【導(dǎo)讀】數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展不斷更新，如今在現(xiàn)實中應(yīng)用的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)大部分都是經(jīng)過改進的，義，因此，選擇FSK調(diào)制解調(diào)方式進行仿真研究。本次畢業(yè)設(shè)計運用仿真軟件對FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。環(huán)節(jié)時域和頻域的波形；1月10日─3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開題報告。3月21日——4月20日：完成FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本仿真設(shè)計并提交中期檢查報告。4月21日——5月20日：進一步完善FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真設(shè)計，準備作品驗收。5月21日——6月15日：撰寫、修改畢業(yè)設(shè)計論文，準備并完成答辯。[摘要]數(shù)字調(diào)制技術(shù)是通信系統(tǒng)中最主要的一項技術(shù)，也是提高通信系統(tǒng)性能的重要途徑。較大，但總體性能最好，在瑞利的信道環(huán)境中最差；不同進制下的FSK隨著進制數(shù)的增大，其頻譜的主瓣也越來越

　　

【正文】 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。 具體 的 二進制頻移鍵控的頻譜圖如圖 所示。 (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 圖 三種信道下頻譜圖顯示 當(dāng)信道中加方差為 的高斯噪聲時，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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 44 頁 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 f1 / f2 / f3 / f4 、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 4FSK 解調(diào)，解調(diào)電路中有帶通濾波器、相乘器、低通濾波器、全波整流器、 抽樣判決器、延時單元、零階保持器、選通開關(guān)組成。 4FSK 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，即可還原出基帶二進制信號，再經(jīng)過后面的三個選通開關(guān)進行并串轉(zhuǎn)換，最終輸出基帶 4FSK 數(shù)字信號。同理而言，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。其 4FSK 整體模塊電路圖如圖 所示 。 圖 用 Simulink 仿真平臺搭建出的 4FSK 調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)圖 4FSK 系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置 1).信號源參數(shù)的設(shè)置 （ 1）信號源是努伯利信號發(fā)生器； （ 2）取進制數(shù)是 4 進制； （ 3）初始種子取值是 37； （ 4）采樣時間取值是 ； （ 5）輸出數(shù)據(jù)類型是 double. 2).載波的參數(shù)設(shè)置 （ 1）兩個載波都是兩個正弦載波； （ 2）兩個載波幅度都是 1； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 44 頁 （ 3）載波頻率分別 是 300*2*pi/500*2*pi/700*2*pi/900*2*pi； （ 4）采樣時間都是 1e4； （ 5）其余為默認值。 3).選通開關(guān)參數(shù)設(shè)置 三個選通開關(guān)在四個獨立的頻率之間進行選擇并進行串并轉(zhuǎn)換，輸出的就是 4FSK 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 ）參數(shù)設(shè)置為 ； （ 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四個帶通濾波器。 （ 1）中心頻率都是 Fs=10000Hz； （ 2）帶通濾波器 1：下頻帶頻率是 Fc1=280Hz,上頻帶是 Fc2=320Hz； （ 3）帶通濾波器 2：下頻帶頻率是 Fc1=480Hz,上頻帶是 Fc2=520Hz； （ 4）帶通濾波器 3：下頻帶頻率是 Fc1=680Hz,上頻帶是 Fc2=720Hz； . （ 5）帶通濾波器 4：下頻帶頻率是 Fc1=880Hz,上頻帶是 Fc2=920Hz； （ 6）采用的窗是漢明窗 . 5).低通濾波器參數(shù)設(shè)置 （ 1）中心頻率 Fs=10000Hz； （ 2）截止頻率設(shè)置 Fc=200Hz； （ 3）采用 的函數(shù)窗是漢明窗 . 6).抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置 （ 1）采樣頻率設(shè)置為 ； （ 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）方差設(shè)置為 ； （ 2）起始種子設(shè)置為 37； （ 3）采樣時間設(shè)置是 . 9).瑞利信道參數(shù)設(shè)置 （ 1）西格瑪設(shè)置為 （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 37； （ 3）采樣時間設(shè)置是 . 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）西格瑪設(shè)置為 （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 37； （ 4）采樣時間設(shè)置是 . 三種信道下運行結(jié)果波形顯示 研究四進制波形的時候，總體它的仿真思路是和二進制相似的。同理，在四進制中，也是高斯信道、瑞利信道和萊斯信道三種信道，并且在三種信道下的 4FSK 調(diào)制解調(diào)信號波形圖也是有差異的。 在具體的調(diào)制模塊電路中，我在信道后加入一個示波器，方便把二進制調(diào)制的兩個波形、四進制調(diào)制的波形和加 噪聲的波形變化進行觀察；在其解調(diào)模塊電路中，我也是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比較。