1、<p>　　2014年 1月 8 日·北京</p><p>　FSK通信系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p><b>　　目的</b></p><p>　　通過本課程設(shè)計使學(xué)生深入理解和掌握FSK通訊系統(tǒng)的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括基帶信號形成、調(diào)試、解調(diào)、濾波、傳輸、噪聲對通信質(zhì)量的影響等。在數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上更加深入地掌

2、握數(shù)字濾波器的設(shè)計原理及實(shí)現(xiàn)方法。使學(xué)生對FSK系統(tǒng)各個關(guān)鍵點(diǎn)的信號波形及頻譜有深刻的認(rèn)識。</p><p><b>　　意義</b></p><p>　　通訊技術(shù)的發(fā)展日新月異，本專業(yè)的學(xué)生不但需要掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論，而且還應(yīng)該特別注意實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本次設(shè)計是對學(xué)生綜合能力的檢驗(yàn)，它涉及三門主干課程，包括《通信原理》、《數(shù)字信號處理》、《C語言程序設(shè)計》。通過本次

3、設(shè)計對學(xué)生的綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識及軟件設(shè)計能力也會有較大的提高。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　本次設(shè)計的主要內(nèi)容是用軟件模擬FSK系統(tǒng)。原理如下所示：</p><p>　　基帶信號采用雙極性二元碼?；鶐盘柦?jīng)過低通濾波后再與載波相乘進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制后的信號送入信道傳輸，在傳輸過程中，有用信號會受到各種信道

4、噪聲影響，我們用白噪聲模擬信道噪聲。在接收端先經(jīng)過通帶濾波器提取信號，再采用相干解調(diào)和抽樣判決恢復(fù)基帶信號。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　基帶信號由本人學(xué)號的最低四位生成，每位學(xué)號用4位二進(jìn)制表示，共16位。如學(xué)號為98042099，最低四位為2099，其相應(yīng)的基帶信號為：0010000010011001，用雙極性二元碼表示為：&

5、lt;/p><p>　　－1－11－1－1－1－1－11－1－111－1－11。基帶信號的碼元寬度T＝1/200s，載波頻率fc為1000hz和2000hz。</p><p>　　BPF及LPF均采用有限長濾波器，用頻率采樣法或窗函數(shù)法設(shè)計，濾波器的階數(shù)可選63、64、127、128。LPF及BPF的特性如下圖：</p><p>　　濾波在時域中用卷積實(shí)現(xiàn)。</p

6、><p>　　用C語言或matlab語言實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)，并在屏幕上繪出各點(diǎn)的時域及頻域圖。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)不同的噪聲強(qiáng)度對系統(tǒng)的影響。</p><p><b>　　設(shè)計步驟</b></p><p><b>　　設(shè)計濾波器。</b></p><p><b>　　繪

7、軟件流程圖。</b></p><p><b>　　軟件設(shè)計。</b></p><p><b>　　軟件調(diào)試。</b></p><p><b>　　程序流程</b></p><p>　　設(shè)計LPF、BPF，得到它們的單位沖激響應(yīng)h1(n)及h2(n)。畫出它們的時域圖

8、及頻率特性。</p><p>　　由學(xué)號的最低四位產(chǎn)生相應(yīng)的基帶信號，以fs對基帶信號進(jìn)行抽樣，每個碼元用fsT個采樣點(diǎn)表示，產(chǎn)生離散的基帶信號s(n)，畫出s(n)的時域圖及頻譜。</p><p>　　基帶信號進(jìn)行低通濾波，濾波后的信號b(n)=s(n)*h1(n)。畫出b(n)的時域圖及頻譜。注意：濾波后信號的長度為N＋M－1，M為輸入信號的長度，N為濾波器的長度，為了消除濾波器延時特

9、性的影響，可以去掉濾波后的序列的前(N－1)/2點(diǎn)和最后的(N－1)/2點(diǎn)，這樣濾波后的序列長度仍然為M。后面的濾波也照此處理。</p><p>　　對b(n)進(jìn)行調(diào)制得到c(n)，c(n)=b(n)cos(2πfcn/fs)，fs為抽樣頻率。畫出c(n)的時域圖及頻譜。</p><p>　　對b(n)疊加白噪聲得到d(n)，d(n)=c(n)+N(n)，N(n)為白噪聲。畫出d(n)的時

