【導(dǎo)讀】專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求·······························································4. 第二章FSK調(diào)制解調(diào)原理及MATLAB仿真·······································&#183

　　

【正文】 后的波形 圖 26（ e）判決后的波形 圖 26 噪聲方差為 時(shí)的波形 結(jié)果分析 2FSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理是通過(guò)帶通濾波器將 2FSK信號(hào)分解為上下兩路2FSK信號(hào)后分別解調(diào)，然后進(jìn)行抽樣判決輸出信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)信號(hào) 2FSK采用相干解調(diào)進(jìn)行解調(diào)。對(duì)于 2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能，本實(shí)驗(yàn)采用同步檢測(cè)法。設(shè)“ 1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率 f1，“ 0”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率 f2。在原理圖中采用兩個(gè)帶通濾波器來(lái)區(qū)分中心頻率分別為 f1和 f2的信號(hào)。中心頻率為 f1的帶通濾波器之允許中心頻率為 f1的信號(hào)頻譜成分通過(guò)，濾除中心頻率為 f2的信號(hào)頻譜成分。 接收端上下支路兩個(gè)帶通濾波器的輸出波形中 H1,H2。在 H1,H2波形中在分別含有噪聲 n1,n2，其分別為高斯白噪聲 ni經(jīng)過(guò)上下兩個(gè)帶通濾波器的輸出噪聲—— 窄帶高斯噪聲，其均值同為 0，方差同為 (σ n)2,只是中心頻率不同而已。 其抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限。判決規(guī)制應(yīng)與調(diào)制規(guī)制相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“ 1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率 f1，則接收時(shí)上支路的抽樣較大，應(yīng)判為“ 1”，反之則判為“ 0”。 在（ 0， Ts）時(shí)間內(nèi)發(fā)送“ 1”符號(hào)（對(duì)應(yīng)ω 1），則上下支路兩個(gè)帶通濾波器輸出波形 H1,H2。 H1,H2 分別經(jīng)過(guò)相干解調(diào)（相乘 — 低通）后，送入抽 樣判決器進(jìn)行判決。比較的兩路輸入波形分別為上支路 st1=a+n1,下支路 st2=n2，其中 a 為信號(hào)成分； n1和 n2均為低通型高斯噪聲，其均值為零，方差為（σ n） 2。當(dāng) st1 的抽樣值 st1(i)小于 st2 的抽樣值 st2(i),判決器輸出“ 0”符號(hào)，造成將“ 1”判為“ 0”的錯(cuò)誤。 第三章 用 Simulink仿真 FSK調(diào)制 解調(diào) 用 Simulink 仿真 FSK 調(diào)制 Simulink 仿真 FSK調(diào)制框圖 用 Simulink 仿真 FSK 調(diào)制的 框圖 如下： 圖 31 2FSK 信號(hào) 的 simulink 模型方框圖 其中 sine wave 和 sine wave1 是兩個(gè)頻率分別為 f1 和 f2 的載波，PulseGenerator 模塊是信號(hào)源， NOT 實(shí)現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過(guò)相乘器和相加器生成 2FSK 信號(hào)。 參數(shù)設(shè)置 各參數(shù)設(shè)置如下： 圖 32 載波 sin wave 的參數(shù)設(shè)置 載波 f1的參數(shù)： 其中幅度為 1， f1=20Hz,采樣時(shí)間為 ，見(jiàn)圖 32。 載波 f1的參數(shù)： 其中幅度為 1， f1=120Hz,采樣時(shí)間為 ，見(jiàn)圖 33。 