超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理

1、超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理超再生無線電遙控電路由無線電發(fā)射器和超再生檢波式接收器兩部分組成。  無線電發(fā)射器：它是由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器（一般用30450MHz）和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成的。用來產(chǎn)生載頻振東和調(diào)制振蕩的電路一般有：多揩苦蕩器、互補振蕩器和石英晶體振蕩器等。  由低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波，一般為寬度一定的方波。如果是多路控制，則可以采用每一路寬度不同的方波，或是頻率不同的方波去調(diào)制高頻載波，組成一組組的己調(diào)制波，作為控制信號向空中發(fā)射，組成一組組的己調(diào)制波，作為控制信號向空中發(fā)射。如圖2所示。  超再生檢波接收

2、器：超再生檢波電路實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致。而 間歇振蕩（又稱淬裝飾振蕩）雙是在高頻振蕩的振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。而間歇（淬熄）振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的 （一般為1百幾百千赫）。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低：反之，頻率選高了，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。應(yīng)根據(jù)實際 情況二者兼顧。  超再生檢波電路有很高的增益，在未收到控制信號時，由于受外界雜散信號的干擾和電路自身的熱搔動，產(chǎn)生一種特有的噪聲，叫超噪聲，這個噪聲的頻率范圍為 0.35

3、kHz之間，聽起來像流水似的“沙沙”聲。在無信號時，超噪聲電平很高，經(jīng)濾波放大后輸出噪聲電壓，該電壓作為電路一種狀態(tài)的控制信號，使繼電 器吸合或斷開（由設(shè)計的狀態(tài)而定）。  當(dāng)有控制信號到來時，電路揩振，超噪聲被抑制，高頻振蕩器開始產(chǎn)生振蕩。而振蕩過程建立的快慢和間歇時間的長短，受接收信號的振幅控制。接收信號振幅大時，起始電平高，振蕩過程建立快，每次振蕩間歇時間也短，得到的控制電壓也高；反之，當(dāng)接收到的信號的振幅小時，得到的控制電壓也低。這樣，在電路的負載 上便得到了與控制信號一致的低頻電壓，這個電壓便是電路狀態(tài)的另一種控制電壓。  如果是多通道遙控電路，經(jīng)超再生檢波和低頻

4、放大后的信號，還需經(jīng)選頻回路選頻，然后分別去控制相應(yīng)的控制回路。SP多用途無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能 卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音 頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。這是數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的電路圖 這是數(shù)據(jù)接收模塊的電路圖   SP發(fā)射模塊主要技術(shù)指標(biāo)：1。通訊方式：調(diào)幅AM2。工作頻率：315MHZ/433MHZ3。頻率穩(wěn)定度：&

5、#177;75KHZ4。發(fā)射功率：500MW5。靜態(tài)電流：0.1UA6。發(fā)射電流：350MA7。工作電壓：DC 312V    SP數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在2585度之間變化時，頻飄僅為3ppm/ 度。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容， 溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。    SP發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管Q1,這

6、種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而不必 考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。比如用PT2262或者SM5262等編碼集成電路配接時，直接將它們的數(shù)據(jù)輸出端第17腳接至DF數(shù)據(jù) 模塊的輸入端即可。    SP數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍312V，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電 壓為3V時，空曠地傳輸距離約2050米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓5V時約100200米，當(dāng)電壓9V時約300500米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時，為 最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射

7、電流約60毫安，空曠地傳輸距離700800米，發(fā)射功率約500毫瓦。當(dāng)電壓大于l2V時功耗增大，有效發(fā)射 功率不再明顯提高。這套模塊的特點是發(fā)射功率比較大，傳輸距離比較遠，比較適合惡劣條件下進行通訊。天線最好選用25厘米長的導(dǎo)線，遠距離傳輸時最好能夠 豎立起來，因為無線電信號傳輸時收很多因素的影響，所以一般實用距離只有標(biāo)稱距離的一半甚至更少，這點需要開發(fā)時注意。    SP數(shù)據(jù)模塊采用ASK方式調(diào)制，以降低功耗，當(dāng)數(shù)據(jù)信號停止時發(fā)射電流降為零，數(shù)據(jù)信號與DF發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據(jù)電平應(yīng)接

