【文章內(nèi)容簡介】 ，設(shè)置仿真參數(shù)，進行動態(tài)仿真并觀看輸出結(jié)果，針對輸出結(jié)果進行分析和比較。2 FSK工作原理 2FSK的表達式以及波形圖 在二進制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在和兩個頻率點間變換，則產(chǎn)生二進制頻移鍵控信號（2FSK信號）[6]。 在二進制中基帶信號當(dāng)中，數(shù)字1可代表一種載波頻率，則數(shù)字0代表的載波頻率。 （) 根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理。 （) 其中，s(t)。 （) （） g(t)是持續(xù)時間為、高度為1的門函數(shù)； 為對s(t)逐碼元取反而形成的脈沖序列。 （） 是的反碼，即若 =0，則 =1；若=l，則 =0。 （） 、分別是第n個信號碼元的初相位。一般說來，鍵控法得到的、與序號n無關(guān)，反映在上，僅表現(xiàn)出當(dāng)與改變時其相位是不連續(xù)的；而用模擬調(diào)頻法時，由于與改變時的相位是連續(xù)的，故、不僅與第n個信號碼元有關(guān)，而且、之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。 由式（22）可以看出,一個2FSK信號可視為兩路2ASK信號的合成，其中一路以s(t)為基帶信號、為載頻，另一路以s(t)基帶信號、為載頻。 2FSK信號的調(diào)制與解調(diào)，其(a)圖是模擬法產(chǎn)生FSK信號，（b）圖是采用鍵控法產(chǎn)生FSK信號。其中在鍵控法實現(xiàn)時，和是兩個獨立的載波頻率，在基帶脈沖到來時會輸出一個載波頻率，即實現(xiàn)2FSK信號的調(diào)制。模擬法調(diào)制產(chǎn)生的2FSK 相連碼元信號相位是連續(xù)變化的，而（b）產(chǎn)生的2FSK信號在兩個獨立的頻率間進行轉(zhuǎn)換，故其相鄰碼元之間的相位是不連續(xù)的[7]。 模擬調(diào)制器 鍵控法調(diào)制器 輸入 輸出 輸入 輸出 （a）模擬法 (b)鍵控法 2FSK信號產(chǎn)生及波形顯示二進制頻移鍵控的常用解調(diào)方法有很多種，比如說是非相干解調(diào)、相干解調(diào)、過零檢測法、鑒頻法和差分檢波法等等。采用非相干解調(diào)、。其非相干解調(diào)和相干解調(diào)的原理是將調(diào)制后的2FSK信號經(jīng)過帶通濾波器后分成上下兩路振幅鍵控信號，分別進行解調(diào)，通過對上下兩路的抽樣值進行判決再輸出信號。這里抽樣判決的話是對兩路抽樣值的大小，可不用設(shè)置門限。判決規(guī)則應(yīng)予調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若1符號是對應(yīng)載波,則接受上或下的支路樣值較大則應(yīng)判為1，反之為0[7]. 帶通濾波器1 包絡(luò)檢波器 抽樣脈沖 包絡(luò)檢波器 帶通濾波器2 抽樣判決器 非相干解調(diào)法原理框圖 帶通濾波器2 帶通濾波器1 低通濾波器1 低通濾波器2 相乘器 相乘器 抽樣判決器抽樣脈沖 相干解調(diào)法原理框圖 ，其基本原理是：單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。在圖中，2FSK信號經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應(yīng)的尖脈沖序列，這些尖脈沖的密集程度反映了信號的頻率高低，尖脈沖的個數(shù)就是信號過零點數(shù)。把這些尖脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流分量，該直流分量的大小和信號頻率的高低成正比。然后經(jīng)低通濾波器取出此直流分量，這樣就完成了頻率—幅度變換，從而根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”[7]。 BPF限幅微分 抽樣判決器 脈沖展寬低通 整流 過零檢測法原理框圖 MFSK頻率調(diào)制系統(tǒng) 多進制數(shù)字頻率調(diào)制簡稱MFSK，它就是2FSK方式的推廣。 （）式中,當(dāng)在時間間隔0=tTs,發(fā)送信號為i時；,當(dāng)在時間隔0=tTs,發(fā)送信號不為i時[7]。式中w為角載波頻率，共有M種取值。通常載波頻率是=，n為正整數(shù)，此時M種發(fā)送信號相互正交[7]。在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在和兩個頻率點間變化。