圖 33 載波 sin wave1 的 參數(shù)設(shè)置 信號(hào)源 s(t)選擇了基于采樣的 PulseGenerator 信號(hào)模塊其參數(shù)設(shè)置如下： 圖 34 方波信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置 其中 方波是幅度為 1，周期為 3，占 1比為 33%的基于采樣的信號(hào)。 仿真波形 經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的設(shè)置，運(yùn)行后得到各點(diǎn)的 時(shí)間波形 如下 ： 圖 35 2FSK 信號(hào)調(diào)制各點(diǎn)的時(shí)間波形 由上圖可看出經(jīng)過(guò) f1 和 f2 兩個(gè)載波的調(diào)制， 2FSK 信號(hào)有明顯的頻率上的差別 。 另外，用 參數(shù) f1=10 和 f2=20 再次運(yùn)行后 ， 波形 見(jiàn)圖 36， 2FSK 信號(hào)有明顯的頻率上的差別 。 圖 36 2FSK 信號(hào)調(diào)制各點(diǎn)的時(shí)間波形（ f1=10 和 f2=20） 用 Simulink 仿真 FSK 解調(diào) Simulink 仿真 FSK解 調(diào) 框圖 用 Simulink 仿真 FSK 解 調(diào)的原理圖如下： 圖 37 2FSK 信號(hào)的 simulink 解調(diào) 模型方框圖 其中 包含 隨機(jī) 二進(jìn)制序列產(chǎn)生模塊 、 MFSK 基帶調(diào)制 模塊 、信道 模塊 、 MFSK 基帶解調(diào) 模塊 、誤碼率計(jì)算 模塊 、 Scope 模塊 、 Display 模塊 、比較 模塊 、 Dlay模塊 。 參數(shù)設(shè)置 a) 隨機(jī) 二進(jìn)制序列產(chǎn)生 模塊 貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器 ,用來(lái)產(chǎn)生調(diào)制二 進(jìn)制信號(hào) .要設(shè)置的參數(shù)兩個(gè) ,一個(gè)是 Probability of a zero 即二進(jìn)制中 ” 0” 產(chǎn)生的概率 ,設(shè)置成 。另一個(gè)是 Sample time 即每秒發(fā)送多少個(gè)脈沖 ,這個(gè)值可以由仿真后的 Scope 中的數(shù)據(jù)與仿真時(shí)間相除得到，可以任意設(shè)置。這里設(shè)置成 1/20,即一秒發(fā)送 20個(gè)脈沖。 b) MFSK 基帶調(diào)制 模塊 作用是用來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)載頻信號(hào)來(lái)調(diào)制二進(jìn)制脈沖序列 ,實(shí)現(xiàn) 2FSK 的調(diào)制功能。 主要的參數(shù)有： ① Mary number,指的是載頻的個(gè)數(shù)，由于本設(shè)計(jì)中需要 2 個(gè)載頻，所以設(shè)為 2。 ② Frequency separation,指的兩個(gè)載頻的間隔頻率，高置適中即可，設(shè)為 100HZ。 c) MFSK 基帶解調(diào) 模塊 由于是實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能，所以主要參數(shù)相應(yīng)的要高置成一樣，即 Mary number為 2； Frequency separation 設(shè)為 100HZ。 d) 信道 模塊 作用是用模擬一個(gè)加性高斯白噪聲信道。主要參數(shù)： Mode,有 Eb/no、 Es/no、 SNR 等幾種選擇，都是表示信道中噪聲對(duì)信號(hào)的大小，這里設(shè)為 SNR，大小不同，信道中噪聲對(duì)信號(hào)的大小就不同， SNR 越大信道中噪聲對(duì)信號(hào)就越小，誤碼率就小，這個(gè)大小仿真后的 scope 模塊中看到 ,可以從 5dB 到 5dB 變化 。 e) 誤碼率計(jì)算 模塊 用來(lái)計(jì)算接收到的信號(hào)的差錯(cuò)率，輸出結(jié)果有三組，依次是差錯(cuò)率、已檢到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)、統(tǒng)計(jì)的總比特?cái)?shù)；主要參數(shù)： Receive delay 表示接收信號(hào)的延遲時(shí)間，用來(lái)等待所有輸入端信號(hào)的到達(dá)。