1、 PAGE- 12 - / NUMPAGES13基于MATLAB對FSK信號調制與解調的仿真摘要Matlab平臺的著名仿真環境Simulink作為一種種專業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，而且已經在各個領域得到了廣泛的應用。本文主要是以simulink為基礎平臺，對2FSK信號的仿真。文章第一章容是對simulink的簡單介紹和通信技術的目前發展和未來展望；第二章是對2FSK信號調制與解調原理的詳細說明；第三章是2FSK信號的仿真部分，調制和解調都是simulink建模的的方法，在解調部分各信號都是采用相干解調的方法

2、，而且在解調的過程中都對整個系統的誤碼率在display模塊中有所顯示本文的主要目的是對simulink的熟悉和對數字通信理論的更加深化和理解。關鍵詞： 2FSK simulink 調制 解調 相干解調目錄1Simulink的簡介與通信技術的歷史和發展.11.1Simulink的簡介.1 1.2通信技術的歷史和發展.1 1.2.1 通信的概念.11.2.2數字通信的發展現狀和趨勢.122FSK的基本原理和實現23 2FSK調制與解調仿真53.1 調制仿真53.2 解調仿真9總結12參考資料121 Simulink的簡介與通信技術的歷史和發展1.1 Simulink的簡介 Simulink包含有

3、SINKS（輸出方式）、SOURCE（輸入源）、LINEAR（線性環節）、NONLINEAR（非線性環節）、CONNECTIONS（連接與接口）和EXTRA（其他環節）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模，用戶也可以定制和創建用戶自己的模塊。用Simulink創建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構創建模型。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模塊，來查看其下一級的容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。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

4、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，就可觀看到仿真結果。除此之外，用戶還可以在改變參數后來迅速觀看系統中發生的變化情況。仿真的結果還可以存放到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的許多工具與MATLAB的應用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。1.2 通信技術的歷史和發展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、息源所產生的，是信息的物理表現，例如，語音、文字、數據、圖形和圖象等都是消息(Message)。消息有模擬消息（如語音、圖象等）以與數字消息（如數據、文字等）之分。所有消息必須在轉換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統中傳輸。所以，信號（Signal）是傳輸消息的手段，信號是消息的物質載體。 相應的信號可分為模擬信號和數字信號，模擬信號的自變量可以是連續的或離散的，但幅度是連續的，如機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數字信號的自變量可以是連續的或離散的，但幅度是離散的，如電船傳機、計算機等各種數字終端設備輸出的信號就是數字信號。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

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數字通信的發展現狀和趨勢進入20世紀以來，隨著晶體管、集成電路的出現與普與、無線通信迅速發展。特別是在20世紀后半葉，隨著人造地球衛星的發射，大規模集成電路、電子計算機和光導纖維等現代技術成果的問世，通信技術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實。（2）移動通信和衛星通信的出現，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現。（3）光導纖維的出現更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。（4）電子計算機的出現將通信技

7、術推上了更高的層次，借助現代電信網和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。（5）微電子技術的發展，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年我國的移動用戶首次超過了固定用戶。根據國家信息產業部的統計數據，到2005年底移動用戶近4億。 隨著現代電子技術的發展，通信技術正向著數字化、網絡化、智能化和寬帶化的方向發展。隨著科學技術的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術會不斷地應用于通信領域，各種新的通信業務將不斷地被開發出來。到那時人們的生活將越來越離不開通信。22FSK的基本原理和實現在二進制數字調制中,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,

8、則產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符號對應于載波頻率f1,0符號對應于載波頻率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

9、）二進制移頻鍵控信號的產生,可以采用模擬調頻電路來實現,也可以采用數字鍵控的方法來實現. 圖2-7是數字鍵控法實現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方法很多,有模擬鑒頻法和數字檢測法,有非相干解調方法也有相干解調方法. 采用非相干解調和相干解調兩種方法的原理圖如圖2-8所示. 其解調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,通過對上下兩路的抽樣值進行比較最終判決出輸出信號.非相干解調過程的時間波形如圖2-9所示.圖27數字鍵控法實現二進制移頻鍵控

10、信號的原理圖過零檢測法解調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隨載波頻率不同而異,通過檢測過零點數從而得到頻率的變化. 在圖2-10中,輸入信號經過限幅后產生矩形波,經微分, 整流,波形整形,形成與頻率變化相關的矩形脈沖波,經低通濾波器濾除高次諧波,便恢復出與原數字信號對應的基帶數字信號.3 2FSK調制與解調仿真3.1 調制仿真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信號產生的simulink仿真模型圖如下所示：圖3-8 2FSK

11、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實現方波的反相，最后經過相乘器和相加器生成2FSK信號，各參數設置如下：載波f1的參設圖3-9 載波sinwave的參數設置其中幅度為2，f1=1Hz,采樣時間為0.002s在此選擇載波為單精度信號f2的參數設置圖3-10 載波sinwave1的參數設置載波是幅度為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信號模塊其參數設置如下：

12、 圖3-11 PulseGenerator信號模塊參數設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。經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真，其各點的時間波形如下:圖3-12 2FSK信號調制各點的時間波形由上圖可看出經過f1和f2兩個載波的調制，2FSK信號有明顯的頻率上的差別。3.2 解調仿真解調方框圖如下所示：圖3-13 2FSK信號解調方框圖其中FromFile是一個封裝模塊，就是2FSK信號的調制模塊，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信號的解調過程一樣，各參數設置如下：圖3-14 2FSK信號f1帶通濾波器參數設置圖3-15 2FSK信號f2帶通濾波器參數設置經過系統仿真后的各點時間波形如下：圖3-15 2FSK信號解調各點時間波形經過系統的仿真可以觀察出系統的誤碼率為0.7273，如下圖所示：圖3-16 2FSK相干解調誤碼率總結在此次設計過程中經過我的努力，論文順利按時完成，它是對我們所學的理論知識運用到實踐中的一次系統的檢驗。從接到題目到設計結束的過程中經歷了很多，總的來說可以概括為以下幾點。（1）查資料，列綱要。（2）遇到