超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理

1、+13V7-R1itnI*匚I超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理超再生無線電遙控電路由無線電發(fā)射器和超再生檢波式接收器兩部分組成。無線電發(fā)射器：它是由一個(gè)能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器（一般用30450MHz）和一個(gè)產(chǎn)生低頻調(diào)制信號(hào)的低頻振蕩器組成的。用來產(chǎn)生載頻振東和調(diào)制振蕩的電路一般有：多揩苦蕩器、互補(bǔ)振蕩器和石英晶體振蕩器等 。超再生檢波接收器：超再生檢波電路實(shí)際上是一個(gè)受間歇振蕩控制的高頻振蕩器 振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致 著高頻振蕩器的振蕩和間歇，這個(gè)高頻振蕩器采用電容三點(diǎn)式振蕩器，反過來又控制（一般為1百幾百千赫）。這個(gè)頻率選低了，電路的抗干擾性能較好， 況二者兼顧。而 間

2、歇振蕩（又稱淬裝飾振蕩）雙是在高頻振蕩的振蕩過程中產(chǎn)生的 而間歇（淬熄）振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的 但接收靈敏度較低：反之，頻率選高了，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。應(yīng)根據(jù)實(shí)際 情超再生檢波電路有很高的增益聲，叫超噪聲，這個(gè)噪聲的頻率范圍為 放大后輸出噪聲電壓，在未收到控制信號(hào)時(shí)，0.35kHz之間，該電壓作為電路一種狀態(tài)的控制信號(hào)由于受外界雜散信號(hào)的干擾和電路自身的熱搔動(dòng)，產(chǎn)生一種特有的噪聽起來像流水似的沙沙"聲。在無信號(hào)時(shí)，超噪聲電平很高，經(jīng)濾波，使繼電 器吸合或斷開（由設(shè)計(jì)的狀態(tài)而定）。當(dāng)有控制信號(hào) 到來時(shí)，電路揩 振，超噪聲被抑 制，高頻振蕩器 開始產(chǎn)生振蕩。 而振蕩

3、過程建立 的快慢和間歇時(shí) 間的長短，受接 收信號(hào)的振幅控 制。接收信號(hào)振 幅大時(shí)，起始電 平高，振蕩過程 建立快，每次振 蕩間歇時(shí)間也 短，得到的控制 電壓也高；反 之，當(dāng)接收到的 信號(hào)的振幅小時(shí)，得到的控制電壓也低。這樣，在電路的負(fù)載 上便得到了與控制信號(hào)一致的低頻電壓，這個(gè)電壓便是電路狀態(tài)的另一種控制電壓。-4-C1117K4-斗-RI4 020R9120KR11210-KR1H WKR16C3T亠3P Q1 2SCM18LI2 5TC105842P如果是多通道遙控電路，經(jīng)超再生檢波和低頻放大后的信號(hào)，還需經(jīng)選頻回路選頻，然后分別去控制相應(yīng)的控制回路SP多用途無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由低頻振蕩器產(chǎn)

4、生的低頻調(diào)制 波，一般為寬度一定的方波。如果 是多路控制，則可以采用每一路寬 度不同的方波，或是頻率不同的方 波去調(diào)制高頻載波，組成一組組的 己調(diào)制波，作為控制信號(hào)向空中發(fā) 射，組成一組組的己調(diào)制波，作為 控制信號(hào)向空中發(fā)射。如圖2所無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控 、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān) 控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。樂需伶制antI GND-DATA OUT5VG

5、NO +3V-12VA7A iN31軸£亠口工EL這是數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的電路圖i&i 匚 輸岀cn470|i這是數(shù)據(jù)接收模塊的電路圖SP發(fā)射模塊主要技術(shù)指標(biāo)1。通訊方式：調(diào)幅AM2。工作頻率：315MHZ/433MHZ3。頻率穩(wěn)定度:± 75KHZ4。發(fā)射功率：< 500MW5。靜態(tài)電流：< 0.1UA6。發(fā)射電流：3 50MA7。工作電壓：DC 3 12VSP數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器 SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在25+ 85度之間變化時(shí)，頻飄僅為3ppm/度。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度

