1、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(qiáng)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。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse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(xì)說明；第三章是2FSK信號的仿真部分，調(diào)制和解調(diào)都是s

2、imulink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：2FSKsimulink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.111Simulink的簡介11.2通信技術(shù)的歷史和發(fā)展11.2.1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(shí)現(xiàn)23 2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真531調(diào)制仿真53.2解調(diào)仿真9總結(jié)12參考資料121Simulink的簡介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展1.1Simul

3、ink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(biāo)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(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。在定義完一個模型后，用戶可以通過Simulink的

4、菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)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(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，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(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

5、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(jī)、電視攝像機(jī)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(jī)、計算機(jī)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

6、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(jìn)入20世紀(jì)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(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(shí)。（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(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。

7、（4）電子計算機(jī)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(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，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(jìn)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。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

8、進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻率點(diǎn)間變化,則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號（2FSK信號）.二進(jìn)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(jìn)制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號的疊加.若二進(jìn)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(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式為I|弓m工叫害"一打久）cos（ro/+）+的7“cos（w/+）圖2-6二進(jìn)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汙是bn=na,8n和n屮分別代表第n個信號碼元的初始相位在二進(jìn)制移

9、頻鍵控信號中，n屮和8n不攜帶信息，通常可令n屮和8n為零因此，二進(jìn)制移頻鍵控信號的時域表達(dá)式可簡化為：(二進(jìn)制移頻鍵控信號的產(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)制移頻鍵控信號的原理圖,圖中兩個振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號控制，在一個碼元Ts期間輸出fl或f2兩個載波之一二進(jìn)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(jìn)制移頻鍵控信號分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號,分別進(jìn)行解調(diào),通過對上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較

10、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2-7數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號的原理圖選通Zf英圖2-S一進(jìn)制移頻鍵控信號解調(diào)器原理圖亂W們s-Sa*應(yīng)郴器+這通開光旅蕩器I相炳佯相卜解調(diào)帕F解訶(a)非相干解調(diào)；(b)相干解調(diào)丄I時冊卜泄舊IB沖罔2-92FSK非相干解調(diào)過程的時間波形埔1川噸審妙我;!S%訕斑泄.淞閔;&jssiJFkas叫包堆判從»也貉也諾»mmmJVWUWWVJVLMrj_tt過零檢測法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時間波形如圖2-10所示.其基本原理是,二進(jìn)制移頻鍵控信號的過零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異,通過檢測過零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變

11、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.32FSK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fl和f2的兩個載波對信號源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中fl和f2是兩個頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)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3-82FSK信號的simulink模型方框圖其中sinwave和sinwavel是兩個頻率分別為fl和f2的載波，PulseGenerator模塊是信號源，NOT實(shí)現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)

12、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不得用于商業(yè)用途f2的參數(shù)設(shè)置SineWave(jnask)(1irik)OutpiitEspiesofasirnisoid.Togeneratemoreth：inuneEinuEoideimillt：=LTLeously.,電介七已丁avectorofv：=Lluesforthe：=miplitude£reqiiency：=Lndphasep：ai_：=utietEt弓.Fai_ame1.曲£Ampl

13、itude:FFrequency(Hi):S«/npl<mod*:Ph砧edffsat(rid):OutputpCiRiplaKlty.61Computttionmtthod：|TriconomitricfenSampletime：frame:11Showadditigalparameterel-Output.datatype:|sirLgleStatEwhenre-enabled：RestartattimezeroC：=LncelHelpApply圖3-10載波sinwave1的參數(shù)設(shè)置載波是幅度為2,f2=2，米樣時間.為0.002的單精度信號。本來信號源s(t)序列是用隨

14、機(jī)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3-11PulseGenerator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(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時間波形如下:圖3-122FSK信號調(diào)制各點(diǎn)的時間波形由上圖可看出經(jīng)過fl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3-132FSK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fl和f2,后面就和2ASK信

15、號的解調(diào)過程相同，各參數(shù)設(shè)置如下：圖3-142FSK信號f1帶通濾波器參數(shù)設(shè)置IJRl-vcfcFarmaIjpeF；BlCltvlFiJIvrPvSlE>EBBAII1收COiYipUOinPBSpCihtfi.dOnfr.FiwjnrikHE)LittillliniLiT«+).xH*】PD«irLFLafFfiideSpecikitfkrfiE耐鼻fh#I出斗IEMichbandbriow連回C幻0i?-I-(1klhf?EuwiFiw<Hi3rrri4l£r>-Ha-fi-ideRwpcraehhgnitu負(fù)R9ppn;tindEISLK

16、dwe&iKikmHRWdhvlWImii5i商e5(wOnjgrrdLQti<riIR|BiM«iwrth三廠FiequensySpeofcrfiaiib"叫F甲-艸*-Ffr«Tjpe-廣*R怦.HipkeFieiOideiHrWuffitiitei-IDO圖3-152FSK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(diǎn)時間波形如下：圖3-152FSK信號解調(diào)各點(diǎn)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3-162FSK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(yùn)用到實(shí)

17、踐中的一次系統(tǒng)的檢驗(yàn)。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(diǎn)。（1）查資料，列綱要。（2）遇到困難，迎難而上。（3）相互協(xié)作，團(tuán)隊(duì)精神不可少。在本文的最后，特別感謝老師，是她在我們遇到問題時，不辭辛苦幫我們解決,感謝她在本學(xué)期的耐心指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 文U敏魏玲編著，MATLAB通信仿真與技術(shù)應(yīng)用，國防工業(yè)出版社，20012 孫屹吳磊編著Simulink通信仿真開發(fā)手冊國防工業(yè)出版社20043 王興亮編著,數(shù)字通信原理與技術(shù)（第二版）,西安電子科技大學(xué)出版社,20004 沈越泓高媛媛魏以民編著,通信原理,機(jī)械工業(yè)出版社,2004僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialu