基于MATLAB—Simulink2FSK仿真

1、成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于MATLABSimulink的2FSK仿真摘要:本課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設(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，最后通過對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；仿真目錄第1章 緒論11.1 背景11.2 課程

2、設(shè)計(jì)要求11.3課程設(shè)計(jì)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 背景 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)字頻移鍵控是用載波的頻

3、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（FSK）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)也得到了廣泛應(yīng)用，并且主要

4、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(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)會利用通信原理相關(guān)知識在仿真平臺上設(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)仿真加深對通信原理這門課程的理解。課程設(shè)

5、計(jì)的要求：利用通信原理中學(xué)習(xí)的理論知識，在Simulik仿真平臺中設(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)制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜的變化。再以調(diào)制信號為輸入，構(gòu)建解調(diào)電路，用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜的變化。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: 輸入信號為巴克碼（有-1,1這兩個(gè)電平），數(shù)字基帶信號采用正弦波信號；（2）調(diào)制：采用二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK

6、）對數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制，使用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號；（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理論的認(rèn)識，而且可以鍛煉了我們的思維能力和動手能力。同時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)可以讓我們熟練地掌握MATLAB在數(shù)字通信工程方面的應(yīng)用，了解信號處理系統(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，加深對理論的理解，并實(shí)現(xiàn)2FSK的調(diào)制解調(diào)，畫出各個(gè)階段的波形，

7、學(xué)習(xí)信號調(diào)制與解調(diào)的相關(guān)知識，通過編程、調(diào)試掌握MATLAB軟件的一些應(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MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動態(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)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(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

8、應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(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鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、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。Sim

9、ulink是用于動態(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。對各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、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其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。.。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(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)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(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)字信息的變化而變化。由于二進(jìn)制數(shù)字信息只有兩個(gè)不同的符號，所以調(diào)制后的

10、已調(diào)信號有兩個(gè)不同的頻率f1和f2，f1對應(yīng)數(shù)字信息“1”，f2對應(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)對應(yīng)于載波頻率，傳送“0”碼時(shí)對應(yīng)于載波頻率。 (1-1)其中，-頻率為的載波的初始相位，-頻率為的載波的初始相位。令為的反碼，即則有:當(dāng)時(shí)，;當(dāng)時(shí)，。則2FSK信號可表示為： (1-2)其中，我們在分析中假設(shè)為單個(gè)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為:（1-3）由式上式可知，相位不連續(xù)的2FSK信號可以看成是兩個(gè)2ASK調(diào)幅信號之和。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

11、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)制基帶信號控制,在一個(gè)碼元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f1，d為載波f2，g為2FSK的調(diào)制出的信號。3.3 2FSK的解調(diào)原理經(jīng)過調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號通過兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器w1、w2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號就是調(diào)制前的輸入信號。本設(shè)計(jì)

12、要求相干解調(diào)，其原理圖如下圖2-4,2-5所示：圖2-4 相干解調(diào)器圖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),將載波信號頻率一個(gè)設(shè)為1MHZ，一個(gè)為5MHZ。系統(tǒng)模型如圖4-1：圖4-1 2FSK信號的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,其他參數(shù)不變Sine waveAmplitude為1，F(xiàn)requency為1e6*2*pi,Sa

13、mple time為0.00000001，Sine waveAmplitude為1，F(xiàn)requency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，其他不變RelaySwitch on point為0.1，Switch off point為0，Out put when on為-1，Out put when off為1，其他不變Error Rate CalculationReceivedelay為1表2 解調(diào)部分模塊

14、參數(shù)表圖中上面的帶通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-2：圖4-2圖中上面的低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-3：4-3圖中下面的帶通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-4：4-4圖中下面的低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖4-5：4.54.2 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4-6：圖4-6 2FSK調(diào)制解調(diào)過程波形 第一幅圖為1MHZ的載波圖形，第二幅圖為調(diào)制后的波形，第三幅圖為通過AWGN（高斯白噪聲）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。噪聲能對信道產(chǎn)生不同程度的影響，不同的噪聲使信號發(fā)生失真的參數(shù)各不相同。在現(xiàn)實(shí)生活中，無處

15、不存在著噪聲，因此研究如何減小噪聲對信道的影響有著重大意義。4.2.2 頻譜圖如圖4-7調(diào)制后頻譜圖如圖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 4.2.3 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里的參數(shù)值，誤碼率始終為0。如圖3-10：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MATLAB軟件下Simulink建立工作模型，在仿真的過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和在老師幫助下總算得以解決，總結(jié)分析如下：（1）運(yùn)行后如沒有出現(xiàn)

16、波形、出現(xiàn)多路波形的混合或是出現(xiàn)波形的幅度過小或過大，可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇autoscale即可出現(xiàn)清晰波形。（2）調(diào)制模塊中，如調(diào)制結(jié)果不明顯，可以加大載波頻率，一般來說載波頻率要比基帶頻率大得多。（3）在整個(gè)仿真過程中，各模塊的參數(shù)設(shè)置十分重要，一定要設(shè)置合適的參數(shù)，才會得出所需要的信號。 在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我獲益匪淺。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我清楚地了解并且掌握了simulink的功能，實(shí)現(xiàn)了2FSK的調(diào)制解調(diào)的仿真，對2FSK的原理更加熟悉，并鞏固了數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)知識點(diǎn)，體會到理論與實(shí)踐是大不同的，實(shí)踐離不開理論，理論只有應(yīng)于于實(shí)踐才能發(fā)揮其作用，同時(shí)我懂得獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，有不懂之處就上網(wǎng)或看書來查找資料，總之，這次設(shè)計(jì)大大提高了我的動手能力和思維能力。而且在運(yùn)用simulink仿真后，我體會到matlab的功能很強(qiáng)大，因此我更加對matlab學(xué)習(xí)感興趣，matlab將在學(xué)習(xí)上對我們很有幫助，為我們提供了便利。參考文獻(xiàn)1 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模.北京：清華大