基于MATLAB對FSK信號調(diào)制與解調(diào)的仿真.doc

基于MATLAB對FSK信號調(diào)制與解調(diào)的仿真 摘要 Matlab平臺的著名仿真環(huán)境Simulink作為一種種專業(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(shù)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(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要是以simulink為基礎(chǔ)平臺，對2FSK信號的仿真。文章第一章內(nèi)容是對simulink的簡單介紹和通信技術(shù)的目前發(fā)展和未來展望；第二章是對2FSK信號調(diào)制及解調(diào)原理的詳細說明；第三章是2FSK信號的仿真部分，調(diào)制和解調(diào)都是simulink建模的的方法，在解調(diào)部分各信號都是采用相干解調(diào)的方法，而且在解調(diào)的過程中都對整個系統(tǒng)的誤碼率在display模塊中有所顯示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。關(guān)鍵詞： 2FSK simulink 調(diào)制 解調(diào) 相干解調(diào)目錄1 Simulink的簡介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展.1 1.1 Simulink的簡介. 1 1.2 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展.1 1.2.1 通信的概念.11.2.2 數(shù)字通信的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢.12 2FSK的基本原理和實現(xiàn)23 2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真53.1 調(diào)制仿真5 3.2 解調(diào)仿真9總結(jié)12參考資料121 Simulink的簡介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展1.1 Simulink的簡介 Simulink包含有SINKS（輸出方式）、SOURCE（輸入源）、LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、CONNECTIONS（連接與接口）和EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模，用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。用Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行一大類仿真非常有用。采用SCOPE模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結(jié)果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的工作空間里做事后處理。 模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、MATLAB的許多工具及MATLAB的應(yīng)用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。1.2 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展1.2.1 通信的概念 通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖象等都是消息(Message)。消息有模擬消息（如語音、圖象等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號（Signal）是傳輸消息的手段，信號是消息的物質(zhì)載體。 相應(yīng)的信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的 ，如電話機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數(shù)字信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是離散的，如電船傳機、計算機等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號就是數(shù)字信號。通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息(Information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。 1.2.2 數(shù)字通信的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 進入20世紀以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實。（2）移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現(xiàn)。（3）光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。（4）電子計算機的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。（5）微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。例如，2003年我國的移動電話用戶首次超過了固定電話用戶。根據(jù)國家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2005年底移動電話用戶近4億。 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。到那時人們的生活將越來越離不開通信。2 2FSK的基本原理和實現(xiàn)在二進制數(shù)字調(diào)制中,若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化,則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號(2FSK信號).二進制移頻鍵控信號的時間波形如圖2-6 所示,圖中波形g可分解為波形e和波形f,即二進制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加. 若二進制基帶信號的1符號對應(yīng)于載波頻率f1,0符號對應(yīng)于載波頻率f2,則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為圖2-6二進制移頻鍵控信號的時間波形由圖2-6可看出,bn是an的反碼,即若an=1,則bn=0,若an=0,則bn=1,于是bn= n a ，n和n分別代表第n個信號碼元的初始相位.在二進制移頻鍵控信號中, n和n不攜帶信息,通常可令n和n為零.因此,二進制移頻鍵控信號的時域表達式可簡化為：（2.1.8）二進制移頻鍵控信號的產(chǎn)生,可以采用模擬調(diào)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2-7是數(shù)字鍵控法實現(xiàn)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f2兩個載波之一.二進制移頻鍵控信號的解調(diào)方法很多,有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測法,有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法. 采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖2-8所示. 其解調(diào)原理是將二進制移頻鍵控信號分解為上下兩路二進制振幅鍵控信號,分別進行解調(diào),通過對上下兩路的抽樣值進行比較最終判決出輸出信號.非相干解調(diào)過程的時間波形如圖2-9所示.圖27數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖過零檢測法解調(diào)器的原理圖和各點時間波形如圖2-10所示.其基本原理是,二進制移頻鍵控信號的過零點數(shù)隨載波頻率不同而異,通過檢測過零點數(shù)從而得到頻率的變化. 在圖2-10中,輸入信號經(jīng)過限幅后產(chǎn)生矩形波,經(jīng)微分, 整流,波形整形,形成與頻率變化相關(guān)的矩形脈沖波,經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波,便恢復(fù)出與原數(shù)字信號對應(yīng)的基帶數(shù)字信號.3 2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真3.1 調(diào)制仿真2FSK信號是由頻率分別為f1和f2的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2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，2FSK信號產(chǎn)生的simulink仿真模型圖如下所示：圖3-8 2FSK信號的simulink模型方框圖 其中sinwave和sinwave1是兩個頻率分別為f1和f2的載波，PulseGenerator模塊是信號源，NOT實現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過相乘器和相加器生成2FSK信號，各參數(shù)設(shè)置如下：載波f1的參設(shè)圖3-9 載波sinwave的參數(shù)設(shè)置其中幅度為2，f1=1Hz,采樣時間為0.002s在此選擇載波為單精度信號f2的參數(shù)設(shè)置圖3-10 載波sinwave1的參數(shù)設(shè)置載波是幅度為2，f2=2,采樣時間.為0.002的單精度信號。本來信號源s(t)序列是用隨機的01信號產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的PulseGenerator信號模塊其參數(shù)設(shè)置如下： 圖3-11 PulseGenerator信號模塊參數(shù)設(shè)置其中方波是幅度為1，周期為3，占1比為1/3的基于采樣的信號。經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進行系統(tǒng)的仿真，其各點的時間波形如下:圖3-12 2FSK信號調(diào)制各點的時間波形由上圖可看出經(jīng)過f1和f2兩個載波的調(diào)制，2FSK信號有明顯的頻率上的差別。3.2 解調(diào)仿真解調(diào)方框圖如下所示：圖3-13 2FSK信號解調(diào)方框圖其中FromFile是一個封裝模塊，就是2FSK信號的調(diào)制模塊，兩個帶通濾波器分別將2FSK信號上下分頻f1和f2,后面就和2ASK信號的解調(diào)過程相同，各參數(shù)設(shè)置如下：圖3-14 2FSK信號f1帶通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3-15 2FSK信號f2帶通濾波器參數(shù)設(shè)置經(jīng)過系統(tǒng)仿真后的各點時間波形如下：圖3-15 2FSK信號解調(diào)各點時間波形經(jīng)過系統(tǒng)的仿真可以觀察出系統(tǒng)的誤碼率為0.7273，如下圖所示：圖3-16 2FSK相干解調(diào)誤碼率總結(jié)在此次設(shè)計過程中經(jīng)過我的努力，論文順利按時完成，它是對我們所學(xué)的理論知識運用到實踐中的一次系統(tǒng)的檢驗。從接到題目到設(shè)計結(jié)束的過程中經(jīng)歷了很多，總的來說可以概括為以下幾點。（1）查資料，列綱要。 （2）遇到困難，迎難而上。 （3）相互協(xié)作，團隊精神不可少。 在本文的最后，特別感謝老師，是她在