8、近DF數(shù)據(jù)模塊的實際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果。    SP發(fā)射發(fā)射模塊最好能垂直安裝在主板的邊緣，應(yīng)離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影晌。SP模塊的傳輸距離與調(diào)制信號頻率及幅度，發(fā)射電 壓及電池容量，發(fā)射天線，接收機的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。一般在開闊區(qū)最大發(fā)射距離約800米，在有障礙的情況下，距離會縮短，由于無線電信號傳輸過程中 的折射和反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離。SP接收模塊主要技術(shù)指標(biāo)：1。通訊方式：調(diào)幅AM2。工作頻率：315MHZ/433MHZ3。頻率穩(wěn)定度：±200KHZ4。接收靈敏度

9、：106DBM5。靜態(tài)電流：5MA6。工作電流：5MA7。工作電壓：DC 5V 8。輸出方式：TTL電平    SP接收模塊的工作電壓為5伏，靜態(tài)電流4毫安，它為超再生接收電路，接收靈敏度為105dbm，接收天線最好為2530厘米的導(dǎo)線，最好能 豎立起來。接收模塊本身不帶解碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應(yīng)用在具體電路中進行二次開發(fā)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，這種設(shè)計有很多優(yōu)點，它可以 和各種解碼電路或者單片機配合，設(shè)計電路靈活方便。 這種電路的優(yōu)點在于：    1。天線輸入端有選頻電路，而不依賴1/4波長天線的

10、選頻作用，控制距離較近時可以剪短甚至去掉外接天線    2。輸出端的波形在沒有信號比較干凈，干擾信號為短暫的針狀脈沖，而不象其它超再生接收電路會產(chǎn)生密集的噪聲波形，所以抗干擾能力較強。    3。SP模塊自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入。    4。采用帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315M后封固，這與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機械振動性能都有極大改 善?？烧{(diào)電容調(diào)整精度較低，只有3/

11、4圈的調(diào)整范圍，而可調(diào)電感可以做到多圈調(diào)整?？烧{(diào)電容調(diào)整完畢后無法封固，因為無論導(dǎo)體還是絕緣體，各種介質(zhì)的靠近 或侵入都會使電容的容量發(fā)生變化，進而影響接收頻率。另外未經(jīng)封固的可調(diào)電容在受到振動時定片和動片之間發(fā)生位移；溫度變化時熱脹冷縮會使定片和動片間距 離改變；濕度變化因介質(zhì)變化改變?nèi)萘?；長期工作在潮濕環(huán)境中還會因定片和動片的氧化改變?nèi)萘?，這些都會嚴重影響接收頻率的穩(wěn)定性，而采用可調(diào)電感就可解決 這些問題，因為電感可以在調(diào)整完畢后進行封固，絕緣體封固劑不會使電感量發(fā)生變化。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)分析與仿真1 引言1. 1 數(shù)字調(diào)制的意義數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號對載波的某些參量進行控制，使載波的這些

12、參量隨基帶信號的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進行長距離傳輸。為了進行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究

13、也是有必要的。通過對調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。1. 2 Matlab在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用隨著通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗等分析設(shè)計方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要,通信系統(tǒng)計算機模擬仿真技術(shù)日益顯示出其巨大的優(yōu)越性.。計算機仿真是根據(jù)被研究的真實系統(tǒng)的模型,利用計算機進行實驗研究的一種方法.它具有利用模型進行仿真的一系列優(yōu)點,如費用低,易于進行真實系統(tǒng)難于實現(xiàn)的各種試驗,以及易于實現(xiàn)完全相同條件下的重復(fù)試驗等。Matlab仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。Matlab是一種交互式的、以矩

14、陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學(xué)和工程的計算與可視化。Matlab的編程功能簡單,并且很容易擴展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用Matlab可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計算問題。Matlab具有強大的Simulink動態(tài)仿真環(huán)境,可以實現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng),也支持多種采樣速率的多速率系統(tǒng);Simulink為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口,它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比,更直觀、方便和靈活。用戶可以在Matlab和Simulink兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。用于實現(xiàn)通信仿真的通信工具包