同理4FSK中基帶脈沖序列四個碼元（00 01 10 11）可用,四個載波之一；8FSK中基帶脈沖序列8八個碼元（000 001 010...110 111）可用,...八個載波之一。M進制的條件和2FSK 信號是相同的，即要求每個載頻之間的距離要求是足夠大，碼元經(jīng)過濾波之后可進行分離，或者碼元之間相互正交。 MFSK的調(diào)制原理通二進制一樣，多半選擇鍵控法實現(xiàn)；解調(diào)部分采用非相干和相干解調(diào)實現(xiàn)。門電路抽樣判決器包絡(luò)檢波器帶通1接受濾波器邏輯電路邏輯電路串/并變換包絡(luò)檢波器帶通2信道相加器門電路 ┊ ┊包絡(luò)檢波器門電路帶通m 多進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)組成方框圖發(fā)送端采用的是鍵控法實現(xiàn)，脈沖到來之后，在M個頻率中只有一個頻率會被選出。接收端采用非相干解調(diào)的方法，輸入的MFSK信號通過M個帶通濾波器，分離發(fā)送出M個頻率，再通過包絡(luò)檢波器、抽樣判決器和邏輯電路，進而恢復(fù)出二進制信息[7]。3仿真與分析 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真 2FSK的調(diào)制采用鍵控法實現(xiàn)，調(diào)制電路中的主要模塊是伯努利二進制信號發(fā)生器、兩個不同頻率的載波/、選通開關(guān)組成的。努伯利二進制信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生隨機二進制波形；兩個正弦波可產(chǎn)生兩個不同的頻率；選通開關(guān)是在兩個獨立的頻率源之間轉(zhuǎn)換進行選擇，得到的信號就是2FSK的調(diào)制信號，即就完成了調(diào)制過程。 仿真中采用相干解調(diào)法進行2FSK解調(diào)，解調(diào)電路中有帶通濾波器、相乘器、低通濾波器、抽樣判決器、延時單元及零階保持器組成。2FSK相干解調(diào)中帶通濾波器是讓整個頻率通帶內(nèi)都能最大限度的讓信號通過，也起分路作用，而其帶阻對通過的信號有衰減和抑制作用；通過帶通濾波器的信號再它們分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)過低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號；抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決，即可還原出基帶數(shù)字信號。其中，抽樣判決器起比較器作用，把兩路信號同時送到抽樣判決器進行比較。從而判決輸出基帶數(shù)字信號。 用Simulink仿真平臺搭建出的2FSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)圖 2FSK系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置 1).信號源參數(shù)的設(shè)置 （1）信號是源努伯利信號發(fā)生器； （2）； （3）初始種子取值是61； （4）； （5）輸出數(shù)據(jù)類型是double型. 2).載波的參數(shù)設(shè)置 （1）載波都是正弦載波； （2）載波頻率分別設(shè)置為1000*2*pi/3000*2*pi； （3）幅值設(shè)置為1； （4）采樣時間取值都是1e5； 3).選通開關(guān)參數(shù)設(shè)置 選通開關(guān)在兩個獨立的頻率之間進行選擇，輸出的就是2FSK調(diào)制信號。 （1）閾值（指一個效應(yīng)能夠產(chǎn)生的最低值或最高值）； （2）采樣時間是1. 4).帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 在解調(diào)模塊中，為了使信號分路則有兩個帶通濾波器。 （1）中心頻率都是Fs=48000Hz；（2）帶通濾波器1：下頻帶頻率是Fc1=800Hz,上頻帶是Fc2=1200Hz；（3）帶通濾波器2：下頻帶頻率是Fc1=2800Hz,上頻帶是Fc2=3200Hz；（4）采用的窗是漢明窗. 5).低通濾波器參數(shù)設(shè)置（1）截止頻率設(shè)置為3000*2*pi；（2）階數(shù)設(shè)置為8階。（3）Design method選擇Butterworth. 6).抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置（1）；（2）其他設(shè)置為默認值. 