10、域圖及頻譜。</p><p>　　對d(n)進(jìn)行帶通濾波得到e(n)，e(n)=d(n)*h2，畫出e(n)的時域圖及頻譜。</p><p>　　對e(n)進(jìn)行相干解調(diào)得到f(n)，f(n)=e(n)cos(2πfcn/fs)，畫出f(n)的時域圖及頻譜。</p><p>　　對f(n)進(jìn)行低通濾波，濾波后的信號g(n)=f(n)*h1(n)。畫出g(n)的時域圖及

11、頻譜。</p><p>　　對g(n)進(jìn)行判決得到基帶信號s1(n)，畫出s1(n)的時域圖并且與s(n)作比較。</p><p><b>　　源程序</b></p><p><b>　　clc;</b></p><p><b>　　clear;</b></p>

12、<p>　　close all;</p><p><b>　　N=128; </b></p><p><b>　　%N=256; </b></p><p>　　f1=200;f0=300; </p><p>　　fc1=1000; fc2=2000;</p><p>

13、;　　fs=13000; </p><p>　　%窗函數(shù)（矩形窗）法設(shè)計低通濾波器（LPF） </p><p>　　w1=(2*f1)/fs; </p><p>　　w0=(2*f0)/fs; </p><p>　　wL=[0 w1 w0 1]; </p><p>　　mL=[1 1 0 0]; </p>

14、<p>　　h1=fir2(N,wL,mL); </p><p>　　[H1,f]=freqz(h1,1,512,fs); </p><p>　　figure(1); </p><p>　　subplot(2,1,1); </p><p>　　plot(h1);title('LPF單位沖激響應(yīng):h1(n)'); &

15、lt;/p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,1,2); </p><p>　　plot(f,abs(H1));title('LPF頻率特性：H1(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p>

16、;<p>　　%窗函數(shù)（矩形窗）法設(shè)計帶通濾波器（BPF） 中心頻率為1000Hz</p><p>　　w01=(2*(fc1-f0))/fs; </p><p>　　w11=(2*(fc1-f1))/fs; </p><p>　　w1r=(2*(fc1+f1))/fs; </p><p>　　w0r=(2*(fc1+f0))/

17、fs; </p><p>　　fB=[0 w01 w11 w1r w0r 1]; </p><p>　　mB=[0 0 1 1 0 0]; </p><p>　　h2=fir2(N,fB,mB); </p><p>　　[H2,f]=freqz(h2,1,512,fs); </p><p>　　figure(2); &

18、lt;/p><p>　　subplot(2,2,1); </p><p>　　plot(h2);title('BPF單位沖擊響應(yīng):h2(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,2); </p><p>　　plo

19、t(f,abs(H2));title('BPF頻率特性：H2(f)'); </p><p>　　axis([0 4000 0 1.5]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　%窗函數(shù)（矩形窗）法設(shè)計帶通濾波器（BPF） 中心頻率為2000Hz</p><p>　

20、　w02=(2*(fc2-f0))/fs; </p><p>　　w12=(2*(fc2-f1))/fs; </p><p>　　w2r=(2*(fc2+f1))/fs; </p><p>　　w1r=(2*(fc2+f0))/fs; </p><p>　　fB1=[0 w02 w12 w2r w1r 1]; </p><

21、p>　　mB1=[0 0 1 1 0 0]; </p><p>　　h3=fir2(N,fB1,mB1); </p><p>　　[H3,f]=freqz(h3,1,512,fs); </p><p>　　figure(2); </p><p>　　subplot(2,2,3); </p><p>　　plot(

22、h3);title('BPF單位沖擊響應(yīng):h3(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,4); </p><p>　　plot(f,abs(H3));title('BPF頻率特性：H3(f)'); </p><p>

23、　　axis([0 4000 0 1.5]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　%繪制基帶信號（4010） </p><p>　　T=ones(1,200); </p><p>　　s1=[T-T,T,T-T,T-T,T-T,T-T,T-T,T-T,T-T,T-T,T-T,T

24、,T-T,T-T,T-T,T-T,]; </p><p><b>　　s2=~s1;</b></p><p>　　S1_f=abs(fft(s1)); </p><p>　　S2_f=abs(fft(s2));</p><p>　　figure(3); </p><p>　　subplot(2,2

25、,1); </p><p>　　plot(s1);title('基帶信號：s1(n)（4010）'); </p><p>　　axis([0 3200 -0.5 1.5]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,2); </p>

26、<p>　　plot(S1_f);title('基帶信號頻譜：S1(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,3); </p><p>　　plot(s2);title('基帶信號01取反：s2(n)'); </p>

