 ：电 信0 8 - 2 班 完 成 日 期 ：摘 要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。 数字频率调制又称为频移键控，记作 FSK（Fr equency Shi f t Ke y i ng），二进制 频移键控记作 2FSK。数字频移键控是用

2、载波的频率来传送数字信息的，即用所 传送的数字消息控制载波的频率，由于数字只有有限个取值。那么，2FSK 信号 便是符号 1 对应与载波 ，而符号 0 对应于载频 （与 不同的另一个载频）的 已调波形，而且 1 与 0 之间的改变是瞬间来完成的。从原理上讲调频可用模拟 调频来实现，也可用键控法来实现，后者较为简便。调制后可以可以相干解调也 可以非相干解调。基于 MATLAB 仿真可用于分析 FSK调制在 AWGN信道中的误码性 能。并通过与理论分析值进行比较，验证模型的准确性。关键字：2FSK，调制解调 , MATLAB, 误码率，BER目 录1 绪 论41 . 1 . 通 信 技 术 的 历

3、 史 与 发 展41 . 1 . 1 通 信 的 概 念61 . 2 . 模 拟 通 信 系 统71 . 2 . 1 模 拟 通 信 系 统 概 述71 . 2 . 2 模 拟 通 信 系 统 的 模 型71 . 2 . 3 模 拟 通 信 系 统 的 调 制 方 式81 . 2 . 4 模 拟 通 信 系 统 的 应 用91 . 2 . 5 模 拟 通 信 系 统 的 优 点 与 缺 点91 . 3 . 数 字 通 信 系 统101 . 3 . 1 数 字 通 信 系 统 的 概 述101 . 3 . 3 数 字 通 信 系 统 的 模 型111 . 3 . 3 数 字 通 信 系 统 优

4、点 与 缺 点111 . 3 . 4 数 字 通 信 的 发 展 概 况121 . 3 . 5 数 字 通 信 系 统 发 展 的 主 要 技 术131 . 3 . 6 数 字 通 信 系 统 的 调 制 方 式142 . 二 进 制 频 移 键 控 ( 2 FS K)152 . 1 . 2 FSK 的 概 念152 . 2 . 2 FSK 产 生 方 法162 . 3 2 FSK 信 号 的 调 制 方 式162 . 4 2 FSK 的 解 调 方 式 与 抗 噪 性 能173 . 2 FSK 的 仿 真193 . 1 MATLAB 软 件 的 介 绍203 . 2 MATLAB 产 生 的

5、 历 史 背 景203 . 3 仿 真 思 路223 . 4 MATLAB 程 序 实 现223 . 5 MATLAB 仿 真 结 果26结 论30参 考 文 献321 绪 论1. 1. 通信技术的历史与发展远古时代, 远距离的传递消息是以书信的形式来完成的, 这种通信方式明显 具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息, 人们不断地 尝试所能找到的各种最新技术手段。1837 年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着 电通信的开始, 之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866 年利用海 底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876 年贝尔发明了电话, 利用电信号实 现了语音信

6、号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信 的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到 20 世纪前半叶这种采用模拟 技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937 年瑞威斯发明 的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20 世纪 60 年代以后集成电路、电子计算 机的出现，使得数字通信迅速发展。在 70 年代末在全球发展起来的模拟移动电话在 90 年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所 代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前 途。通信的发展趋向分为四个阶段：（1）古代通信：利用自然界的基本规律和人的基础感官（

7、视觉，听觉等）可达性建立通信系统，是人类基于需求的最原始通信方式。（2）近现代通信：以电磁技术为起始，是电磁通信和数字时代的开始。19 世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现，人类通信领域产生 了根本性的巨大变革，从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电 信号作为新的载体，同此带来了一系列铁技术革新，开始了人类通信的新时代。（3）当代通信：移动通信和互联网通信时代 这个时代的特征是，在全球范围内，形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他飞云因通信为辅的综合电信通信系统；电话网向移动方向延伸，并日益与计 算机、电视等技术融合。进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与

8、普及、无线通信迅速发展。特别是在 20 世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电 子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取 得了巨大的成功。( 1) 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 ( 2）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和 计算机的融合人们将世界变成了地球村。（5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范 围越来越广。例如，2003 年我国的移动电话用户首次超