15、(Communication toolbox,也叫Commlib,通信工具箱)是Matlab語言中的一個科學(xué)性工具包,提供通信領(lǐng)域中計算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設(shè)計和分析的功能,可以在Matlab環(huán)境下獨立使用,也可以配合Simulink使用。另外，Matlab的圖形界面功能GUI（Graphical User Interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個人機交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，Matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進行仿真。2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理數(shù)字調(diào)制可以分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制，多進制調(diào)制是二進制調(diào)制的推廣，所以本文主要討論二進制的調(diào)制與

16、解調(diào)，最后簡單討論一下多進制調(diào)制中的差分相位鍵控調(diào)制（M-DPSK）。最常見的二進制數(shù)字調(diào)制方式有二進制振幅鍵控（2-ASK）、移頻鍵控（2-FSK）和移相鍵控（2-PSK和2-DPSK）。下面是這幾種調(diào)制方式的相關(guān)原理。2.1 二進制幅度鍵控（2-ASK）    幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實現(xiàn)。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。2-ASK信號功率譜密度的特點如下： （1）由連續(xù)譜和離散

17、譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定；（2）已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。2.2 二進制頻移鍵控（2-FSK）    頻移鍵控是利用兩個不同頻率f1和f2的振蕩源來代表信號1和0，用數(shù)字信號的1和0去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb,xF是二進制基帶信號的帶寬也是FSK信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即Fb值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬B較大，頻帶利用率小。2-FSK功率譜密度的特點如下：(1) 2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成,離散譜出

18、現(xiàn)在f1和f2位置；(2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個載頻之差|f1 -f2|fs，則出現(xiàn)單峰。2.3二進制相移鍵控（2-PSK）    在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號的控制，如在二進制基帶信號中為0時，載波相位為0或，為1時載波相位為或0。載波相位和基帶信號有一一對應(yīng)的關(guān)系，從而達到調(diào)制的目的。2-PSK信號的功率密度有如下特點： (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成； (2) 帶寬是絕對脈沖序列的二倍； (3) 與2ASK功率譜的區(qū)別是當(dāng)P1/2時，2PSK無離散譜，而2ASK存在離散譜。 2.4 多進制數(shù)字調(diào)制  &

19、#160; 上面所討論的都是在二進制數(shù)字基帶信號的情況，在實際應(yīng)用中，我們常常用一種稱為多進制（如4進制，8進制，16進制等）的基帶信號。多進制數(shù)字調(diào)制載波參數(shù)有M種不同的取值，多進制數(shù)字調(diào)制比二進制數(shù)字調(diào)制有兩個突出的優(yōu)點：一是有于多進制數(shù)字信號含有更多的信息使頻帶利用率更高；二是在相同的信息速率下持續(xù)時間長，可以提高碼元的能量，從而減小由于信道特性引起的碼間干擾?，F(xiàn)實中用得最多的一種調(diào)制方式是多進制相移鍵控（MPSK）。    多進制相移鍵控又稱為多相制，因為基帶信號有M種不同的狀態(tài)，所以它的載波相位有M種不同的取值，這些取值一般為等間隔。在多相制移鍵控有絕對

20、移相和相對移相兩種，實際中大多采用四相絕對移相鍵控（4PSK，有稱QPSK），四相制的相位有0、/2、3/2四種，分別對應(yīng)四種狀態(tài)11、01、00、10。3 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真設(shè)計3.1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)分析典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成，其框圖如圖3.1所示： 數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?。對?shù)字調(diào)制系統(tǒng)進行仿真時，我們并不關(guān)心基帶信號的碼型，因此，我們在仿真的時候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號，不用在經(jīng)過編碼器。 仿真框圖MATLAB提供的圖形界面仿真工具Simulink

21、由一系列模型庫組成,包括Sources(信源模塊)，Sinks(顯示模塊)，Discrete(離散系統(tǒng)模塊)，Linear(線性環(huán)節(jié))，Nonlinear(非線性環(huán)節(jié))，Connections(連接),Blocksets&Toolboxes(其他環(huán)節(jié))。特別是在Blocksets&Toolboxes中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設(shè)計和仿真的專業(yè)化模型庫CommTbxLibrary。在這里，整個通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在每個設(shè)計模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應(yīng)用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)

