基于MATLAB對(duì)FSK信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的仿真設(shè)計(jì)

1、 PAGE- 12 - / NUMPAGES13基于MATLAB對(duì)FSK信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的仿真摘要Matlab平臺(tái)的著名仿真環(huán)境Simulink作為一種種專業(yè)和功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)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(jiǎn)單又直觀，而且已經(jīng)在各個(gè)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(tái)，對(duì)2FSK信號(hào)的仿真。文章第一章容是對(duì)simulink的簡(jiǎn)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(duì)2FSK信號(hào)調(diào)制與解調(diào)原理的詳細(xì)說明；第三章是2FSK信號(hào)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(hào)都是采用相干解調(diào)的方法

2、，而且在解調(diào)的過程中都對(duì)整個(gè)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(duì)simulink的熟悉和對(duì)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1Simulink的簡(jiǎn)介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展.11.1Simulink的簡(jiǎn)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(shì).122FSK的基本原理和實(shí)現(xiàn)23 2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真53.1 調(diào)制仿真53.2 解調(diào)仿真9總結(jié)12參考資料121 Simulink的簡(jiǎn)介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展1.1 Simulink的簡(jiǎn)介 Simulink包含有

3、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(gè)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(jí)開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級(jí)的容，以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)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(gè)模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令

4、來對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)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(jìn)行的同時(shí)，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(diǎn)分析工具、MATLAB的許多工具與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(duì)自己的模型進(jìn)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

5、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）以與數(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(hào)（通常簡(jiǎn)稱為信號(hào)）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號(hào)（Signal）是傳輸消息的手段，信號(hào)是消息的物質(zhì)載體。 相應(yīng)的信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的，如機(jī)、電視攝像機(jī)輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)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(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)。通信的目的是傳遞消息，但對(duì)受信者有用的是消息中包含的有效

6、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(shì)進(jìn)入20世紀(jì)以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普與、無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀(jì)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(jì)算機(jī)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(gè)不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí)。（2）移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)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(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技

7、術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)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，圍越來越廣。例如，2003年我國(guó)的移動(dòng)用戶首次超過了固定用戶。根據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到2005年底移動(dòng)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(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)會(huì)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(shí)人們的生活將越來越離不開通信。22FSK的基本原理和實(shí)現(xiàn)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化,

8、則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)(2FSK信號(hào)).二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)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(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加. 若二進(jìn)制基帶信號(hào)的1符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f1,0符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f2,則二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為圖2-6二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)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(gè)信元的初始相位.在二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)中, n和n不攜帶信息,通?？闪頽和n為零.因此,二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：（2.1.8

9、）二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生,可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn),也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn). 圖2-7是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖, 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制,在一個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一.二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多,有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)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(jìn)制移頻鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào),分別進(jìn)行解調(diào),通過對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào).非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如圖2-9所示.圖27數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控

10、信號(hào)的原理圖過零檢測(cè)法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形如圖2-10所示.其基本原理是,二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異,通過檢測(cè)過零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變化. 在圖2-10中,輸入信號(hào)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(hào)對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)字信號(hào).3 2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真3.1 調(diào)制仿真2FSK信號(hào)是由頻率分別為f1和f2的兩個(gè)載波對(duì)信號(hào)源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)，2FSK信號(hào)產(chǎn)生的simulink仿真模型圖如下所示：圖3-8 2FSK

11、信號(hào)的simulink模型方框圖 其中sinwave和sinwave1是兩個(gè)頻率分別為f1和f2的載波，PulseGenerator模塊是信號(hào)源，NOT實(shí)現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過相乘器和相加器生成2FSK信號(hào)，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(shí)間為0.002s在此選擇載波為單精度信號(hào)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(shí)間.為0.002的單精度信號(hào)。本來信號(hào)源s(t)序列是用隨機(jī)的01信號(hào)產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的PulseGenerator信號(hào)模塊其參數(shù)設(shè)置如下：

12、 圖3-11 PulseGenerator信號(hào)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(hào)。經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如下:圖3-12 2FSK信號(hào)調(diào)制各點(diǎn)的時(shí)間波形由上圖可看出經(jīng)過f1和f2兩個(gè)載波的調(diào)制，2FSK信號(hào)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(hào)解調(diào)方框圖其中FromFile是一個(gè)封裝模塊，就是2FSK信號(hào)的調(diào)制模塊，兩個(gè)帶通濾波器分別將2FSK信號(hào)上下分頻f1和f2,后面就和2ASK信號(hào)的解調(diào)過程一樣，各參數(shù)設(shè)置如下：圖3-14 2FSK信號(hào)f1帶通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3-15 2FSK信號(hào)f2帶通濾波器參數(shù)設(shè)置經(jīng)過系統(tǒng)仿真后的各點(diǎn)時(shí)間波形如下：圖3-15 2FSK信號(hào)解調(diào)各點(diǎn)時(shí)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(jì)過程中經(jīng)過我的努力，論文順利按時(shí)完成，它是對(duì)我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中的一次系統(tǒng)的檢驗(yàn)。從接到題目到設(shè)計(jì)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(diǎn)。（1）查資料，列綱要。（2）遇到