27、<p>　　axis([0 3200 -0.5 1.5]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,4); </p><p>　　plot(S2_f);title('基帶信號01取反頻譜：S2(f)'); </p><p>&l

28、t;b>　　grid on; </b></p><p>　　%基帶信號進(jìn)低通濾波 </p><p>　　b1=conv(s1,h1); </p><p>　　b2=conv(s2,h1);</p><p>　　B1_f=abs(fft(b1));</p><p>　　B2_f=abs(fft(b2))

29、;</p><p>　　figure(4); </p><p>　　subplot(2,2,1); </p><p>　　plot(b1);title('低通濾波后信號：b1(n)=s1(n)*h1(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p&g

30、t;　　subplot(2,2,2); </p><p>　　plot(B1_f);title('B1(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,3);</p><p>　　plot(b2);title('低通濾波后信號：b2

31、(n)=s2(n)*h1(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,4);</p><p>　　plot(B2_f);title('B2(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b>

32、;</p><p>　　%用濾波后的信號對載波進(jìn)行調(diào)制 </p><p>　　n=0:3199; </p><p>　　wc1=(2*pi*fc1)/fs; </p><p>　　wc2=(2*pi*fc2)/fs;</p><p>　　y1=cos(wc1*n); </p><p>　　y2=

33、cos(wc2*n);</p><p>　　Y1_f=abs(fft(y1)); </p><p>　　Y2_f=abs(fft(y2)); </p><p>　　figure(5); </p><p>　　subplot(2,3,1); </p><p>　　plot(n,y1);title('載波：y1=c

34、os((2*pi*fc1/fs)*n)'); </p><p>　　subplot(2,3,2); </p><p>　　plot(n,y1); </p><p>　　axis([0 100 -1 1]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　su

35、bplot(2,3,3); </p><p>　　plot(Y1_f);title('載波頻譜：Y1(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,3,4); </p><p>　　plot(n,y2);title('載波：y2=co

36、s((2*pi*fc2/fs)*n)'); </p><p>　　subplot(2,3,5); </p><p>　　plot(n,y2); </p><p>　　axis([0 100 -1 1]); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　sub

37、plot(2,3,6); </p><p>　　plot(Y2_f);title('載波頻譜：Y2(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　b3=b1(64:3263);b4=b2(64:3263);%b2=b(128:3327); </p><p>　　

38、c1=b3.*y1; </p><p>　　c2=b4.*y2;</p><p><b>　　c3=c1+c2;</b></p><p>　　figure(6); </p><p>　　subplot(2,1,1); </p><p>　　plot(c3);title('對b(n)進(jìn)行調(diào)制

39、得到：c3(n)=b1(n)cos((2*pi*fc1/fs)*n)+b2(n)cos(2*pi*fc2/fs)*n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,1,2); </p><p>　　C3_f=abs(fft(c3)); </p><p>

40、　　plot(C3_f);title('C3(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　%向已調(diào)信號中加入白噪聲 </p><p>　　Noisy=1*rand(size(c3)); </p><p>　　d=c3+Noisy; </p>&l

41、t;p>　　figure(7); </p><p>　　subplot(2,1,1); </p><p>　　plot(d);title('疊加白噪聲：d(n)=c3(n)+N(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,1,2);

42、</p><p>　　D_f=abs(fft(d)); </p><p>　　plot(D_f);title('D(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　%加入白噪聲后的信號通過帶通濾波器 </p><p>　　e1=conv(d

43、,h2); </p><p>　　e2=conv(d,h3);</p><p>　　figure(8); </p><p>　　subplot(2,2,1); </p><p>　　plot(e1);title('對d(n)帶通濾波得到：e1(n)=d(n)*h2(n)'); </p><p><

44、b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,2); </p><p>　　E1_f=abs(fft(e1)); </p><p>　　plot(E1_f);title('E1(f)'); </p><p>　　axis([0 3300 0 500]); </p>

45、<p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,3); </p><p>　　plot(e2);title('對d(n)帶通濾波得到：e2(n)=d(n)*h2(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p>

46、<p>　　subplot(2,2,4); </p><p>　　E2_f=abs(fft(e2)); </p><p>　　plot(E2_f);title('E2(f)'); </p><p>　　axis([0 3300 0 500]); </p><p><b>　　grid on; </

47、b></p><p>　　%用相干法對已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)（y=cos(wc*n)） </p><p>　　e3=e1(64:3263);e4=e2(64:3263);%e2=e(128:3327); </p><p>　　f1=e3.*y1; </p><p>　　f2=e4.*y2; </p><p>　　fig