22、一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(或數(shù)學(xué)表達式)，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊,用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中組合在一起,并設(shè)定好各個模塊參數(shù), 就可方便地進行動態(tài)仿真.從輸出模塊可實時看到仿真結(jié)果,如時域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù),以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。另外，對Simulink中沒有的模塊，可運用S函數(shù)生成所需的子模塊，并且可以封裝和自定義模塊庫，以便隨時調(diào)用。根據(jù)Simulink提供的仿真模塊，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真可以簡化成如圖3.2所示的模型： 信號源仿真及參數(shù)設(shè)置 Simulink通信工具箱中的Comm Sources/Data S

23、ources提供了數(shù)字信號源Bernoulli Binary Generator，這是一個按Bernoulli分布提供隨機二進制數(shù)字信號的通用信號發(fā)生器。在現(xiàn)實中，對受信者而言，發(fā)送端的信號是不可預(yù)測的隨機信號。因此，我們在仿真中可以用Bernoulli Binary Generator來模擬基帶信號發(fā)生器。 其中主要參數(shù)的含義為：Probability of a zero ：產(chǎn)生的信號中0符號的概率，在仿真的時候一般設(shè)成0.5，這樣便于頻譜的計算；Initial seed ：控制隨機數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于30，而且與后面信道中的Initial seed設(shè)置不同的值；Sample time：

24、抽樣時間，這里指一個二進制符號所占的時間，用來控制號發(fā)生的速率，這個參數(shù)必須與后面調(diào)制和解調(diào)模塊的Symbol period保持一致。 調(diào)制與解調(diào)模塊Simulink通信工具箱中提供了數(shù)字信號各種調(diào)制方式的模塊，如AM、CPM、FM及PM等。雖然不同的調(diào)制模塊，參數(shù)設(shè)置有所不同，但很多參數(shù)在各種調(diào)制中是一致的，下面我們以DPSK調(diào)制模塊為例介紹一下調(diào)制模塊的參數(shù)及其設(shè)置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過程中詳細介紹。M-DPSK Modulator Passband和M-DPSK Demodulator Passband 分別是數(shù)字信號DPSK調(diào)制和解調(diào)的專用模塊，其中主要參數(shù)有： M-ary

25、 number：輸入信號的階次數(shù)，比如2-DPSK就是2階的；Symbol period：符號周期，即，一個符號所占的時間，這必須與信號源的Sample time保持一致；Carrier frequency：載波頻率；Carrier initial phase：載波的初始相位；Input sample time： 輸入信號的抽樣時間；Output sample time：輸出信號的抽樣時間。其中，各參數(shù)要滿足以下關(guān)系：Symbol period > 1/(Carrier frequency) （3.1）Input sample time < 1/2*Carrier frequenc

26、y + 2/(Symbol period)Output sample time <1/2*Carrier frequency + 2/(Symbol period) 信道 在分析通信系統(tǒng)時通常選擇高斯噪聲作為系統(tǒng)的噪聲來考查，因為這種噪聲在現(xiàn)實中比較常見而且容易分析。Simulink 中提供了帶有加性高斯白噪聲的信道：AWGN Channe。仿真時可以用該模塊模擬現(xiàn)實中的信道，該模塊的主要參數(shù)有：Initial seed：控制隨機數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于30，且與前面信號源中的Initial seed設(shè)置不同的值；Es/No (dB)：信號每個符號的能量與噪聲的功率譜密度的比值；SNR

27、(dB)： 信號功率與噪聲功率的比值；注：Es/No (dB) 和SNR (dB)是表征信號與噪聲關(guān)系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個。 誤碼計算儀信號經(jīng)過信道后，由于噪聲的干擾，在接收端可能出現(xiàn)誤碼，Simulink中提供了Error Rate Calculation 模塊來計算誤碼率，其主要參數(shù)的設(shè)置為：Receive delay：接收延遲，表明在計算誤碼率時接收到的信號比源信號延遲的碼元數(shù)，便于準(zhǔn)確計算 Output data：數(shù)據(jù)輸出，將誤碼率、誤碼數(shù)及碼元總數(shù)輸出，有兩個選項可選擇：Work space 和 Port。將數(shù)據(jù)輸出到Work space就是將誤碼率等數(shù)據(jù)存在內(nèi)存