6、僅次于晶體，而一般的LC振 蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差,即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容,溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移SP發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管 Q1,這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動(dòng)碼電路及單片機(jī)接口 ，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號(hào)值的大小。比如用PT2262或者SM5262等編碼集成電路配接時(shí)，直接將它們的數(shù)據(jù)輸岀端第 17腳接至DF數(shù)據(jù)模塊的輸入端即可。SP數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍312V ,當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電 壓為3V時(shí)，空曠地傳輸距離約

7、2050米，發(fā)射功率較小,當(dāng)電壓5V時(shí)約100200米，當(dāng)電壓 9V時(shí)約300500米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時(shí)，為 最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約60毫安，空曠地傳輸距離 700800米，發(fā)射功率約500毫瓦。當(dāng)電壓大于I2V時(shí)功耗增大，有效發(fā)射 功率不再明顯提高。這套模塊的特點(diǎn)是發(fā)射功率 比較大，傳輸距離比較遠(yuǎn)，比較適合惡劣條件下進(jìn)行通訊。天線最好選用25厘米長的導(dǎo)線，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)最好能夠豎立起來，因?yàn)闊o線電信號(hào)傳輸時(shí)收很多因素的影響，所以一般實(shí)用距離只有標(biāo)稱距離的一半甚至更少，這點(diǎn)需要開發(fā)時(shí)注意。SP數(shù)據(jù)模塊采用ASK方式調(diào)制，以降低功耗，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)停止時(shí)發(fā)射電流降為零，數(shù)據(jù)信

8、號(hào)與DF發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近DF數(shù)據(jù)模塊的實(shí)際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果。SP發(fā)射發(fā)射模塊最好能垂直安裝在主板的邊緣，應(yīng)離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影晌。SP模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度，發(fā)射電 壓及電池容量，發(fā)射天線，接收機(jī)的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。一般在開闊區(qū)最大發(fā)射距離約 800米，在有障礙的情況下，距離會(huì)縮短，由于無線電信號(hào)傳輸過程中的折射和反射會(huì)形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會(huì)有不同的收發(fā)距離 。SP接收模塊主要技術(shù)指標(biāo)：1。通訊方式：調(diào)幅AM2。工作頻率：315MHZ/433

9、MHZ3。頻率穩(wěn)定度:±200KHZ4。接收靈敏度:106DBM5。靜態(tài)電流：< 5MA6。工作電流：< 5MA7。工作電壓：DC 5V8。輸出方式：TTL電平SP接收模塊的工作電壓為5伏，靜態(tài)電流4毫安，它為超再生接收電路，接收靈敏度為105dbm，接收天線最好為25-30厘米的導(dǎo)線，最好能豎立起來。接收模塊本身不帶解碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應(yīng)用在具體電路中進(jìn)行二次開發(fā)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，這種設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以 和各種解碼電路或者單片機(jī)配合，設(shè)計(jì)電路靈活方便。這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：1。 天線輸入端有選頻電路，而不依賴1/4波長天線的選頻作用，控制距離

10、較近時(shí)可以剪短甚至去掉外接天線2。 輸岀端的波形在沒有信號(hào)比較干凈，干擾信號(hào)為短暫的針狀脈沖，而不象其它超再生接收電路會(huì)產(chǎn)生密集的噪聲波形，所以抗干擾能力較強(qiáng)。3。 SP模塊自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號(hào)的侵 入。4。 采用帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到 315M后封固，這與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比 ，溫度、濕度穩(wěn)定性及 抗機(jī)械振動(dòng)性能都有極大改 善。可調(diào)電容調(diào)整精度較低，只有3/4圈的調(diào)整范圍，而可調(diào)電感可以做到多圈調(diào)整 ?？烧{(diào)電容 調(diào)整完畢后無法封固，因?yàn)闊o論導(dǎo)體還是絕緣體，各種介質(zhì)的靠近 或侵入都會(huì)使電容的容量發(fā)生變化，