9、过了固定电话用户。根 据国家信息产业部的统计数据，到 2005 年底移动电话用户近 4 亿。（4）未来通信：大融合时代 电信网络发展进入网络融合发展的历程，随后，以思科为代表的设备制造商推出了“统一通信”的理念，未来的通信可能沿着融合 2G、3G以及 4G和 WLAN， 宽带网络的方向发展，但是不管如何，绝不会脱离现在科学技术的发展，依照其 内在规律来发展，期待着未来移动与宽带等的统一、融合以及演进，可以说“一 切，皆有可能”。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通

10、信业务将不断地被开发出来。到那时人们的 生活将越来越离不开通信。1. 1. 1 通信的概念通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息 源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是 消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之 分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。 所以，信号是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或 离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数 字信号的自变量可以是连续的或离散的

11、，但幅度是离散的，如电船传机、计算机 等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即 信息。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息 的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。 通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信 息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑 制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等 功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息

12、所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息 源、发送设备、信道、接收设备和信宿( 受信者) ，它的一般模型如图 1- 1 所示。信 息 源发 送 设 备信 道接 收 设 备接 收 方噪 声 源图 1- 1 通信系统一般模型 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号传递消息的通信系统. 数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更 能适应对通信技术的越来越高的要求。1. 2. 模拟通信系统1.2. 1 模拟通信系统概述在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种多样的，但 基本可以

13、分为两大类：连续的和离散的。连续的消息如话音，声波振动的幅度是 随时间连续变化的。若把它转换为随时间连续变化的电压信号，信号幅度是时间 连续函数。这样的信号称作模拟信号；而离散消息，如打字机产生的消息，输出 的消息符号个数是有限的。如信号的参数与离散消息对应而离散取值，这就是数 字信号。再比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变 化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信 号称为模拟信号。所以根据信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。 例如电话通信中这种在用户线上传输模拟信号的通信方式即称为模拟通信。模拟通信，既利用正弦波的幅度、频率或相

14、位的变化，或者利用脉冲的幅度、 宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，称为模拟通信。可以把它 定义为采用模拟信号传送信息的通信方式，也可以说是用模拟信号作为载体来传 输信息，或用模拟信号对载波进行模拟调制后再传输的通信方式。而模拟信号在 日常生活中是经常遇到的。例如语音信号、干扰信号、噪声、电视摄像管产生的 图像电流信号等等。其共同特点为：幅度随时间作连续变化。1.2. 2 模拟通信系统的模型通信系统一般可以分为信号的发送、信号的传输以及信号的接受 3 个组成部 分。其目的是完成信号的无线电传输。模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，常用的模拟通信系统 包括中波/短波无线电

15、广播、模拟电视广播、调频立体声广播等通信系统。虽然 当前通信技术发展的主流是数字通信技术，但是在实际应用中还有大量的模拟通信系统，并且模拟通信系统是数字通信系统的基础。在模拟通信系统中，必须完成信号由低频段向高频段的搬移，也就是说要实 现调制。在接收端还需要将信号进行混频、谐振放大、解调、低频放大等相关处 理，最终完成通信系统的基本过程。模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的 通信系统，其模型如图 1- 2 所示。信 息 源调 制 器信道解 调 器信宿噪 声 源图 1- 2 模拟通信系统模型 在模拟系统中存在两种变换：第一种，将原来的信息转变成系统设备能够设别与传递的信息，如图形到电信号，此功

16、能隐含有心信息源（信宿）模块完成； 第二中，频率很低的原始电信号转化为适合信道传输的较高频率的信号，此功能 由调制（解调）模块完成。1.2. 3 模拟通信系统的调制方式模拟调制是指用连续的模拟基带信号对正弦载波进行调制，使载波的参数随 调制信号的作用而变化。用于传递信号的载波一般采用正弦波，正弦波的主要参 数有幅值、频率、相位，根据受控制载波参数的不同，模拟调制可以分为幅度调 制（AM）和角度调制（包括频率调制（FM）和相位调制（PM） ）。模拟调制主 要应用于广播电视系统以及第一代移动通信系统。1）幅度调制（AM） 幅度调制（AM）是指使载波的幅值随调制信号的作用而变化，这是一种线 性调制技

