基于某MATLAB—Simulink地2FSK仿真

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案基于 MATLABSimulink 的 2FSK仿真摘要：本課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用 MATLAB!成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行2FSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真。在本次課程設(shè)計(jì)中首先根據(jù) 2FSK調(diào)制與相干解調(diào)原理搭建調(diào)制解調(diào)電路圖，因此需要從Simulink元件庫中查找所需元件并放入所建立的模型中，之后將每個(gè)元件連接起來，然后需要合理設(shè)置好元件參數(shù)并運(yùn)行，其中可以通過不斷的修改參數(shù)以得到需要的信號(hào)，最后通過對(duì)輸出波形和功率譜的分析得出 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真是否成功。關(guān)鍵詞：MATLAB; Simulink ; 2FSK 仿真精彩文檔目錄第1章緒論11.1 背景11.2 課

2、程設(shè)計(jì)要求11.3 課程設(shè)af目的2第 2 章 MATLAB/SIMULINK 簡介32.1 matlab/simulink 的簡介 3第3章2FSK調(diào)制與解調(diào)原理 43.1 2FSK信號(hào)的原理43.2 2FSK調(diào)制原理43.3 2FSK的解調(diào)原理 6第4章設(shè)計(jì)步驟84.1 參數(shù)設(shè)計(jì)84.1.1 利用Simulink建立模型 84.1.2 模塊說明及數(shù)設(shè)置 94.2 模型仿真結(jié)果及分析 114.2.1 調(diào)制解調(diào)部分模塊產(chǎn)生的波形記錄 114.2.2 頻譜圖134.2.3 系統(tǒng)性能分析 14第5章結(jié)束語15參考文獻(xiàn)16第1章緒論1.1目樂數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控，二進(jìn)制頻移鍵控又稱2FSK。數(shù)字

3、頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波頻率。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào) 頻，是頻移鍵控通信方式早起采用的實(shí)現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，波形好，穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故廣泛應(yīng)用。隨著電子計(jì)算機(jī)的普及， 數(shù)字通信技術(shù)正在迅速發(fā)展。數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)字通信中常見的一種調(diào)制方式。頻率鍵控（FSKK方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，并且解調(diào)不須恢復(fù)本地載波，可 以異步傳輸，抗噪聲和抗衰落性能也較強(qiáng)。因此FSK調(diào)制技術(shù)在通信行業(yè)

4、也得到了廣泛應(yīng)用， 并且主要適用于低、中速數(shù)據(jù)傳輸。由于FSK調(diào)制解調(diào)原理相對(duì)比較簡單。 作為數(shù)字通信的入門學(xué)， 理解FSK后可以容易理 解其他更加復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，為以后的進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。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(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)會(huì)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(shí)人們的生活將越來越離不開通信。1.2課程設(shè)計(jì)要求學(xué)會(huì)利用matlab進(jìn)行仿真，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析系統(tǒng)的性能，學(xué)會(huì)利用通信原理相關(guān)知識(shí)在仿真平臺(tái)上設(shè)計(jì) 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)并用示波器觀察波形，通過系統(tǒng)仿

5、真加深對(duì)通信 原理這門課程的理解。課程設(shè)計(jì)的要求：利用通信原理中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，在Simulik仿真平臺(tái)中設(shè)計(jì)出各種調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)、基帶傳輸系統(tǒng)、差錯(cuò)控制編解碼系統(tǒng)等，并按題目要求運(yùn)行、檢測(cè)系統(tǒng)仿真結(jié)果。構(gòu)建調(diào)制 電路，并用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化。再以調(diào)制信號(hào)為輸入，構(gòu)建解調(diào)電路，用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化。在調(diào)制與解調(diào)電路間加上噪聲源，模擬信號(hào)在不同信道中的傳輸。除此之外，在本次課程設(shè)計(jì)中需將通信系統(tǒng)中的變量設(shè)置如下：(1)信源：輸入信號(hào)為巴克碼(有-1,1這兩個(gè)電平)，數(shù)字基帶信號(hào)采用正弦波信號(hào)；

6、(2)調(diào)制：采用二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)；(3)信道：屬于加性高斯信道 AWGN(4)解調(diào)：采用相干解調(diào)；(5)性能分析：仿真出數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)，即誤碼率。1.3課程設(shè)計(jì)目的通信原理是電子信息工程方向的一門骨干專業(yè)課程。掌握了通信原理可為學(xué)生打下一個(gè)扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。實(shí)踐需要與理論結(jié)合，因此通過課程設(shè)計(jì)不僅可以加深我們對(duì)理論的認(rèn)識(shí)， 而且可以鍛煉了我們的思維能力和動(dòng)手能力。同時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)可以讓我們熟練地掌握MATLABE數(shù)字通信工程方面的應(yīng)用，了解信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，理解2FSK調(diào)制解調(diào)的具體實(shí)現(xiàn)方法，加深對(duì)理論的理解，并實(shí)

