2FSK信号的频谱分析及解调的实现.docx

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1、数字信号处理课程设计报告题目：2FSK信号的频谱分析及解调的实现专业:一信息与计算科学学号:组长:指导老师:成绩:2010年1月8日2FSK信号的频谱分析及解调的实现1、课程设计目的及分组综合运用数字信号处理的理论学问进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MAT1.AB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学学问的理解。1. 2课程设计分组1. 2.1组长：肖兴组员：汪洋汤致鹏匡亚兵2. 2.2分工状况肖兴：课程设计全过程的监督及对各组员的帮助汪洋：2FSK信号的分析汤致鹏：设计基本原理和系统框图匡亚兵：各单元电路设计和系统仿真2、课程设计基本要求(1)学会MAT1.AB

2、的运用，驾驭MAT1.AB的程序设计方法。(2)驾驭数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。(3)驾驭功率谱的计算；(4)驾驭MAT1.AB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。(5)学会用MAT1.AB对信号进行分析和处理。3、课程设计内容以调制信号为分析对象，对信号进行频谱分析；设计数字滤波器，对调制信号进行频域滤波，比较原信号与滤波后信号的频谱。4、课程设计实现步骤1、产生2FSK信号，e(t)=S(r)coswdz+S(z)coswr2z,其中S(r)=Z%g(f-7;)为基带信号，测试信号：an=110100101:2、画出2FSK信号的功率谱;3、解调端先用带通滤波器将S(f)c

3、os吗/和6(f)cos吗21分开，再分别进行相干解调，设计低通滤波器，滤除高频重量，画出解调后信号的时域波形和频谱。一、2FSK信号的分析2FSK信号采纳同步检测法性能分析模型如图5-14所示。图5-142FSK信号采纳同步检测法性能分析模型假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为0,方差为3在一个码元持续时间(0,G)内，发送端产生的2FSK信号可表示为ACOSg也发TSrS=S2&kQ)1.S如，发，(5-38)则，接收机输入端合成波形为JaCOS例f+发iT,“)cosgr+(r)发iiOff(5-39)其中，为简明起见，认为发送信号经信道传输后除有固定衰耗外，未受到畸变,信号幅度：A.

4、图5-14中，两个分路带通滤波器带宽相同，中心频率分别为K、K,用以分开两路分别相应于外、处的信号。这样，接收端上、下支路两个带通滤波器BPR、BPF2的输出波形分别为上支路y(f)=cos(w+(Z),发T(5-40)下支路y2(f)=tacos2t+n2(t)f发t0”W2(0(5-41)其中，)、。)皆为窄带高斯噪声，两者统计规律相同(输入同一噪声源、BPF带宽相同)，数字特征均同于：均值为0,方差为成。依据第2章2.5节的分析，为)、/进一步可分别表示为111(r)=%cQ)cosGf1.SQ)Sinn2(t)=n2c(Z)cos6y1-n2s(0sin2t(5-42)式中Jk、乙分别

5、为I的同相重量和正交重量；2c(f)、电分别为2)的同相重量和正交重量。四者皆为低通型高斯噪声，统计特性分别同于和%”),即均值都为0,方差都为点。将式(5-42)代入式(5-40)和式(5-41),则有八a+lc(z)cosl/-nh(0sin6发Ty1(t)=nc(t)cos69r-wly(r)sinlr,发(5-43)及nle(t)cost-v(r)sinw06发T%(1)=a+n2c(r)cosc92r-n2s(r)sint2r,发iV,(5-44)假设在(0,“)发送“1”符号，则上下支路带通滤波器输出波形分别为yl(Z)=a+nh(t)cosxt-nsQ)SinltJ2W=2式力s

6、tn2s)Sino)2t经与各自的相干载波相乘后，得z1(0=21(f)cosxt=+zzlc(r)J+nie(r)Jcos2it-w1(r)sin2it(5-45)z2()=2y2(t)s2t=n2c(t)+w2c(0cos22t-n2x(Osin22t(5-46)分别通过上下支路低通滤波器，输出x(r)=+wk(O(5-47)x2(O=n2c(t)(5-48)因为为和町Ca)均为高斯型噪声，故再的抽样值芭=。+为是均值为明方差为点的高斯随机变量；/的抽样值冗2=攵是均值为0,方差为点的高斯随机变量。当出现匹时，将造成发送“I”码而错判为“0”码，错误概率?(。/1)为P(0l)=P(x1x

7、2)=P(Xl-x20)=P(Z0)(5-49)5-15z式中，Z二X-&。明显，Z也是高斯随机变量，且均值为。，方差为成(可以证明，=211),其一维概率密度函数可表示为乙、1(3-。)2/(Z)=kexp-t-fy211.2b；(5-50)AZ)的曲线如图5.15所示。P(z0)即为图中阴影部分的面积。于是P(O/1)=P(z它)=；味也于是可得2FSK信号采纳同步检测法解调时系统的误码率为e2(5-51)在大信噪比条件下，即1时，式（5-51）可近似表示为Ka意(5-52)二、设计基本原理和系统框图FSK是信息传输中运用得较早的一种调制方式,它的主要优点是：实现起来较简洁,抗噪声与抗衰减

8、的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。二进制的基带信号是用正负电平来表示的。FSK又称频移键控法。FSK是信息传输中运用得较早的一种调制方式,它的主要优点是：实现起来较简洁,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。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。调制方法：2FSK可看作是两个不同载波频率的ASK以调信号之和。解调方法：相干法和非相干法。类型：二进制移频键控(2FSK),多进制移频键控(MFSK)。在上述三种基本的调制方法之外，随着大容量和远距离数字通信技术的发展，出现了一些新的问题，主要是信道的带宽限制和非线性

9、对传输信号的影响。在这种状况下，传统的数字调制方式已不能满意应用的需求，须要采纳新的数字调制方式以减小信道对所传信号的影响，以便在有限的带宽资源条件下获得更高的传输速率。这些技术的探讨，主要是围绕充分节约频谱和高效率的利用频带绽开的。多进制调制，是提高频谱利用率的有效方法，恒包络技术能适应信道的非线性，并且保持较小的频谱占用率。从传统数字调制技术扩展的技术有最小移频键控(MSK).高斯滤波最小移频键控(GMSK).正交幅度调制(QAM)正交频分复用调制(OFDM)等等。2FSK系统分调制和解调两部分。调制部分：2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，

10、如（八）图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。其次种方法是用一个受基带脉冲限制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如(b)图所示。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，如(C)图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不肯定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。（八）调频法(b)键控法(C)相位连续(d)相位不连续解调部分：2FSK信号的接收主要分为相干和非相干接收两类，本次设计采纳非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。用两个窄

11、带的分路滤波器分别滤出频率为力和人的高频脉冲，经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。n(t)FSK信号包络解调方框图设频率力代表数字信号1;%代表数字信号0,则抽样判决器的判决准则：xl-x20判决输入为fl信号xl-x2IX(nN,Kl),判为码元1,否则判为0,这样解调虽然简洁，但须要精确的码元同步(即采样起始点在两个码元连接点上)。信号采样起始点具有很大的随机性，并不能保证从码元起始变更点起先采样。所以码元同步是解调的关键所在。I，入信号一存叁二kDSTFT粗同步细同步*决娥存HJ-出信号图12FSK信号解调流程图同步算法对于利用DSTFT实现2FSK信号解调，码元同步是其中的关键。文献3中的同步算法，利用信号载频处的频谱峰值比计算出同步指针的大小，得到定时