11、進(jìn)而影響接收頻率。另外未經(jīng)封固的可調(diào)電容在受到振動(dòng)時(shí)定片和動(dòng)片之間發(fā)生位移；溫度變化時(shí)熱脹冷縮會(huì)使定片和動(dòng)片間距離改變；濕度變化因介質(zhì)變化改變?nèi)萘?；長期工作在潮濕環(huán)境中還會(huì)因定片和動(dòng)片的氧化改變?nèi)萘?，這些都會(huì)嚴(yán)重影響接收頻率的穩(wěn)定性，而采用可調(diào)電感就可解決這些問題，因?yàn)殡姼锌梢栽谡{(diào)整完畢后進(jìn)行封固，絕緣體封固劑不會(huì)使電感量發(fā)生變化。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)分析與仿真1引言1. 1數(shù)字調(diào)制的意義數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生岀多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶

12、 內(nèi)特性的原因，基帶信號(hào)不適合在各種信道上進(jìn)行長距離傳輸。為了進(jìn)行長途傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯(cuò)控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進(jìn)入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對(duì)它的研究也是有必要的。通過對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。1.2 Matla

13、b在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用隨著通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗(yàn)等分析設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)日益顯示岀其巨大的優(yōu)越性.O計(jì)算機(jī)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法.它具有利用模型進(jìn)行仿真的一系列優(yōu)點(diǎn)，如費(fèi)用低，易于進(jìn)行真實(shí)系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)的各種試驗(yàn)，以及易于實(shí)現(xiàn)完全相同條件下的重復(fù)試驗(yàn) 等。Matlab仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。Matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境，它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。Matlab的編程功能簡單，并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用Matlab可方便地解決復(fù)

14、雜數(shù)值計(jì)算問題。Matlab具有強(qiáng)大的Simulink動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持多種采樣速率的多速率系統(tǒng)；Simulink為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比，更直觀、方便和靈活。用戶可以在Matlab和Simulink兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。用于實(shí)現(xiàn)通信仿真的通信工具包（Communication toolbox, 也叫Commlib,通信工具箱）是Matlab語言中的一個(gè)科學(xué)性工具包，提供通信領(lǐng)域中計(jì)算、研究模擬發(fā)

15、展、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的功能 可以在Matlab環(huán)境下獨(dú)立使用，也可以配合 Simulink使用。另外，Matlab 的圖形界面功能 GUI （ Graphical User Interface ）能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，Matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。2數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理.專業(yè).專注數(shù)字調(diào)制可以分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制，多進(jìn)制調(diào)制是二進(jìn)制調(diào)制的推廣，所以本文主要討論二進(jìn)制的調(diào)制與解調(diào)，最后簡單討論一下多進(jìn)制調(diào)制中的差分相位鍵控調(diào)制（M-DPSK ）。最常見的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控（2-ASK

16、八移頻鍵控（2-FSK）和移相鍵控（2-PSK和2-DPSK）。下面是這幾種調(diào)制方式的相關(guān)原理。2.1二進(jìn)制幅度鍵控 （2-ASK）幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波岀現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載 波的有無還原出數(shù)字信號(hào)的1和0。2-ASK信號(hào)功率譜密度的特點(diǎn)如下：（1） 由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號(hào)的波形 g（t）經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定；（2） 已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。2.2二進(jìn)制頻移鍵控 （2-FS

