基于MATLAB对FSK信号调制与解调的仿真

基于 MATLAB 对 FSK 信号调制与解调的仿真摘要 Matlab 平台的著名仿真环境 Simulink 作为一种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。本文主要是以 simulink 为基础平台，对 2FSK 信号的仿真。文章第一章内容是对 simulink 的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望；第二章是对2FSK 信号调制及解调原理的详细说明；第三章是 2FSK 信号的仿真部分，调制和解调都是 simulink 建模的的方法，在解调部分各信号都是采用相干解调的方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在 display 模块中有所显示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 调制 解调 相干解调目录1 Simulink 的简介与通信技术的历史和发展 …………………………11.1 Simulink 的简介 …………………………………………………… 11.2 通信技术的历史和发展……………………………………………….11.2.1 通信的概念 …………………………………………………………11.2.2 数字通信的发展现状和趋势………………………………………12 2FSK 的基本原理和实现 …………………………………………………23 2FSK 调制与解调仿真……………………………………………………53.1 调制仿真………………………………………………………………53.2 解调仿真………………………………………………………………9总结……………………………………………………………………………12参考资料………………………………………………………………………12- 1 -1 Simulink 的简介与通信技术的历史和发展1.1 Simulink 的简介Simulink 包含有 SINKS(输出方式) 、SOURCE(输入源) 、LINEAR(线性环节) 、NONLINEAR(非线性环节) 、CONNECTIONS (连接与接口)和EXTRA(其他环节)子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模，用户也可以定制和创建用户自己的模块。用 Simulink 创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过 Simulink 的菜单或MATLAB 的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。采用 SCOPE 模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到MATLAB 的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB 的许多工具及MATLAB 的应用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。1.2 通信技术的历史和发展1.2.1 通信的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、图形和图象等都是消息(Message)。消息有模拟消息(如语音、图象等)以及数字消息(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 ，如电话机、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内容，也即信息(Ination) 。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。- 2 -1.2.2 数字通信的发展现状和趋势进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在 20 世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。(1) 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。(2) 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。(3) 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。(4) 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。(5) 微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003 年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到 2005 年底移动电话用户近 4 亿。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。2 2FSK 的基本原理和实现在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化,则产生二进制移频键控信号(2FSK 信号).二进制移频键控信号的时间波形如图 2-6 所示,图中波形 g 可分解为波形 e 和波形 f,即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加. 若二进制基带信号的 1 符号对应于载波频率 f1,0 符号对应于载波频率 f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为- 3 -图 2-6 二进制移频键控信号的时间波形由图 2-6 可看出,bn 是 an 的反码,即若 an=1,则 bn=0,若 an=0,则 bn=1,于是bn= n a ，θ n 和 nφ 分别代表第 n 个信号码元的初始相位. 在二进制移频键控信号中, nφ 和 θn 不携带信息 ,通常可令 nφ 和 θ n 为零.因此, 二进制移频键控信号的时域表达式可简化为：(2.1.8)二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现 ,也可以采用数字键控的方法来实现. 图 2-7 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 , 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元 Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一 .二进制移频键控信号的解调方法很多, 有模拟鉴频法和数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法. 采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图 2-8 所示. 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解