28、中，以便下一步使用，而輸出到Port中，則是在誤碼計算儀后面再接一個模塊（比如結(jié)果顯示模塊），將數(shù)據(jù)傳到該模塊中（顯示出來）； Variable name：變量名稱，該參數(shù)只有在前面選擇了Work space后才有用，它決定數(shù)據(jù)輸出到Wok space后的名稱，默認值為ErrorVec。 示波器在仿真過程中，必須觀察各個環(huán)節(jié)的時域和頻域波形，因此，必須在各個環(huán)節(jié)加上示波器以觀察波形。另外，還可將示波器的數(shù)據(jù)輸出到Work space中存儲，以便對仿真結(jié)果做進一步處理，比如將各個環(huán)節(jié)的波形對比顯示和做頻域變換等。3.2 仿真模型的設(shè)計及結(jié)果分析 了解了仿真所需的主要模塊后，下一步就是設(shè)計和仿真各

29、種數(shù)字調(diào)制模型，并對仿真結(jié)果在時域和頻域進行分析。通常，二進制振幅鍵控信號（2-ASK）的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種，如圖3.3所示： 2-ASK解調(diào)的方法也有兩種相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框如圖3.4所示：根據(jù)3.3（a）所示方框圖產(chǎn)生2-ASK信號，并用圖3.4（b）所示的相干解調(diào)法來解調(diào)，設(shè)計2-ASK仿真模型如圖3.5所示：圖3.5 2-ASK模型在該模型中，調(diào)制和解調(diào)使用了同一個載波，目的是為了保證相干解調(diào)的同頻同相，雖然這在實際運用中是不可能實現(xiàn)的，但是作為仿真，這樣能獲得更理想的結(jié)果。主要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 1Bernoulli Binary Generator的參數(shù)設(shè)置為：Proba

30、bility of a zero ：0.5Initial seed ：67Sample time：12. 載波頻率設(shè)為：50（可調(diào)）3. Sample and Decide 模塊是一個子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由抽樣和判決兩部分組成，其中，抽樣由同步?jīng)_激信號（Sychronizing signal）完成，其參數(shù)period（sec）設(shè)置和信號源的參數(shù)Sample time保持一致。判決模塊是一個由M文件編寫的S函數(shù)，S函數(shù)是Simulnk中用以功能擴展的一個功能，用S函數(shù)可以自己編制Simulink庫中沒有的Simulink模塊，從而使Simulink的功能大大加強，本模型中使用的判決模塊就是這樣一個

31、應(yīng)用，其M文件詳見附錄9。Sample and Decide 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6所示：圖3.6 Sample and Decide 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)5. Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置： Receive delay：2 Output data： Work space Variable name：ErrorVec仿真結(jié)果時域分析設(shè)信息源發(fā)出的是由二進制符號0、1組成的序列，且假定0符號出現(xiàn)的概率為P，1符號出現(xiàn)的概率為1-P，他們彼此獨立。則，2ASK信號的時間表示式為: （3.2.）   s(t)為隨機的單極性矩形脈沖序列。將圖3.5中各示波器的值輸出到Wo

32、rk space中做統(tǒng)一處理（處理程序見附錄2），各環(huán)節(jié)波形如圖3.7所示；圖3.7 2-ASK各環(huán)節(jié)波形示意圖從圖3.7中可以看出，經(jīng)過調(diào)制后的信號波形在符號1持續(xù)時間內(nèi)是載波的波形，在符號0持續(xù)時間內(nèi)無波形，這與式（3.2）是完全吻合的。最后經(jīng)過解調(diào)和抽樣判決出來的信號與源信號波形大體一致，只是有兩個碼元的延遲，這說明如果將Error Rate Calculation的Receive delay參數(shù)設(shè)置為2，則此模型最后的誤碼率為0。這個值與理論值有些出入，原因是我們在仿真時為了便于觀察信號的波形，將信號源發(fā)送的碼元數(shù)設(shè)定為20個（碼元速率為1，仿真時間20秒），這大大低于現(xiàn)實中的傳碼率，