在這里 1s 就夠了，所以設(shè)為 1； Output data,指的是輸出端的形式，根據(jù)后面接的什么決定，由于此設(shè)計(jì)中接的是 scope模塊，所以設(shè)為 Port。 f) Scope 模塊 作用是顯示輸出信號(hào)的結(jié)果。主要參數(shù)： Number of axes,表示坐標(biāo)系的數(shù)目，由于有 3 個(gè)輸入端，所以設(shè)為 3。 g) Display 模塊 作用是顯示輸出信號(hào)的結(jié)果。主要參數(shù)： Format,用一來(lái)設(shè)置顯示結(jié)果的格式，如：整數(shù)、科學(xué)計(jì)數(shù)，這里設(shè)為 short_e。 h) Relational Operator 模塊 作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的比較運(yùn)算，比較二進(jìn)序列產(chǎn)生器發(fā)出的信號(hào)與解調(diào)后的信號(hào)，若兩個(gè)信號(hào)相同，則輸出 0，否則輸出 1。主要參數(shù)： relational operator設(shè)為 ~=。 i) Dlay 模塊 用來(lái)延遲。默認(rèn)參數(shù)即可 。 仿真波形及分析 在對(duì)系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置之后，接下來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分 析。圖 3— 8 是 最終在 Scope 端得到不同信號(hào)的數(shù)字波形圖。 圖中三個(gè)波形分別是 解調(diào) 后的 bit 波形、原始 bit 波形和兩者不同比較的波形， SNR 參數(shù)為 4dB。從圖中可以看到，當(dāng)信噪比很低時(shí)，解調(diào)結(jié)果有錯(cuò)誤。同時(shí)，在圖 37上的顯示模塊上，也可看到 差錯(cuò)率、已檢到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)、統(tǒng)計(jì)的總比特?cái)?shù) 分別為 ， 1，200，即 200個(gè)比特中游一個(gè)錯(cuò)誤 。 圖 3— 頻移鍵控 Simulink 仿真結(jié)果圖 （ SNR=4dB） 當(dāng) SNR 參數(shù)為 4dB 時(shí)，結(jié)果如圖 39。從圖中可以看到，當(dāng)信噪比較高時(shí)，解調(diào)結(jié)果正確，沒(méi)有錯(cuò) 誤。同時(shí)，在圖 39上的顯示模塊上，也可看到 差錯(cuò)率、已檢到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)、統(tǒng)計(jì)的總比特?cái)?shù) 分別為 ， 0， 200。 圖 3— Simulink 仿真結(jié)果圖（ SNR=4dB） 第五章 結(jié)論 以上分別用 Matlab 程序仿真和 Simulink 系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)了 2FSK 的仿真實(shí)驗(yàn)。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是程序仿真還是系統(tǒng)仿真，信道中的噪聲大小嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 隨著模塊的參數(shù)的不同，最終得到的誤碼率也不同。模塊中的信噪比的值的不同最終的誤碼率有很大的變化。當(dāng)此值很小的時(shí)候，輸出的誤碼率就大，在 調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程中出現(xiàn)出錯(cuò)的幾率就很大。當(dāng)逐漸增大此值，誤碼率就減小。值越大最終的誤碼率就有可能為 0。 因此，在通信中，要保證通信質(zhì)量高，必須信道信噪比要高。在低信噪比信道中，必須想其它辦法克服，如信道編碼等。 參考文獻(xiàn) [1] 啜剛，王文博，常永宇，全慶一．移動(dòng)通信原理與系統(tǒng) [M]．北京：北京郵電大學(xué)出版設(shè)， 2020． [2] 樊昌信， 曹麗娜 ．通信原理 （第 6 版） [M]．國(guó)防工業(yè)出版社 ，． [3] 王立寧等 ． MATLAB 與 通信 仿真 [M]． 人民郵電 出版社 ， 2020. 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