7、現(xiàn)2FSK的調(diào)制解調(diào)，畫出各個(gè)階段的波形，學(xué)習(xí)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的相關(guān)知識(shí)，通過編 程、調(diào)試掌握 MATLA瞅件的一些應(yīng)用，掌握 2FSK調(diào)制解調(diào)的方法，激發(fā)我們學(xué)習(xí)和研究 的興趣。第 2 章 MATLAB/SIMULINK 簡介2.1 matlab/simulink 的簡介Simulink是MATLABt重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的 集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序， 而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、 靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和

8、數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB的一種可視化仿真工具，是一種基于 MATLAB勺框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)， 也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI),這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷

9、、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種 時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。Simulink與MATLA臊密集成，可以直接訪問MATLA耿量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。第3章2FSK調(diào)制與解調(diào)原理3.1 2FSK信號(hào)的原理二進(jìn)制頻率調(diào)制就是用二進(jìn)制數(shù)字信息控制正弦波的頻率，使正弦波的頻率隨二進(jìn)制數(shù)字信息的變化而變

10、化。 由于二進(jìn)制數(shù)字信息只有兩個(gè)不同的符號(hào)，所以調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)有兩個(gè)不同的頻率fl和f2 , fl對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“ 1”，f2對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“ 0”。二進(jìn)制數(shù)字信 息及已調(diào)載波如圖 2-1所示。圖2-1 2FSK信號(hào)3.2 2FSK調(diào)制原理在二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)中，當(dāng)傳送“1”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率 對(duì)應(yīng)于載波頻率K = 1,出現(xiàn)概率為 P,對(duì)應(yīng)于cos(©1t +8n )(1-1)Dn0,出現(xiàn)概率為(1P),對(duì)應(yīng)于cos(01t+en)其中61 =2nG，切。=2nf0,斗-頻率為f1的載波的初始相位,中n-頻率為fo的載波的初始相位。令Dn為Dn的反碼，即Dn=1Dn則有：當(dāng)Dn

11、 =1時(shí)，Dn=0;當(dāng)Dn = 0時(shí)，Dn=1。則2FSK信號(hào)可表不為：SFSK(t)=Dng(t-nT)COS(lt %) - Dng(t-nTS)COS(ot ；)(1-2)n -： ：n 二二二其中，我們?cè)诜治鲋屑僭O(shè)g為單個(gè)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為:g(t);1,0<t<T,0,tw其他(1-3 )由式上式可知，相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè) 2ASK調(diào)幅信號(hào)之和。二進(jìn)制移 頻鍵控信號(hào)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 2-3是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖，圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元

12、Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一。圖2-3 2FSK調(diào)制器各點(diǎn)波形從圖中可以看出b是a的反碼即若a=1,則b=0,若a=0,則b=1;c為載波fl , d為載波 f2 , g為2FSK的調(diào)制出的信號(hào)。3.3 2FSK的解調(diào)原理經(jīng)過調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號(hào)通過兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器w1、w2濾出不需要的信號(hào)，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號(hào)分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號(hào)同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號(hào)就是調(diào)制前的輸入信號(hào)。本設(shè)計(jì)要求相干解調(diào)，其原理圖如下圖2-4,2-5所示：輸出圖2-4相干解調(diào)器fl輸出圖2-5包絡(luò)解調(diào)器第4章設(shè)計(jì)步驟4.1 參數(shù)設(shè)計(jì)4.1.1

13、利用Simulink建立模型這里使用鍵控法進(jìn)行2FSK調(diào)制，使用相干解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，將載波信號(hào)頻率一個(gè) 設(shè)為1MHZ 一個(gè)為5MHZ系統(tǒng)模型如圖4-1 :EirofRi?圖4-1 2FSK信號(hào)的simulink 模型方框圖4.1.2 模塊說明及數(shù)設(shè)置(1)調(diào)制部分調(diào)制部分模塊參數(shù)設(shè)置如表1 ：Barker Code GeneratorCode length 為 2, Sample time 為 1e-5淇他參數(shù)/、變Sine waveAmplitude 為 1, Frequency 為 1e6*2*pi,Sample time 為 0.00000001,Sine waveAmplitude 為

14、 1, Frequency 為 5e6*2*pi,Sample time 為 0.00000001,SwitchThreshhold 為 0表1調(diào)制部分模塊參數(shù)表(2)解調(diào)部分解調(diào)部分模塊參數(shù)設(shè)置如表2 :AWGNSymbol period 為 0.00000001,其他小艾RelaySwitch on point 為 0.1 , Switch off point 為 0, Out put when on 為-1, Out put when off 為 1,其他/、變Error Rate CalculationReceivedelay 為 1表2解調(diào)部分模塊參數(shù)表圖中上面的帶通濾波器參數(shù)設(shè)置如

15、圖4-2:Ric Edrt Analysis Targets Vi-cw Window Help口 ¥ R目口/一Er必用門區(qū)B即El園舊卅號(hào)出廠圉國。國回際Cimrt Filer hiomwlion,SruEfu-e Dred-FomFlRCrcfer：4g4Sections:1StaUeYtsSaircB：DestareciStos FilerFit CT Mflgger I-IS 05101520253035 4Q 45Ffftqwertty 津 Hz)Magnitude Response (<B)袁« .1- Resrr疳舊poisfl TypeLow pas