17、K）頻移鍵控是利用兩個(gè)不同頻率f1和f2的振蕩源來代表信號(hào)1和0,用數(shù)字信號(hào)的1和0去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。對(duì)二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb,xF是二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬也是FSK信號(hào)的最大頻偏，由于數(shù)字信號(hào)的帶寬即Fb值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬B較大，頻帶利用率小。2-FSK功率譜密度的特點(diǎn)如下：（1）2FSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成,?離散譜出現(xiàn)在f1和f2位置；（2）功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個(gè)載頻之差|f1 -f2| < fSW出現(xiàn)單峰。2.3二進(jìn)制相移鍵控 （2-PSK ）在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)

18、的控制，如在二進(jìn)制基帶信號(hào)中為0時(shí)，載波相位為0或n,為1時(shí)載波相位為n或0。載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而達(dá)到調(diào)制的目的。2-PSK信號(hào)的功率密度有如下特點(diǎn)：（1）由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成；（2）帶寬是絕對(duì)脈沖序列的二倍； 與2ASK功率譜的區(qū)別是當(dāng) P= 1/2時(shí)，2PSK無離散譜，而2ASK存在離散譜。2.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制上面所討論的都是在二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，我們常常用一種稱為多進(jìn)制 （如4進(jìn)制，8進(jìn)制，16進(jìn)制等）的基帶信號(hào)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制載波參數(shù)有 M種不同的取值，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制比二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有兩個(gè)突岀的優(yōu)點(diǎn)：一是有于多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)含有更多的信息使頻

19、帶利用率更高；二是在相同的信息速率下持續(xù)時(shí)間長 ，可以提高碼元的能量，從而減小由于信道特性引起的碼間干擾 ?，F(xiàn)實(shí)中用得最多的一種調(diào)制方式是多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。多進(jìn)制相移鍵控又稱為多相制，因?yàn)榛鶐盘?hào)有 M種不同的狀態(tài)，所以它的載波相位有 M種不同的取值，這些取值一般 為等間隔。在多相制移鍵控有絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種 ，實(shí)際中大多采用四相絕對(duì)移相鍵控 （4PSK，有稱QPSK），四相制的 相位有0、n /2、n、3n/2四種，分別對(duì)應(yīng)四種狀態(tài) 11、01、00、10。3 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)3.1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)分析典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成

20、，其框圖如圖3.1所示：數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，我們并不關(guān)心基帶信號(hào)的碼型，因此，我們在仿真的時(shí)候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號(hào)，不用在經(jīng)過編碼器。噪聲源圖3.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型仿真框圖MATLAB提供的圖形界面仿真工具Simulink由一系列模型庫組成，包括Sources（信源模塊）,Sinks（顯示模塊），Discrete（離散系統(tǒng)模塊），Linear（線性環(huán)節(jié)），Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)），Connections（連接）,Blocksets&Toolboxes（其

21、他環(huán)節(jié)）。特別是在 Blocksets&Toolboxes中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和仿真的專業(yè)化模型庫CommTbxLibrary。在這里，整個(gè)通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號(hào)的產(chǎn)生與輸岀、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在每個(gè)設(shè)計(jì)模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應(yīng)用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（或數(shù)學(xué)表達(dá)式），用戶只要從上述各個(gè)模型庫中找岀所需的模塊，用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中組合在一起，并設(shè)定好各個(gè)模塊參數(shù)，就可方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真.從輸岀模塊可實(shí)時(shí)看到仿真結(jié)果，如時(shí)域波形圖、頻譜圖等。

22、每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù)，以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。另外，對(duì)Simulink中沒有的模塊，可運(yùn)用S函數(shù)生成所需的子模塊，并且可以 封裝和自定義模塊庫，以便隨時(shí)調(diào)用根據(jù)Simulink提供的仿真模塊，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真可以簡化成如圖3.2所示的模型基帶信號(hào)基帶信號(hào)圖3. 2數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖信號(hào)源仿真及參數(shù)設(shè)置Simulink 通信工具箱中的 Comm Sources/Data Sources 提供了數(shù)字信號(hào)源 Bernoulli Binary Generator ,這是一個(gè)按 Bernoulli 分布提供隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的通用信號(hào)發(fā)生器。在現(xiàn)實(shí)中，對(duì)受信者而言，發(fā)送端的信號(hào)是不可預(yù)