48、ure(9); </p><p>　　subplot(2,2,1); </p><p>　　plot(f1);title('對e1(n)相干解調(diào)得到：f1(n)=e1(n)cos(2πfc1n/fs)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,

49、2,2); </p><p>　　H1_f=abs(fft(f1)); </p><p>　　plot(H1_f);title('F1(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,3); </p><p>　　p

50、lot(f2);title('對e2(n)相干解調(diào)得到：f2(n)=e2(n)cos(2πfc2n/fs)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(2,2,4); </p><p>　　H2_f=abs(fft(f2)); </p><p>　　

51、plot(H2_f);title('F(f2)'); </p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　%解調(diào)后信號通過低通濾波器 </p><p>　　g=conv(f1,h1); </p><p>　　g2=g(64:3263);%g2=g(128:3327); </p

52、><p>　　figure(10); </p><p>　　subplot(2,2,1); </p><p>　　plot(g2);title('對f1(n)低通濾波得到：g(n)=f(n)*h1(n)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　

53、　subplot(2,2,2); </p><p>　　G_f=abs(fft(g2)); </p><p>　　plot(G_f);title('G(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　g1=conv(f2,h1); </p><

54、p>　　g3=g1(64:3263);%g2=g(128:3327); </p><p>　　subplot(2,2,3);</p><p>　　plot(g3);title('對f2(n)低通濾波得到：g3(n)=f1(n)*h1(n)');</p><p><b>　　grid on;</b></p>&

55、lt;p>　　subplot(2,2,4); </p><p>　　G3_f=abs(fft(g3)); </p><p>　　plot(G3_f);title('G3(f)'); </p><p><b>　　grid on; </b></p><p>　　%判決恢復(fù)后的基帶信號波形</p&

56、gt;<p>　　for p=1:16 </p><p>　　sumg1=0; sumg3=0; </p><p>　　for q=1:200 </p><p>　　sumg1=sumg1+g1((p-1)*200+q); </p><p>　　sumg3=sumg3+g3((p-1)*200+q);</p>&l

57、t;p><b>　　end </b></p><p>　　if(sumg1-sumg3>=10)</p><p><b>　　gt(p)=1;</b></p><p>　　else gt(p)=0;</p><p><b>　　end </b></p>

58、;<p><b>　　end</b></p><p>　　for i=1:16 </p><p>　　if gt(i)==1 </p><p>　　for j=1:200 </p><p>　　K((i-1)*200+j)=1; </p><p><b>　　end <

59、;/b></p><p><b>　　else </b></p><p>　　for j=1:200 </p><p>　　K((i-1)*200+j)=0; </p><p><b>　　end </b></p><p><b>　　end </b&g

60、t;</p><p><b>　　end </b></p><p>　　figure(11); </p><p>　　subplot(3,1,1); </p><p>　　stem(gt); title('判決后得到的基帶信號：s(n’)（4010）'); </p><p><

61、;b>　　grid on; </b></p><p>　　subplot(3,1,2); </p><p>　　plot(K); title('判決后得到的基帶信號：s(n)（4010）'); </p><p>　　axis([0 3200 -0.5 1.5]);</p><p><b>　　gri

62、d on;</b></p><p>　　subplot(3,1,3); </p><p>　　plot(s1);title('原始基帶信號：s1(n)（4010）'); </p><p>　　axis([0 3200 -0.5 1.5]); </p><p><b>　　grid on;</b>

63、;</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)體會</b></p><p>　　此次課程設(shè)計，感觸最深的，就是通過自己之前通信原理的理解，進(jìn)一步指導(dǎo)FSK信號的調(diào)制與解調(diào)。在調(diào)制方面，首先確定調(diào)制程序?qū)崿F(xiàn)的思路，最后采用了單極性碼，使最后的已調(diào)信號更加的接近實(shí)際（1為f1=1000Hz，

64、0為f1=2000Hz）。解調(diào)部分，采用了兩路信號同時解調(diào)，最后判決，比單路的調(diào)制解調(diào)更加的貼合實(shí)際，判決結(jié)果更加準(zhǔn)確。除外，加強(qiáng)了動手、思考和解決問題的能力。遇見問題，查閱資料，或與同學(xué)討論，或聽老師指導(dǎo)，使解決問題的能力得到了很大的提升。同樣，做課程設(shè)計也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用所學(xué)知識，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，等于是通過實(shí)際matlab運(yùn)行過程、FSK