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1、基于基于 MATLAB 对对 FSK 信号调制与解调的仿真信号调制与解调的仿真摘要摘要 Matlab 平台的著名仿真环境 Simulink 作为一种种专业和功能强大且操作简 单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建 模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。 本文主要是以 simulink 为基础平台，对 2FSK 信号的仿真。文章第一章内 容是对 simulink 的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望；第二章是对 2FSK 信号调制及解调原理的详细说明；第三章是 2FSK 信号的仿真部分，调 制和解调都是 simulink 建模的的方法，在解
2、调部分各信号都是采用相干解调的 方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在 display 模块中有所显示 本文的主要目的是对 simulink 的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：关键词： 2FSK simulink 调制调制 解调解调 相干解调相干解调目录目录1 Simulink 的简介与通信技术的历史和发展的简介与通信技术的历史和发展.11.1 Simulink 的简介的简介 . 11.2 通信技术的历史和发展通信技术的历史和发展.11.2.1 通信的概念通信的概念.1 1.2.2 数字通信的发展现状和趋势数字通信的发展现状和趋势.1 2 2FSK 的基本原理和实现的基本
3、原理和实现2 3 2FSK 调制与解调仿真调制与解调仿真5 3.1 调制仿真调制仿真53.2 解调仿真解调仿真9 总结总结12 参考资料参考资料12- 1 -1 Simulink 的简介与通信技术的历史和发展的简介与通信技术的历史和发展1.1 Simulink 的简介的简介Simulink 包含有 SINKS（输出方式） 、SOURCE（输入源） 、LINEAR（线性 环节） 、NONLINEAR（非线性环节） 、CONNECTIONS（连接与接口）和 EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模，用 户也可以定制和创建用户自己的模块。用 Simulink 创建的模型可
4、以具有递阶结 构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高 级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容， 以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块 之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过 Simulink 的菜单或 MATLAB 的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方 便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。采用 SCOPE 模块和其他的 画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以 在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到 MAT
5、LAB 的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB 的许多工具及 MATLAB 的应用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此 用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。1.2 通信技术的历史和发展通信技术的历史和发展1.2.1 通信的概念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、图形和图象等都 是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图象等）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
6、信号）后才能 在通信系统中传输。所以，信号（Signal）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，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(Information) 。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。- 2 -1.2.2 数字通信的发展现状和趋势数
7、字通信的发展现状和趋势进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、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） 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2） 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。（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
8、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。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。2 2FSK 的基本原理和实现的基本原理和实现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 f1 和 f2 两个 频率点间变化,则产生二进制移频键控信号(2FSK 信号).二进制移频键控信号的 时间波形
9、如图 2-6 所示,图中波形 g 可分解为波形 e 和波形 f,即二进制移频键 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. 若二进制基带 信号的 1 符号对应于载波频率 f1,0 符号对应于载波频率 f2,则二进制移频键控信 号的时域表达式为- 3 -图 2-6 二进制移频键控信号的时间波形 由图 2-6 可看出,bn 是 an 的反码,即若 an=1,则 bn=0,若 an=0,则 bn=1,于是 bn= n a ，n 和 n 分别代表第 n 个信号码元的初始相位.在二进制移频键控 信号中, n 和 n 不携带信息,通常可令 n 和 n 为零.因此,二进制移频键控 信号的时域表
10、达式可简化为：（2.1.8）二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字 键控的方法来实现. 图 2-7 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图 中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元 Ts 期间输 出 f1 或 f2 两个载波之一.二进制移频键控信号的解调方法很多,有模拟鉴频法和 数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法. 采用非相干解调和相干解调 两种方法的原理图如图 2-8 所示. 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为 上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较 最终判决出输出信号.非相干解调过程
11、的时间波形如图 2-9 所示.图 27 数字键 控法实现二进制移频键控信号的原理图- 4 - 5 -过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如图 2-10 所示.其基本原理是,二进 制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而异,通过检测过零点数从而得到频 率的变化. 在图 2-10 中,输入信号经过限幅后产生矩形波,经微分, 整流,波形整 形,形成与频率变化相关的矩形脉冲波,经低通滤波器滤除高次谐波,便恢复出与 原数字信号对应的基带数字信号.3 2FSK 调制与解调仿真调制与解调仿真3.1 调制仿真调制仿真 2FSK 信号是由频率分别为 f1 和 f2 的两个载波对信号源进行频率上的控制 而形成的
12、，其中 f1 和 f2 是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载 波信号，2FSK 信号产生的 simulink 仿真模型图如下所示：- 6 -图 3-8 2FSK 信号的 simulink 模型方框图其中 sinwave 和 sinwave1 是两个频率分别为 f1 和 f2 的载波， PulseGenerator 模块是信号源，NOT 实现方波的反相，最后经过相乘器和相 加器生成 2FSK 信号，各参数设置如下：载波 f1 的参设图 3-9 载波 sinwave 的参数设置 其中幅度为 2，f1=1Hz,采样时间为 0.002s 在此选择载波为单精度信号- 7 -f2 的参数设置图
13、3-10 载波 sinwave1 的参数设置 载波是幅度为 2，f2=2,采样时间.为 0.002 的单精度信号。本来信号源 s(t)序列 是用随机的 01 信号产生，在此为了方便仿真就选择了基于采样的 PulseGenerator 信号模块其参数设置如下： - 8 -图 3-11 PulseGenerator 信号模块参数设置 其中方波是幅度为 1，周期为 3，占 1 比为 1/3 的基于采样的信号。 经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如下:- 9 -图 3-12 2FSK 信号调制各点的时间波形 由上图可看出经过 f1 和 f2 两个载波的调制，2FSK 信号有明显
14、的频率上的差别。3.2 解调仿真解调仿真 解调方框图如下所示：图 3-13 2FSK 信号解调方框图 其中 FromFile 是一个封装模块，就是 2FSK 信号的调制模块，两个带通滤 波器分别将 2FSK 信号上下分频 f1 和 f2,后面就和 2ASK 信号的解调过程相同， 各参数设置如下：- 10 -图 3-14 2FSK 信号 f1 带通滤波器参数设置图 3-15 2FSK 信号 f2 带通滤波器参数设置 经过系统仿真后的各点时间波形如下：- 11 -图 3-15 2FSK 信号解调各点时间波形 经过系统的仿真可以观察出系统的误码率为 0.7273，如下图所示：图 3-16 2FSK
15、相干解调误码率- 12 -总结总结在此次设计过程中经过我的努力，论文顺利按时完成，它是对我们所学的 理论知识运用到实践中的一次系统的检验。从接到题目到设计结束的过程中经 历了很多，总的来说可以概括为以下几点。 （1）查资料，列纲要。 （2）遇到困难，迎难而上。 （3）相互协作，团队精神不可少。在本文的最后，特别感谢老师，是她在我们遇到问题时，不辞辛苦帮我们 解决,感谢她在本学期的耐心指导。参考文献参考文献1 刘 敏 魏 玲 编著， MATLAB 通信仿真与技术应用 ，国防工业出版社， 2001 2 孙 屹 吴 磊 编著， Simulink 通信仿真开发手册 ，国防工业出版社， 2004 3 王兴亮 编著, 数字通信原理与技术 （第二版）,西安电子科技大学出版 社,2000 4 沈越泓 高媛媛 魏以民 编著, 通信原理, 机械工业出版社,2004