7).誤碼率計數(shù)器參數(shù)設(shè)置（1）模塊延時設(shè)置為0；（2）其他為默認模式. 8).高斯信道參數(shù)設(shè)置（1）；（2）起始種子設(shè)置為41；（3）采樣時間設(shè)置是1e5. 9).瑞利信道參數(shù)設(shè)置（1）（設(shè)置的越小越好，因為瑞利信道和萊斯信道很容易影響其性能）；（2）起始種子設(shè)置為41；（3）采樣時間設(shè)置是1e5. 10).萊斯信道參數(shù)設(shè)置（1）萊斯K因子設(shè)置是默認值不變；（2）（設(shè)置的越小越好，因為瑞利信道和萊斯信道很容易影響其性能）；（3）起始種子設(shè)置為41；（4）采樣時間設(shè)置是1e5. 三種信道下運行結(jié)果波形顯示 在三種信道下的2FSK調(diào)制解調(diào)信號波形圖也是有差異的。由于三種信道高斯信道、瑞利信道和萊斯信道他們的傳輸特性是不一樣的，所以在調(diào)制后的信道中分別加入這三種噪聲，其不管對調(diào)制后的傳輸波形還是解調(diào)后恢復(fù)出原來的基帶信號波形都是有影響的，只是影響大小的不同。 在具體的調(diào)制模塊電路中，我在信道后加入一個示波器，方便把兩個載波的波形、調(diào)制后的波形和加噪聲的波形進行觀察；在解調(diào)模塊電路中，我在輸出端加入一個一個示波器，把解調(diào)出來的波形和原始基帶信號波形進行對比。具體的觀察結(jié)果如下所示。 （1）載波f1；（2）載波f2；（3）調(diào)制后波形；（4）經(jīng)過高斯信道后的波形. 高斯道下調(diào)制部分波形圖（1） 解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號. 高斯信道下解調(diào)后的波形圖（1）載波f1；（2）載波f2；（3）調(diào)制后波形；（4）經(jīng)過瑞利信道后的波形. 瑞利信道下調(diào)制部分波形圖（1）解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號. 瑞利信道下解調(diào)后的波形圖（1）載波f1；（2）載波f2；（3）調(diào)制后波形；（4）經(jīng)過萊斯信道后的波形. 萊斯信道下調(diào)制部分波形圖（1） 解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號. 萊斯信道下解調(diào)后的波形圖 由以上圖可以看出：在同種進制的三種噪聲信道下，在信號的發(fā)送端即就是調(diào)制解調(diào)過程中，調(diào)制后的波形經(jīng)過三種信道，其高斯信道對調(diào)制之后的波形影響最大，萊斯信道次之，瑞利信道影響比較小點。在接受端沒有發(fā)生誤碼的情況。 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示 任何信號都可以通過傅立葉變換而分解成一個直流分量（也就是一個常數(shù)）和若干個（一般是無窮多個）正弦信號的和。 每個正弦分量都有自己的頻率和幅值，這樣，以頻率值作橫軸，以幅值作縱軸，把上述若干個正弦信號的幅值畫在其所對應(yīng)的頻率上，就做出了信號的幅頻分布圖，也就是所謂頻譜圖。另外還有相頻分布，但其意義不大。在頻譜分析時，把信道中高斯噪聲、瑞利噪聲和萊斯噪聲的方差值設(shè)置相同，這樣方便比較。 (a) 基帶信號頻譜 (b) 經(jīng)過高斯信道恢復(fù)基帶信號的頻譜 (c) 經(jīng)過瑞利信道恢復(fù)基帶信號的頻譜 (d)經(jīng)過萊斯信道恢復(fù)基帶信號的頻譜 三種信道下頻譜圖顯示，解調(diào)后恢復(fù)的基帶信號頻譜和原來的基帶信號頻譜有很小的失真。在二進制中，三種信道下，它的頻譜不太看出有太大的變化。不過查閱大量資料之后，在相同的方差下，瑞利和萊斯比高斯信道下的失真程度大一些。 4FSK調(diào)制解調(diào)仿真4FSK的調(diào)制也是采用鍵控法實現(xiàn)，調(diào)制電路中的主要模塊是伯努利二進制信號發(fā)生器、四個不同頻率的載波///、三個選通開關(guān)組成的。努伯利二進制信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生隨機二進制波形；四個正弦波可產(chǎn)生四個不同的頻率；前面兩個選通開關(guān)是在兩個獨立的頻率源之間轉(zhuǎn)換進行選擇，得到的信號就是2FSK的調(diào)制信號，在第三個選通開關(guān)是在兩個二進制的調(diào)制信號下進行串并轉(zhuǎn)換得到4FSK信號,即就完成了調(diào)制過程[8]。 仿真中采用相干解調(diào)法進行4