23、測的隨機(jī)信號(hào) 。因此，我們在仿真中可以用Bernoulli Binary Generator 來模擬基帶信號(hào)發(fā)生器。其中主要參數(shù)的含義為：Probability of a zero :產(chǎn)生的信號(hào)中0符號(hào)的概率，在仿真的時(shí)候一般設(shè)成0.5，這樣便于頻譜的計(jì)算；Initial seed :控制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于30，而且與后面信道中的Initial seed設(shè)置不同的值；Sample time :抽樣時(shí)間，這里指一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)所占的時(shí)間，用來控制號(hào)發(fā)生的速率，這個(gè)參數(shù)必須與后面調(diào)制和解調(diào)模塊的Symbol period 保持一致。調(diào)制與解調(diào)模塊Simulink通信工具箱中提供了數(shù)字信號(hào)各

24、種調(diào)制方式的模塊，如AM、CPM、FM及PM等。雖然不同的調(diào)制模塊，參數(shù)設(shè)置有所不同，但很多參數(shù)在各種調(diào)制中是一致的 ，下面我們以DPSK調(diào)制模塊為例介紹一下調(diào)制模塊的參數(shù)及其設(shè)置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過程中詳細(xì)介紹。M-DPSK Modulator Passband 和M-DPSK Demodulator Passband分別是數(shù)字信號(hào) DPSK調(diào)制和解調(diào)的專用模塊 ，其中主要參數(shù)有：M-ary number :輸入信號(hào)的階次數(shù)，比如2-DPSK就是2階的；Symbol period :符號(hào)周期，即，一個(gè)符號(hào)所占的時(shí)間，這必須與信號(hào)源的Sample time保持一致；Carrier

25、 frequency :載波頻率；Carrier initial phase :載波的初始相位；Input sample time :輸入信號(hào)的抽樣時(shí)間 ；Output sample time :輸出信號(hào)的抽樣時(shí)間。其中，各參數(shù)要滿足以下關(guān)系：Symbol period > 1/(Carrier frequency)Input sample time < 1/2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)(3.1)Output sample time <1/2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)信道在分析

26、通信系統(tǒng)時(shí)通常選擇高斯噪聲作為系統(tǒng)的噪聲來考查，因?yàn)檫@種噪聲在現(xiàn)實(shí)中比較常見而且容易分析。Simulink中提供了帶有加性高斯白噪聲的信道：AWGN Channe。仿真時(shí)可以用該模塊模擬現(xiàn)實(shí)中的信道，該模塊的主要參數(shù)有：Initial seed :控制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于30，且與前面信號(hào)源中的Initial seed設(shè)置不同的值；Es/No (dB):信號(hào)每個(gè)符號(hào)的能量與噪聲的功率譜密度的比值；SNR (dB):信號(hào)功率與噪聲功率的比值；注：Es/No (dB)和SNR (dB)是表征信號(hào)與噪聲關(guān)系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個(gè)。誤碼計(jì)算儀信號(hào)經(jīng)過信道后，由于噪聲的干擾，在

27、接收端可能出現(xiàn)誤碼，Simulink中提供了 Error Rate Calculation 模塊來計(jì)算誤 碼率，其主要參數(shù)的設(shè)置為：Receive delay :接收延遲，表明在計(jì)算誤碼率時(shí)接收到的信號(hào)比源信號(hào)延遲的碼元數(shù)，便于準(zhǔn)確計(jì)算Output data :數(shù)據(jù)輸出，將誤碼率、誤碼數(shù)及碼元總數(shù)輸出，有兩個(gè)選項(xiàng)可選擇：Work space 和Port。將數(shù)據(jù)輸 岀到Work space就是將誤碼率等數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，以便下一步使用，而輸岀到Port中，則是在誤碼計(jì)算儀后面再接一個(gè)模塊(比如結(jié)果顯示模塊)，將數(shù)據(jù)傳到該模塊中(顯示岀來)；Variable name :變量名稱，該參數(shù)只有在前面選