具體的觀察結(jié)果如下 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 44 頁 （ 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 . 圖 高斯信道下調(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 . 圖 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 . 圖 瑞利信道下調(diào)制部分波形圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 共 44 頁 （ 1） 解調(diào)后的基帶數(shù)字信號； （ 2）原始基帶信號 . 圖 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 . 圖 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 . 圖 萊斯信道下解調(diào)后的波形圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 44 頁 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。在接收端即就是解調(diào)部分都有誤碼現(xiàn)象，其最主要的原因就是各 個模塊的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)和噪聲信道所引起的誤碼或者亂碼現(xiàn)象。 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示 在四進制中，觀察的方法和二進制是相同的。同理，頻譜分析時，把信道中高斯噪聲、瑞利噪聲萊斯噪聲的方差值設(shè)置相同，這樣方便比較。四進制頻移鍵控的頻譜顯示圖如圖 所示。 （ 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 圖 三種信道下頻譜圖顯示 當(dāng)信道中加方差為 的高斯噪聲時，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。四進制中，由頻譜圖可看出來：在三種信道下，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。且在四進制中， 4FSK 不管是調(diào)制之前還是調(diào)制之后的頻譜比二進制的頻譜大，換句話說就是四進制的帶寬大于二進制的帶寬。 8FSK 調(diào)制解調(diào)仿真 8FSK 軟件設(shè)計思路 （ 1）模塊法實現(xiàn) 8FSK 系統(tǒng)仿真 由如圖 可 以看出來，其模塊法實現(xiàn)的 8FSK 總共是由三部分組成的：調(diào)制部分、噪聲信道和解調(diào)部分。調(diào)制部分實現(xiàn)數(shù)字信號的模擬化，目的是使信號適合在信道中傳輸；解調(diào)部分模擬信號的數(shù)字化，使從已調(diào)信號中恢復(fù)出原來的原始信號。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 44 頁 輸入 輸出 圖 8FSK 模塊法實現(xiàn) （ 2）編程法實現(xiàn) 8FSK 系統(tǒng)仿真 在編程時，其主要有五部分的編程模塊組成，其分別是：隨機序列的產(chǎn)生、調(diào)制后的波形顯示、調(diào)制后的頻譜顯示、加噪處理、解調(diào)部分顯示 [10]。 圖 8FSK 編程法實現(xiàn) 原理框圖 實現(xiàn) 8FSK 的具體 調(diào)制解調(diào) 原理框圖如圖 所示 。其由三部分組成的，一部分是調(diào)制電路模塊，其次是信道，最后是解調(diào)電路模塊。 圖 8FSK 調(diào)制解調(diào) 原理框圖 仿真結(jié)果分析 由于在做 8FSK 的調(diào)制解調(diào)過程中，遇到了很多棘手的問題。首先，在多進制中的調(diào)制原理框圖有串并轉(zhuǎn)換，對應(yīng)的解調(diào)有并串轉(zhuǎn)換模塊，我上網(wǎng)查找資料并翻閱了好多的參考書，都找不到相關(guān)的串并轉(zhuǎn)換 /并串轉(zhuǎn)換的理想具體實現(xiàn)方法。其次，在 4FSK 中，我采用三個鍵控實現(xiàn)其串并 /并串轉(zhuǎn)換，但在 8FSK 中采用其思想和方法時，發(fā)現(xiàn)它根本就行不通，不是因為鍵控的設(shè)置問題就是哪個模塊參數(shù)的 設(shè)置問題。最終，自己用模塊實在搭建不起來的時候，和同學(xué)商量采用編程的方法實現(xiàn)其功能，當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)程序比模塊實現(xiàn)的更完美。 其具體的編程實現(xiàn)的 8FSK 信號程序見附件 [12]。 （ 1） 隨機序列的產(chǎn)生 采用 MATLAB 內(nèi)部自帶函數(shù)隨機 rand 產(chǎn)生固定長度的二進制隨機序列 x， stem 是將二進制隨機序列轉(zhuǎn)換成棍狀的信號，每個載頻之間的間隔是 1f?d ，最后得到二進制基帶數(shù)字信號。其產(chǎn)生的隨機序列如圖 所示 。 串/并變換 邏 輯 電 路 f4 f3f1 f2 f12 f5 f6 門電路 門電路 門電路 門電路 門電路 門電路 相 加 器 信 道 接受濾波器 帶通 6 帶通 5 帶通 4 帶通 2 帶通 1 帶通 3 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波器 抽樣判決器 邏輯電路 調(diào)制模塊 噪聲信道 解調(diào)模塊 隨機序列的產(chǎn)生 調(diào)制后波形顯示 調(diào)制后頻譜顯示 加噪處理 解調(diào)部分顯示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 44 頁 圖 隨機序列 （ 2）調(diào)制后的波形顯示 在調(diào)制過程中，調(diào)用 MATLAB 中固有的函數(shù) dmod 來產(chǎn)生上面的隨機序列的調(diào)制函數(shù) y，調(diào)制的點數(shù)即是二進制隨機碼數(shù)與系統(tǒng)采樣頻率的乘積，取其縱軸的范圍是 [4 4]。 其調(diào)制后的波形顯示如圖 所示 。 (a) 密集時的調(diào)制波形 (b) 疏散時的調(diào)制波形 圖 調(diào)制后的波形 （ 3）調(diào)制后的頻譜顯示 在調(diào)制的頻譜顯示中，設(shè)置調(diào)制后的波形長度是 L,調(diào)用 MATLAB 中固有的函數(shù) FFT 來產(chǎn)生上面頻譜，并繪畫出單邊帶幅度的頻譜圖。其調(diào)制后的頻譜如圖 所示 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 共 44 頁