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1、目录第一章软件简介31.1 Matlab简介31.2 Simulink介绍3第二章 2FSK的基本原理与实现42.1 通信与其概念42.2 通信系统模型42.3 2FSK的调制原理52.4 2FSK的解调原理62.4.1相干解调62.4.2非相干解调72.5 2FSK数字系统的调制方法72.6 FSK数字系统的解调方法82.7 方案比较8第三章设计思路93.1设计调制模块93.2 设计解调模块93.3 系统电路图9第四章 Matlab仿真94.1仿真思路94.2 仿真程序104.3 输出波形134.4结果分析15第五章 Simulink环境下2FSK仿真165.1仿真电路模型165.2各模块功
2、能与其参数设置：175.3系统仿真实现205.4系统仿真结果分析22心得体会23参考文献25摘要Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一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。移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。FSK主要应用于低中速数据传输，以与衰落信道和频带较宽的信道中。利用MA
3、TLAB建立了FSK仿真模型，并对仿真模型进行了测试,结果表明，仿真结果与理论基本一致，在研究FSK调制解调原理的基础上设计了调制解调电路。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:2FSK,Simulink仿真,调制,相干解调第一章软件简介1.1 Matlab简介Simulink是Matlab中的一部分，首先简单介绍一下Matlab。Matlab是Matrix Laboratory的缩写，意为矩阵实验室。它具有强大的矩阵处理功能和绘图功能，进还能进行文字处理，绘图，建模仿真等功能。Matlab已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。Mat
4、lab的帮助功能很强大，自带有详细的帮助手册，基于HTML的完整的帮助功能，也可以用help命令来得到帮助信息。程序语法与C语言类似，设计自由度大，方便我们编程。Matlab有高级的程序环境，但程序环境很简单易用。Matlab源程序具有很大的开放性。Matlab有强大的的图形绘制功能。Matlab还拥有功能强大的各种工具箱。这些工具箱都是由该领域学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科围的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究，能极促进我们的学习研究工作。1.2 Simulink介绍Simulink是Matlab中一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。Simulink框图提供
5、了交互性很强的仿真环境，既可以通过下拉菜单执行仿真，也可以通过命令行进行仿真。Simulink允许用户扩展仿真环境的功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。Simulink的开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。因此用户可以将使用FORTRAN或C编写的代码进来，或者购买使用第三方开发提供的模块库进行更高级的系统设计、仿真与分析。由于Simulink可以直接利用MATLAB的诸多资源与功能，因而用户可以直接在Simulink下完成诸如数据分析、过程自动化、优化参数等
6、工作。工具箱提供的高级的设计和分析能力可以融入仿真过程。Simulink具有以下特点：(1) 基于矩阵的数值计算。(2) 高级编程语言。(3) 图形与可视化。第二章 2FSK的基本原理与实现2.1 通信与其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、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以与数字消息（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
7、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。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息
8、和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集与显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。2.2 通信系统模型通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)，它的一般模型如图2-1所示。图2-1 通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图2-2所示。图2-2 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，模型如图2-3所示。图2-3 模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便
9、于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。2.3 2FSK的调制原理二进制频移键控信元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为：2FSK信号的产生方法有两种：（1） 模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。（2） 键控法，用数字基带信号与其反相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本一样，只有一点差异，即由调频
10、器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK信号之和，即其中是脉宽为的矩形脉冲表示的NRZ数字基带信号。其中，为的反码，即若，则；若，则。由式(2-3)可知，相位不连续的2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和。2FSK信号波形可看作两个2ASK信号波形的合成。下图是相位连续的2FSK信号波形图2-4 相位连续的2FSK波形2.4 2FSK的解调原理2FSK信号的解调分为相干解调和非相干解调两
11、类。2.4.1相干解调相干解调根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。2.4.2非相干解调带通滤波器F1非相干解调接收经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。2.5 2FSK数字系统的调制方法(1)数字键控法实现二进制移频键控信号,2FSK调
12、制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频f2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源f1、f2进行选择通。如下原理图：图2-5 数字键控法实现二进制移频键控信号(2)模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频，如下原理图：图2-6模拟法调制2.6 FSK数字系统的解调方法2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式。下面我们将详细的介绍。（1）非相干解调经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号
13、分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示：图2-7非相干解调（2）相干解调根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如下：图2-8 相干解调2.7 方案比较FSK的调制方式：使用键控法产生2FSK信号，即由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，这样的相邻码元之间相位不一定连续，本系统采用频移键控方法。FSK的解调方式：相干解调虽
14、然比非相干解调复杂一些,必须恢复出相干载波,利用这个相干载波和已调制信号,得到最初的数字基带信号, 而非相干解调不需要恢复出相干载波,在大多数情况下相干解调的解调效果要好，误码率要低一些,本系统采用相干解调。第三章设计思路3.1设计调制模块根据二进制频移键控调制的原理，了解MATLAB软件中的仿真工具Smulink中各个模块的功能后，根据调制的原理框图，使用pulse generator产生信号，用幅度为1 ，频率为5HZ载波表示“1”，用幅度为1 ，频率为10HZ载波表示“0”。采用键控法，在Smulink文件中调用相关模块，连线后对信号进行调制产生2FSK信号。3.2 设计解调模块利用FS
15、K相干解调方法对调制的FSK信号进行解调。根据相干解调的原理框图，经调制后的2FSK信号经信道中加高斯白噪声后信号进行相干解调。在Smulink中调用相应的模块，连接各个模块，设置各个模块的参数，并用Scope显示仿真波形。3.3 系统电路图根据原理分析,在Simulink环境下，画出系统电路图，如图3-1所示:图3-1 系统电路图第四章 Matlab仿真4.1仿真思路1.首先要确定采样频率fs和两个载波频率的值f1，f2。2.写出输入已经信号的表达式S(t)。由于S(t)中有反码的存在，则需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样。写出已调信号的表达式S(t)。3.在2FSK的解调过程中，信号首先通过带通滤波器，设置带通滤波器的参数，后用一维数字滤波函数filter对信号S(t)的数据进行滤波处理，输出经过带通滤波器后的信号波形。由于已调信号中有两个不同的载波（1, 2）,则经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形H1,H2。4.经过带通滤波器后的2FSK信号再经过相乘器（cos1，cos2），两序列相乘的MATLAB表达式y=x1.*x2 SW=Hn.*Hn ，输出得到相乘后的两个不同的2FSK波形h1,h2。5.经过