17、术，实现了调制信号频谱的线性搬移。2）角度调制 角度调制是指载波的角度随着调制信号而变化，角度调制包括频率调制（FM） 和相位调制（PM）。频率调制（FM）指载波的瞬时角频率偏移随调制信号的变化 而线性变化，相位调制（PM）指载波的瞬时相位偏移是调制信号的线性函数。正 弦波的相位的变化会引起频率的变化，同样，频率的变化也会引起相位的变化， 两者的变化都会引起角度的变化，所以频率调制（FM）和相位调制（PM）统称为角度调制。第一代的模拟蜂窝移动通信系统采用的是调频（FM）方式。1.2. 4 模拟通信系统的应用模拟通信的应用领域包括电话、模拟电视、模拟广播，还有即时的、广泛的 时空服务。网点的局限

18、高模拟电话业、电报业、广播电视业，还可以传递话音信 息，传输电报、传真、低速数据、图像等“非话信息”。模拟通信是一种以模拟信号传输信息的通信方式。非电的信号（如声、光等） 输入到变换器（如送话器、光电管），使其输出连续的电信号，使电信号的频率 或振幅等随输入的非电信号而变化。例如普通电话所传输的信号即为模拟信号。 电话通信是最常用的一种模拟通信。模拟通信系统主要由用户设备、终端设备和 传输设备等部分组成。其工作过程是：在发送端，先由用户设备将用户送出的非 电信号转换成模拟电信号，再经终端设备将它调制成适合信道传输的模拟电信 号，然后送往信道传输。到了接收端，经终端设备解调，然后由用户设备将模拟

19、 电信号还原成非电信号，送至用户。1.2. 5 模拟通信系统的优点与缺点模拟通信的优点：是直观且容易实现，不需要复杂的实现过程。直观且容易 实现不需要任何复杂的过程或装置，占用频带窄。体积更小、功能更多、用电更 少、封装更好、成本更低，等等模拟通信的缺点是： 1. 保密性差模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。因为模拟信号本身 的波形已经反映了话音信号的变化, 只要得到模拟信号就可以获取其中的信息。2. 抗干扰能力弱 电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪 声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就 越多。3. 设备不

20、易大规模集成化模拟通信中, 为了调制解调要用到较多的电感器件和滤波器, 这些器件都是不能集成的。4. 不适于飞速发展的计算机通信要求 不能适应数字通信网的需要，如不能直接和计算机联网，只能采用数模兼容的方 式。1. 3. 数字通信系统1. 3. 1 数字通信系统的概述数字通信系统是信源发出和新宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信 号的通信过程或方式。因此数字通信系统可以说是信道中传输数字信号的系统成 为能称为数字通信系统。数字通信已广泛应用于各个频段和各种通信方式中, 成为当今通信发展的 一种必然趋势。所谓数字通信即用数字信号传送信息进行通信, 也可以说通信的 数字化。数字通信的主要优点在

21、于用数字信号传送信息易于再生, 可减小传输中 的失真易于用脉冲数字电路来实现, 设备可做到体积小、重量轻可以引入计算技 术, 应用微处理器及单片微机, 发挥各种数字信号处理及智能化控制功能数字 信号易于加密便于采用纠错编码和扩频技术, 提高抗干扰能力。数字通信之所以 取得迅速的发展不是偶然的现象, 有其理论上、技术上和客观需求上的基础从理 论分析开始, 人们早就认识到数字通信在理论上比模拟通信具有一系列优点。除 上述各点外, 在频带和功率的有效利用方面也更为有利计算技术和微电子学的 进展为通信的数字化提供了坚实的技术基础人们在社会生活中对多种功能综合 服务的需要是数字通信发展的强大动力1. 3

22、. 3 数字通信系统的模型信 息 源信 源 编 码信 道 编 码数 字 调 制信 道数 字 解 调信 道 解 码信 源 译 码接 收 方噪 声 源图 1- 3 数字通信系统模型其中： 信源编/译码器实现模拟信号与数字信号之间的转换；信道编/译码器实现差错控制功能，用以对抗由于信道条件造成的误码； 调制/解调器实现数字信号的发射与接受。现在通信系统进行研究的主要内容就是研究数字通信系统的功能的具体实现方 法。1. 3. 3 数字通信系统优点 与缺点数字通信系统的优点:1)由于数字信号的可能取值数目有限所以在失真没有超过给定值的条件下不 影响接收段的正确判决。2)在数字通信系统中，可以采用纠错编码