28、擇了 Work space后才有用，它決定數(shù)據(jù)輸出到 Wok space后的名稱，默認(rèn)值為ErrorVec。示波器在仿真過程中，必須觀察各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域和頻域波形，因此，必須在各個(gè)環(huán)節(jié)加上示波器以觀察波形。另外，還可將示波器的數(shù)據(jù)輸岀到 Work space中存儲(chǔ)，以便對(duì)仿真結(jié)果做進(jìn)一步處理，比如將各個(gè)環(huán)節(jié)的波形對(duì)比顯示和做頻域變換等。3.2仿真模型的設(shè)計(jì)及結(jié)果分析了解了仿真所需的主要模塊后，下一步就是設(shè)計(jì)和仿真各種數(shù)字調(diào)制模型，并對(duì)仿真結(jié)果在時(shí)域和頻域進(jìn)行分析。3.2.1 2-ASK通常，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)(2-ASK)的產(chǎn)生方法(調(diào)制方法)有兩種，如圖3.3所示：S(t)»乘法器e

29、o(t)載波Oj開關(guān)電路cos wcts (t)(a)圖3.3 2-ASK信號(hào)產(chǎn)生的兩種方法(b)2-ASK解調(diào)的方法也有兩種相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框如圖3.4所示:包絡(luò) 檢波LPF全波或半波整流定時(shí)脈沖缶非相千舉收輸入>ScopelSwpe7S«pe2ScopaSScops3h-iunuTirBernoulli Bernoulli BinarytitterAnalogFlfefPiodudNoise &entrjtorCjusianbutterAnalogFillerPraductlSutlerSimple ini DicidiErirRiteCalcuhlkn有篁卜輸

30、出謔少定時(shí)脈沖仇相千接收圖3.4 2-ASK信號(hào)接收系統(tǒng)組成框圖根據(jù)3.3（a）所示方框圖產(chǎn)生2-ASK信號(hào)，并用圖3.4（b）所示的相干解調(diào)法來解調(diào)，設(shè)計(jì)2-ASK仿真模型如圖3.5所示：r+PSi-iiKUau?在該模型中，調(diào)制和解調(diào)使用了同一愀波.5 ,2-AS是模型保證相干解調(diào)的同頻同相，雖然這在實(shí)際運(yùn)用中是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是作為仿真，這樣能獲得更理想的結(jié)果主要模塊參數(shù)設(shè)置如下：1. Bernoulli Binary Generator的參數(shù)設(shè)置為：Probability of a zero:0.5Initial seed : 67Sample time : 12.載波頻率設(shè)為：50（

31、可調(diào)）3. Sample and Decide模塊是一個(gè)子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由抽樣和判決兩部分組成，其中，抽樣由同步?jīng)_激信號(hào)保持一致。判決模塊是一個(gè)由M文件編（Sychronizing signal ）完成，其參數(shù)period （ sec） 設(shè)置和信號(hào)源的參數(shù) Sample time寫的S函數(shù)，S函數(shù)是Simulnk中用以功能擴(kuò)展的一個(gè)功能，用S函數(shù)可以自己編制Simulink庫中沒有的Simulink模塊，從而使Simulink的功能大大加強(qiáng)，本模型中使用的判決模塊就是這樣一個(gè)應(yīng)用，其M文件詳見附錄9。Sample and Decide模塊內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖3.6所示:圖3.6 Sample an