16、s_ FRet L-tderr和h逾皿cr：卜口(*' Mnimjm erderH寸ipa部 6n 申 ss：EBari的1印 OptionsDES1fH 占 Editor nn Mfllhciri,Dtrtiily Fader. |16r ir府FIRButte rwvt liEqLiriople_ Fr&qLBfrcy Specdlcet燈儲(chǔ):M»3rfli*je SpecmcflkjrEFS： |lODFstfipt )04Fpassl.UMm|c61ASIM： |60A|Q<I35：(1XI陰之&0FpSSSZ(12Fstflpl- |Tb|mD

17、egn FiltCTReady圖4-2圖中上面的低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-3 :EQ 團(tuán)口匚k PmfmfnetEs;b汨itml 百lt£DesJqniZFile Edit Analysis Targets Window Help安p昌島c c您廬區(qū)n同s'e已忠牛m廠鐲周。國團(tuán) 呼0 S 10152025303540Frequency (MHz【豈 6PTWBE3Current FIKCrStructure Dired-Forni FIROrder:193Sedions: 1YesSource: DesgmedSlOre Filer .Filer Manager .Ma3

18、Tiiide Resporae CdBj50ResponseFiferME直Hghpsss| DilferentiatiDr Pesign331廣 Spedlyor. |lQ-0面Densty 用 |Butterworih- 討 Ffi |Equrp口型Mmifflum or.tesiyiFtter |Ready4-3圖中下面的帶通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-4: Bfodc P.MnwtfE Digirtil Filter D«si»gnl.hIc Edit .Antlyfis Targ-ets View Windowr HelpD_c? Q昌2的乃陽國國期待多出噩周。國回電C

19、urrert Filer hformaijcri.Magrilijie ResiMnse f(EjSl/uclire Drert-Form HROfdEt:165SediarkS：.1fataleYesSourt*口 ssgnetlStore Ftef.FUr WrnrigrrFtsportse Type ILDWPSES C |h中產(chǎn)工 F Ban即的sM闞的I DrUerenUBtorDsElgriMrtriDl_(gpBpnf腎三lllfl.154 >11111111LQ5WIS202S303S4045Frequency (MH£)4-4圖中下面的低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4

20、-5 :Q Block Parametersj Digital Filter Design! * File Edit 出門溝熱 Targets Vie> Wind附 Help口方口 膏島 cs 田必wx O a pHSHI-rSIkolOSS 電_ Lurrert Filer IfifotrftaionMacrtude RKpotise (cEtD 5 1G 1520253035 4Q 45Fr-cqucncy (MHz)«1(mscpnl 匚胃3Strudure-DirKt-Fonn HROrder132Se ci ions1量的匕Yes.Source:DesignedSto

21、re Fitter .Filer MpriagerC Baridst即| Drtterenlifltcf_ Design Method 一國 | EuttBrwarUirrHighpass-Response TyiaeFH I Equhp瞄C* Mnimuni orderSpecify order: 15-Filer BiterOplionsDenst Factor: |l6Frequency Specmcdian.U1I5 MHZDe叩n Fiher |WhM* Th-is?Astop:阿4.54.2模型仿真結(jié)果及分析4.2.1 調(diào)制解調(diào)部分模塊產(chǎn)生的波形記錄2FSK調(diào)制解調(diào)部分波形如圖4-

22、6 :圖4-6 2FSK調(diào)制解調(diào)過程波形AWG N高斯第一幅圖為1MHZ勺載波圖形，第二幅圖為調(diào)制后的波形，第三幅圖為通過 白噪聲）后的波形，第四幅圖為解調(diào)后的波形，第五幅圖為輸入的巴克碼，第六幅圖為5MHZ 的載波圖形。噪聲能對(duì)信道產(chǎn)生不同程度的影響，不同的噪聲使信號(hào)發(fā)生失真的參數(shù)各不相同。在現(xiàn) 實(shí)生活中，無處不存在著噪聲，因此研究如何減小噪聲對(duì)信道的影響有著重大意義。4.2.2頻譜圖s-S3US*生如圖4-7調(diào)制后頻譜圖File jOx&s Channels Window Help0102030 4D 506070809。Frame 63Frequency (MHz)8如圖4-8通過高斯白噪聲后的頻譜圖如圖4-9解調(diào)后的頻譜圖mp -0pna6EW4.2.3系統(tǒng)性能分析通過將巴克碼與解調(diào)后的波形輸入到Error Rate Calculation中計(jì)算誤碼率。并將誤碼率的值由Display顯示，無論怎么修改高斯白噪聲信號(hào)里的參數(shù)值，誤碼率始終為0。如圖 3-10 :Ejtgv Rate Cslculationl如圖3-10誤碼率顯示第5章結(jié)束語本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了 MATLA瞅件下Simulink建立工作模型，在仿真的過程中遇到