23、等差错控制技术，从而大大提高的抗 干扰性。3)在数字通信系统中, 可以采用保密性极高的数字加密技术, 从而大大提高系 统的保密度。4)在数字通信系统中, 可以综合传输各种模拟和数字输入消息, 包括语音, 文字, 图像, 心灵 3 等; 并且便于存储和处理( 包括编码, 变换等) 。5)数字通信系统和模拟通信系统设备相比, 设计和制造更容易, 体积更小, 重量 更轻。6)数字信号可以通过信源编码进行压缩, 以减少多余度, 提高信道的利用率。相对于模拟通信来说，数字通信主要有以下两个缺点：（ 1 ） 频带利用率不高 系统的频带利用率，可用系统允许最大传输带宽（信道的带宽）与每路信号的有 效带宽之比

24、来表征， 及为每路信号的频带宽度； 为系统在其带宽内最多能容纳（传输）的话路数。 值愈大，系统利用率愈高。 数字通信中，数字信号占用的频带宽，以电话为例，一路模拟电话通常只占据 4kHz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 60kHz 的带 宽。因此，如果系统传输带宽一定的话，模拟电话的频带利用率要高出数字电话 的 5 15 倍。（ 2 ） 系统设备比较复杂 数字通信中，要准确地恢复信号，接收端需要严格的同步系统，以保持收端和发 端严格的节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体 积较大。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和 超

25、大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计 算机技术的迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模 拟通信而占主导地位1. 3. 4 数字通信的发展概况目前数字通信在短波通信、移动通信、微波通信、卫星通信以及光纤通信中 都得到了广泛的应用。现简要分述其发展近况。1. 数字短波通信由于人们认识到未来战争中的星球大战使通信卫星易于被击毁, 短波通信 经过被冷落一段时间后又出现了“ 复苏” 现象, 重新引起各方面的重视。近年 来除了对衰落多径信道的研究外, 短波通信数据传输的研究更是注意的焦点。为 了克服严重的码间干扰, 采用了一系列自适应技术, 包括自适应

26、实时选频自适 应信道均衡、自适应干扰对消, 以及由它们组合而成的自适应通信系统。此外尚 有功率自适应、速率自适应、天线调谐自适应和自组织自适应通信网等。目前多 音并行体制的调制解调器已广为应用, 正大力进行单音串行体制调制解调器的研制。此外, 在短波数字通信中采用扩频跳频技术, 自适应接收和瞬时快速通信技术等的研究都在进行中。 2. 数字移动通信当前各国都在大力开展新一代数字式移动通信系统的研制。数字化是目前国 际上移电信科学年动通信的主要发展方向。实现移动通信数字化带来的好处是能 适应各种数字业务传输的需要, 提高频带利用率, 提高系统的抗干扰能力, 便 于设备小型化和降低造价。3. 数字微

27、波通信随着数字技术的发展, 数字微波已成为发展的主流, 各国已有20多年的历 史。大容量数字微波的发展遭遇到数字短波通信同样的技术难题, 即微波在地面 传播也存在多径效应和衰落现象。数字微波也需要采用一整套自适应技术来抗多 径衰落引起的码间干扰。4. 数字卫星通信 早期的时分多址卫星系统就是数字式的。我国卫星通信的发展也将以数字卫星通信为主。5. 数字光纤通信 光纤通信具有频带极宽、通信容量极大、传输损耗小、保密性好不易被窃听,以及能抗电磁干扰、且体积小重量轻等一系列优点, 已在国内外得到极大发展和 应用。光纤通信的宽频带特性, 为实现宽带创造了十分有利的条件。当前的主要 矛盾是应大力研制和开

28、发数字通信终端及交换设备, 以便与光纤传输系统相连 接, 否则将阻碍光纤通信的应用和发展。此外, 人们还正在开发路和路的高速系 统。1. 3. 5 数字通信系统发展的主要技术各个频段、各种用途的数字通信虽然千差万别, 但归纳起来, 采用现代通信 技术构成的典型的数字通信系统包括数字信号形成、调制与解调、同步系统、收 发信机和信道。信号的处理和变换部分, 包括信源编码与解码、加密与解密、信 道编码与解码、多路分解与合成、扩频与解扩、多址技术等。除了上述5个主要技术问题外, 还有多路及多址技术、调节与解调技术、扩展频谱技术、同步系统、有数字通信收发信机及数字信号在多径衰落信道传输的分析等问题。1.