32、d Decide子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)5. Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置：Receive delay : 2Output data : Work spaceVariable name : ErrorVec仿真結(jié)果時(shí)域分析設(shè)信息源發(fā)出的是由二進(jìn)制符號(hào)0、1組成的序列，且假定0符號(hào)出現(xiàn)的概率為 P, 1符號(hào)出現(xiàn)的概率為1-P ,他們彼此獨(dú)立。貝U，2ASK信號(hào)的時(shí)間表示式為： = 工£1旳g（£并耳）costui（3.2.）其中,為空號(hào)時(shí)域彼形為別（肚頻域?yàn)镚</） 為傳號(hào)時(shí)域波形為頻域?yàn)?3s（t）為隨機(jī)的單極性矩形脈沖序列。將圖3.5中各示波器的值輸

33、出到Work space中做統(tǒng)一處理（處理程序見附錄2），各環(huán)節(jié)波形如圖3.7所示； 1i - -I1LT|1iiiii11115101520源信號(hào)1ASKtffl制與堺調(diào)各環(huán)節(jié)液殛相干解調(diào)后的波形21 r - - - - - -1- - - - - - - - r - - - - - - - - - - - - - - 11|iifi)iiI ' K ! * F I Ml 05m1520嫦i寸高肪借道后的諭磁-5-0 5、15101520濾彼方的液形o Jl_L.J_l.J_L 1iia05101520抽樣利決后的波形圖3.7 2-ASK各環(huán)節(jié)波形示意圖從圖3.7中可以看出，經(jīng)過調(diào)制

34、后的信號(hào)波形在符號(hào)1持續(xù)時(shí)間內(nèi)是載波的波形，在符號(hào)0持續(xù)時(shí)間內(nèi)無波形，這與式（3.2）是完全吻合的。最后經(jīng)過解調(diào)和抽樣判決出來的信號(hào)與源信號(hào)波形大體一致，只是有兩個(gè)碼元的延遲，這說明如果將Error Rate Calculation的Receive delay參數(shù)設(shè)置為2，則此模型最后的誤碼率為 0。這個(gè)值與理論值有些出入，原因是我們在 仿真時(shí)為了便于觀察信號(hào)的波形，將信號(hào)源發(fā)送的碼元數(shù)設(shè)定為 20個(gè)（碼元速率為1,仿真時(shí)間20秒），這大大低于現(xiàn)實(shí)中 的傳碼率，所以在只傳送20個(gè)碼元的情況下，誤碼率為0是可能的。仿真結(jié)果頻域分析由于二進(jìn)制的隨機(jī)脈沖序列是一個(gè)隨機(jī)過程，？所以調(diào)制后的二進(jìn)制數(shù)字信

35、號(hào)也是一個(gè)隨機(jī)過程，因此在頻率域中只能用功率譜密度表示2ASK的功率譜密度為S護(hù)"-幾皿（3.3）冷人刊- &|G（y -憶）f十|g（"必）f又因?yàn)镚介闘制 當(dāng)概率P=0.5時(shí)，2ASK的功率譜密度可進(jìn)一步整理為J i 7 ,舁%二陽叩-£加+1伽Q/ + £）盯訂（1-刖憾八托）FC/+Q(3.4)1-3由式(3.4)可知，2-ASK信號(hào)的中心頻譜被搬移到了載波頻率fc上。對(duì)圖3.7中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)做1024點(diǎn)快速傅立葉可得頻域波形，如圖3.8所示：150100抽樣判決后的頻諼50圖3.8 2-ASK各環(huán)節(jié)頻譜圖從圖3.8中可以看到，源信號(hào)中心頻