33、所以在只傳送20個碼元的情況下，誤碼率為0是可能的。仿真結(jié)果頻域分析由于二進制的隨機脈沖序列是一個隨機過程,所以調(diào)制后的二進制數(shù)字信號也是一個隨機過程，因此在頻率域中只能用功率譜密度表示。  2ASK的功率譜密度為 由式（3.4）可知，2-ASK信號的中心頻譜被搬移到了載波頻率f上。對圖3.7中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)做1024點快速傅立葉可得頻域波形，如圖3.8所示： 圖3.8 2-ASK各環(huán)節(jié)頻譜圖 從圖3.8中可以看到，源信號中心頻率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上，這與公式（3.4）是相符的。最后經(jīng)過抽樣判決后的頻譜與源信號頻譜也大體一致，說明該2-ASK仿真模型是成功的、符合理論的。如果信號源

34、同2-ASK一樣的假設(shè)，那么，2-FSK信號便是0符號對應(yīng)于載波1，而1符號則對應(yīng)于2（與1不同的另一載波）的已調(diào)波形，而且1與2之間的改變是瞬間完成的。2-FSK信號的產(chǎn)生如圖3.9所示：圖3.9 2-FSK信號產(chǎn)生方法2-FSK信號最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測法，如圖3.10所示Cos1t相乘器相乘器輸入12LPFLPF抽樣脈沖輸出抽樣判決LPFLPFCos2tos2tos2t:圖3.10 2-FSK相干解調(diào)的方法Simulink通信工具箱中提供了專門的FSK調(diào)制和解調(diào)模塊，應(yīng)用FSK調(diào)制模塊能方便的產(chǎn)生2-FSK信號。因此，設(shè)計2-FSK仿真模型時，只需根據(jù)圖3.2所示框圖，利用Si

35、mulink通信工具箱中中的FSK調(diào)制解調(diào)模塊及信號源與信道即可。設(shè)計的2-FSK仿真模型如圖3.11圖3.11 2-FSK仿真模型 模型中運用了Simulink工具箱中的現(xiàn)成調(diào)制解調(diào)模塊和信道模塊，然后用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，最后由誤碼計算儀計算誤碼。重要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 1.信號源參數(shù)設(shè)置同2-ASK；2. M-FSK Modulator Passband及M-FSK Demodulator Passband：根據(jù)公式（3.1）所示的調(diào)制解調(diào)模塊所滿足的關(guān)系，設(shè)置參數(shù)如下： M-ary number：2 Symbol period (s)：1（與Bernoulli Binary Gene

36、rator/ Sample time一致） Frequency separation (Hz)：1（可調(diào)） Carrier frequency (Hz)：30（可調(diào)） Carrier initial phase (rad)：0 Input sample time(s)：1/100 Output sample time(s)：1/1003. AWGN Channel： Initial seed：120（與Bernoulli Binary Generator/ Initial seed不同）； Mode：SNR（dB） SNR (dB)：10（可調(diào)）4. Error Rate Calculatio

37、n的參數(shù)設(shè)置： Receive delay：3 Output data： Work space Variable name：ErrorVec2仿真結(jié)果時域分析： 根據(jù)上述2-FSK信號產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的時間表達式可表示為 ：（3.5） 由式（3.5）可看出2-FSK信號是由兩個2-ASK信號相加而成的將圖3.11中各示波器的值輸出到Work space中做統(tǒng)一處理（處理程序見附錄3），其中源信號、調(diào)制后信號及解調(diào)后信號波形如圖3.12所示：（a）源信號波形（b）調(diào)制后信號波形（c）解調(diào)后信號波形圖3.12 2-FSK源信號、調(diào)制后信號及解調(diào)后信號波形由圖3.12可知，調(diào)制后信號波形由兩種頻率不同的波形組成，且兩種頻率分別對應(yīng)解調(diào)后信號的符號0和符號1，即2-FSK信號波形可以看作是由兩個2-ASK信號相加而成的，這與式（3.5）完全相符。另外，源信號波形與解調(diào)后信號波形只是在時間上有3個單位的延遲，如果將Error Rate Calculation的Receive delay參數(shù)設(shè)置為3，則此模型最后的誤碼率為0。原因同2-ASK分析。仿真結(jié)果頻域分析 改變Frequency separation (Hz)和Carrier fre