29、 3. 6 数字通信系统的调制方式数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道 具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必 须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数 字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调 制。通常使用键控法来实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。 用数字基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱（频谱）搬移到较高的载 波频率上，这种信号处理方式成为数字调制，相应的传输方式称为为数字信号的 调制传输载波传输或频带传输。数字调制也分为三种基本方式：幅度键控（

30、ASK）， 频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。2FSK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 .二 进 制 频 移 键 控 ( 2 FS K)2. 1.2FSK的概念FSK 频移键控调制 FSK（Fr equency- s hi f t keyi ng），即用不同的频率来 表示不同的符号。如 2KHz 表示 0，3KHz 表示 1。二进制符号 0 对应于载波 f 1， 符号 1 对应于载频 f 2，而且 f 1 与 f 2 之间的改变是瞬时完成的一种频移键控技 术。它是数字传输中应用

31、较广的一种方式。 2FSK是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。在 2FSK中，载波的频率 随基带信号在 f 1 和 f 2 两个频率点间变化。例如，1 码用频率 f 1 来传输，0 码用 频率 f 2 来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为2 FSK( t )A cos( A cos(1 t1 )发送2 t2 )发送 1 时0 时1式中，假设码元的初始相位分别为 1 和 2 ；2 f 和22f 2 为两个不同1的码元的角频率；幅度为 A为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 典型波形如 2- 1 图所示。由图可见。2FSK信号可以看作两个不同载频的 ASK信号的叠加。因此 2FSK

32、信号的时域表达式又可以写成：s 2 FSK ( t )a n g ( tnnTs ) cos(1tn )n_a n g ( tnTs ) cos(2 tn )图 2- 1 二进制移频键控信号的时间波形2. 2 . 2FSK产生方法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。如图 2- 1（a）所示。（2）键控法，用数字基带信号 g ( t ) 及其反 g ( t ) 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。如图 2- 1（b）所示。2- 2 图 2FSK信号的产生方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

33、产生的 2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的 2FSK信号， 则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定 是连续的。2. 3 2FSK信号的调制方式2FSK数字系统的调制原理2FSK 调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序 列。可以用二进制“1”来对应于载频 f 1，而“0”用来对应于另一相载频 f 2, 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。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 f 1 和 f 2 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

34、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。载 波 FI开 关 2相 加 器基带信号反 相 器e 2f s k载 波 F2开 关 12FSK数字系统的调制原理图2. 4 2FSK的解调方式与抗噪性能2FSK 的解调方式有两种: 相干解调方式和非相干解调方式. 下面我们将详细 的介绍:a ) . 非相干解调经过调制后的 2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器 f 1、f 2 滤出不需要 的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种 信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前 的输入信号。b) 相干解调根据已调信号由两个

35、载波 f 1、f 2 调制而成，则先用两个分别对 f 1、f 2 带通的滤 波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波 f 1、f 2 相 乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。最后解调 出来的信号就是调制前的输入信号。3 . 2 FSK 的 仿 真在信道中，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。基于

36、 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 仿真软件以仿真 环境设计该系统并其分析该系统的误码率分析.3. 1 MATLAB 软件的介绍MATLAB 是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它 使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的 在自己的科研过程中扩充 MATLAB 的功能，使其成为了巨大的知识宝库。目前的 MATLAB 版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像 VB 等语言一样设计漂亮 的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能

37、实现也很 简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，, MATLAB 和其他高级语言也具有 良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了 MATLAB 的 应用潜力。可以说，MATLAB 已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这 门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。本文基于 MATLAB/SI MULI NK动态 仿真环境，根据模型框图和数学模型，设计了调制解调电路，利用 SI MULI NK 功 能模块，建立 FSK调制解调系统仿真模型，经过仿真分析，其结果与理论分析结 果相同。在仿真过程中，充分发挥了 SI MULI NK 功能强大，建模简单，参数易于 调整的特点