36、率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上，這與公式(3.4)是相符的。最后經(jīng)過抽樣判決后的頻譜與源信號(hào)頻譜也大體一致，說明該2-ASK仿真模型是成功的、符合理論的。3.2.2 2-FSK如果信號(hào)源同2-ASK 一樣的假設(shè)，那么，2-FSK信號(hào)便是0符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波 3 1，而1符號(hào)則對(duì)應(yīng)于 32(與3 1不同的另一載波)的已調(diào)波形，而且31與32之間的改變是瞬間完成的。2-FSK信號(hào)的產(chǎn)生如圖3.9所示：我波(a)(b)圖3.9 2-FSK信號(hào)產(chǎn)生方法2-FSK信號(hào)最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測法，如圖3.10所示輸入:圖3.10 2-FSK相干解調(diào)的方法Simulink通信工具箱中提供了專門的FSK調(diào)制

37、和解調(diào)模塊，應(yīng)用FSK調(diào)制模塊能方便的產(chǎn)生2-FSK信號(hào)。因此，設(shè)計(jì)2-FSK仿真模型時(shí)，只需根據(jù)圖3.2所示框圖，利用Simulink通信工具箱中中的FSK調(diào)制解調(diào)模塊及信號(hào)源與信道即可。設(shè)計(jì)的2-FSK仿真模型如圖3.11ScO'p«1Scopes圖3.11 2-FSK仿真模型模型中運(yùn)用了 Simulink工具箱中的現(xiàn)成調(diào)制解調(diào)模塊和信道模塊，然后用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，最后由誤碼計(jì)算儀計(jì)算誤碼。重要模塊參數(shù)設(shè)置如下：1. 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置同2-ASK ；2. M-FSK Modulator Passband 及 M-FSK Demodulator Passband根據(jù)公式

38、(3.1)所示的調(diào)制解調(diào)模塊所滿足的關(guān)系，設(shè)置參數(shù)如下：M-ary number : 2Symbol period (s): 1 (與 Bernoulli Binary Generator/ Sample time 一致)Frequency separation (Hz) : 1 (可調(diào))Carrier frequency (Hz) : 30 (可調(diào))Carrier initial phase (rad) : 0Input sample time(s) : 1/100.專業(yè).專注Output sample time(s) : 1/1003. AWGN Channel :Initial seed

39、 : 120 (與 Bernoulli Binary Generator/ Initial seed 不同)；Mode : SNR (dB)SNR (dB) : 10 (可調(diào))4. Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置:Receive delay : 3Output data : Work spaceVariable name : ErrorVec2仿真結(jié)果時(shí)域分析：根據(jù)上述2-FSK信號(hào)產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的時(shí)間表達(dá)式可表示為： -a工耳典-旳遲）阿血（十為）（3.5）M 其中：0慨率為尸為空號(hào)1慨率為1-P為傳號(hào)鬲是乜的反碼® 臨和21是第血個(gè)碼元的初相位4由式（

40、3.5）可看出2-FSK信號(hào)是由兩個(gè)2-ASK信號(hào)相加而成的調(diào)制后信號(hào)及解調(diào)后信號(hào)波形如圖3.12所示：白環(huán)調(diào)制:源信號(hào)液形（a）源信號(hào)波形將圖3.11中各示波器的值輸出到Work space中做統(tǒng)一處理（處理程序見附錄3），其中源信號(hào)、(b)調(diào)制后信號(hào)波形(c)解調(diào)后信號(hào)波形圖3.12 2-FSK源信號(hào)、調(diào)制后信號(hào)及解調(diào)后信號(hào)波形由圖3.12可知，調(diào)制后信號(hào)波形由兩種頻率不同的波形組成，且兩種頻率分別對(duì)應(yīng)解調(diào)后信號(hào)的符號(hào)0和符號(hào)1 ,即2-FSK信號(hào)波形可以看作是由兩個(gè) 2-ASK信號(hào)相加而成的，這與式(3.5)完全相符。另外，源信號(hào)波形與解調(diào)后信號(hào)波形只是在時(shí)間上有3個(gè)單位的延遲，如果將Error Rate Calculation的Receive delay參數(shù)設(shè)置為3，則此模型最后的誤碼率為 0。原因同2-ASK分析。仿真結(jié)果頻域分析改變Frequency separatio