38、。结果表明，基于 MATLAB 的 SI MULI NK 仿真模型，能够反映出 FSK 调制解调通信系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信 系统的设计和研究提供了强有力的工具，也为理论学习提供了一条非常好的途 径。当然理论与实际还会有很大的出入，在设计时还要考虑各种干扰和噪声等因 素。3. 2 MATLAB 产生的历史背景在 20 世纪 70 年代中期，Cl eve Mol er 博士和其同事在美国国家科学基金的 资助下开发了调用 EI SPACK和 LI NPACK的 FORTRAN子程序库。EI SPACK是特征值 求解的 FORTRAN程序库，LI NPACK是解线性

39、方程的程序库。在当时，这两个程序 库代表矩阵运算的最高水平。到 20 世纪 70 年代后期，身为美国 Ne w Me xi co 大学计算机系系主任的 Cl ev e Mol er ，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用 EI SPACK和 LI NPACK程序 库，但他发现学生用 FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利 用业余时间为学生编写 EI SPACK和 LI NPACK的接口程序。Cl eve Mol er 给这个接口程序取名为 MATLAB，该名为矩阵（ma t r i x）和实验室（l abor a t or y）两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数

40、年里，MATLAB 在多所大学里作为教学 辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。1983年春天，Cl eve Mol er 到St anf or d大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程 师J ohn Li t t l e 。J ohn Li t t l e敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年， 他和 Cl eve Mol er 、Si eve Ba nger t 一起，用C语言开发了第二代专业版。这一代 的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能。1984年，Cl eve Mol er 和 J ohn Li t he成立了Ma t hWor ks 公司，正

41、式把MATLAB 推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可 分为两大类。一类是数值计算型软件，如 MATLAB、Xma t h、Ga us s 等，这类软件 长 于 数 值 计 算 ， 对 处 理 大 批 数 据 效 率 高 ； 另 一 类 是 数 学 分 析 型 软 件 ， 如 Ma t he ma t i ca 、Ma pl e等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精度解， 其缺点是处理大量数据时效率较低。Ma t hWor ks 公司顺应多功能需求之潮流，在 其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水

42、平上开拓了其符号计算、 文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科、多部门要求的新一 代科技应用软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB 已经占据了数值型软件 市场的主导地位。在 MATLAB 进入市场前，国际上的许多应用软件包都是直接以 FORTRAN 和 C 语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面窄、接口简陋、程序结构不开 放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB 的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。在 MATLAB 问世不久的 20世纪 80 年代中期，原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在 MATLAB上重建。

43、时至今日，经过 Ma t h Wor ks 公司的不断完善，MATLAB 已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB 已经经受了多年 考验。在欧美等高校，MATLAB 已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、 数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为 攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工 业部门，MATLAB 被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。3. 3 仿真思路1）产生：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 f 1 和 f 2 两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（

44、2FSK信号）。2）调制：信号产生以后我们要进行调制，加入高斯白噪声以后观察一 条波形与加入高斯白噪声后已调波形。3）解调：本设计使用相干解调与非相干解调。已调信号分别进行解调（相干与非相干），然后进行判决。 4）误码率统计：在数字通信系统中，信号的传输过程会受到各种干扰，从而影响对信号的恢 复。通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。衡量数字通信系 统抗噪声性能的重要指标是误码率. 分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，得 出误码率与信噪比之间的数学关系3. 4 MATLAB 程序实现1）2FSK的产生 代码如下：i =10; %基带信号码元数 j =5000;a =r ound(

45、 r and( 1, i ) ) ; %产生随机序列 t =l i ns pace( 0, 5, j ) ;f 1=10; %载波 1 频率 f 2=5; %载波 2 频率f m=i /5; %基带信号频率 B1=2* f 1; %载波 1 带宽 B2=2* f 2; %载波 2 带宽s t 1=t ;f or n=1: 10i f a ( n) =1;s t 2( n) =0; e l s es t 2( n) =1; endend;f i gur e( 1) ;s ubpl ot ( 411) ; pl ot ( t , s t 1) ;t i t l e( 基带信号 ) ; axi s ( 0, 5, - 1, 2 ) ;s ubpl ot ( 412) ; pl ot ( t , s t 2) ;