2FSK正交調制解調的設計與仿真實現(xiàn)

1、2FSK正交調制解調的設計與仿真實現(xiàn)摘要：通信技術的發(fā)展為現(xiàn)代溝通交流提供了很大的便利，通信仿真技術是對設計的通信系統(tǒng)進行模擬仿真的一門科學技術，以提升系統(tǒng)的可用性?，F(xiàn)代通信系 統(tǒng)分為無線通信和有線通信，在各個領域發(fā)揮越來越重要的作用，MATLAB是實現(xiàn)通信仿真的重要技術手段，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計 算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。利用它可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、 數(shù)?；旌贤ㄐ畔到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，也可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設 計和仿真。它是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，可進行包括數(shù)字信號處理系統(tǒng)、 模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析。關鍵

2、詞：2FSK交調制解調；設計應用；仿真1 .MATLAB1 介MATLA%目前流行的用于科學研究、工程計算的軟件，起源于矩陣運算， 并已經(jīng)發(fā)展成為一種高度集成的計算機語言。MATLA受有強大的數(shù)學運算能力、方便實用的繪圖功能及語言的高度集成性，除具備卓越的數(shù)值計算能力之外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算、文字處理、可視化建模仿真、實時控制等功能。在通信領域MATLA更是優(yōu)勢明顯，因為通信領域中很多問題是研究系統(tǒng)性 能的，傳統(tǒng)的方法只有構建一個實驗系統(tǒng)， 采用各種方法進行測量，才能得到所 需的數(shù)據(jù)，這樣不僅需要花費大量的資金用于實驗系統(tǒng)的構建， 而且系統(tǒng)構建周 期長，系統(tǒng)參數(shù)的調整也十分困難。而

3、MATLAB勺出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠 用計算機模擬實現(xiàn)，免去構建實驗系統(tǒng)的不便，而且操作十分簡便，只需要輸入 不同的參數(shù)就能得到不同情況下系統(tǒng)的性能，而且在結構的觀測和數(shù)據(jù)的存儲方 面也比傳統(tǒng)的方式有很多優(yōu)勢，MATLABE通信仿真領域得到越來越多的應用。2 .數(shù)字調制2FSK2FSK信號可以看作兩個不同載頻的 ASK信號的疊加，2FSK調制就是使用兩 個不同的頻率的載波信號來傳輸一個二進制信息序列?？梢杂枚M制“1”來對應于載頻fl ,而“0”用來對應于另一相載頻 w2的已調波形，而這個可以用受 矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立的頻率源w1、f2進行選擇通。本次課程設計采用的是

4、前面一種方法。目前常用的2FSK的解調方式有兩種：相干 解調方式和非相干解調方式，根據(jù)已調信號由兩個載波fl、f2調制而成，相干 解調先用兩個分別對fl、f2帶通的濾波器對已調信號進行濾波，然后再分別將 濾波后的信號與相應的載波fl、f2相乘進行相干解調，再分別低通濾波、用抽 樣信號進行抽樣判決器。作為一種常用的數(shù)字調制設備，2FSK在頻帶寬度上面要比2ASK 2PS儂， 主要是因為，隨著技術水平的進一步提升，在實際應用中的技術得到了很大的提 開。2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分，連續(xù)譜取決于調制信號線性 調制后的雙邊帶譜，離散譜由載波分量決定；2FSK信號的功率譜也由連續(xù)譜和離散譜

5、組成；2PSK信號只有連續(xù)譜，對比2ASKB號,2PSK信號實際上是相當于 抑制載波的雙邊帶信號，在抗噪聲性能、誤碼率方面具有一定的優(yōu)勢，能夠形成 一種有效的信號感知。3 .Matlab程序下的2FSK調制信號產(chǎn)生：二進制隨機序列和兩列頻率不等的載波，利用 matlab 庫函數(shù) 產(chǎn)生10個二進制隨機數(shù)，也就是我們的基波調制信號 a,并畫出其波形。產(chǎn)生 兩列余弦波tufl和tuf2 ,頻率分別為f1=20hz,f2=100hz ;并畫出其波形。信號調制：產(chǎn)生2FSK信號和加入高斯噪聲后的2FSK信號，用二進制序列a 去調制fl和f2,產(chǎn)生2fsk信號，具體做法是用以a生成的方波信號g1a直接 與

6、tufl相乘，用a取反后的方波g2a與tuf2相乘，再將兩列信號相加。并畫出 其波形。調用matlab庫函數(shù)產(chǎn)生高斯噪聲no,并與2fsk信號相加得到加入噪 聲后的sn信號，并畫出其波形。數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點， 其取值是有限的離散狀態(tài)?？梢杂幂d波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的 離散狀態(tài)，基本的三種數(shù)字調試方式是：ASK FSKffi PSK3.1 ASKASKX被稱為是振幅鍵控，是正弦載波的幅度歲數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字 調制。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控，其表示式為2ASK t )= a ang t -n s cos ct n式中，g(t如持續(xù)時間為兀

7、的矩形波形，an是脈沖幅值的取值，an=0或1。二進制振幅鍵控信號調制器原理框圖，如圖 1所示。斗關電路圖1:二進制振幅鍵控信號調制器原理框圖2ASK信號非相干解調過程的時間波形，如圖 2所示:圖2 : 2ASK信號非相干解調過程的時間波形圖2ASKM制各點的時間波形圖，如圖 3所示：圖3: 2ASK調制各點的時間波形圖3.2 FSK正弦載波的頻率歲數(shù)字基帶信號在 和f2兩個頻率點間變化，則產(chǎn)生移頻 鍵控信號。移頻鍵控信號可以利用手矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的cos 2t獨立頻率源進行選通。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制移頻鍵控，其表 達式為2FSK t = '、ang

8、 t -n.s cos it ' ang t -n 一s _n _n二進制移頻鍵控信號的時間波形，如圖4所示：，：-AM曬她的WVW醐一-AA/WVW° 愀WMR -信號卅AAWQW一 上圖4:二進制移頻鍵控信號的時間波形圖二進制移頻鍵控信號解調器原理圖，如圖 5所示:30K非相干解調<li> 相干解遍圖3-2-13二進制移頻鍵控信號解調器原理圖2FSK信號的調制模型方框圖，如圖 5所示:圖5 : 2FSK信號的調制模型方框圖2FSK信號調制各點的時間波形，如圖 6所示:> Scope圖5: 2FSK信號調制各點的時間波形3.3 2PSK 仿真3.3.1 仿

9、真思路1 .首先要確定采樣頻率fs和兩個載波頻率的值fl , f2。2 .寫出輸入已經(jīng)信號的表達式 S(t)。由于S(t)中有反碼的存在，則需要將 信號先反轉后在從原信號和反轉信號中進行抽樣。寫出已調信號的表達式S(t) o3 .在2FSK的解調過程中，如上圖原理圖，信號首先通過帶通濾波器，設置 帶通濾波器的參數(shù)，后用一維數(shù)字濾波函數(shù)filter 對信號S(t)的數(shù)據(jù)進行濾波 處理。輸出經(jīng)過帶通濾波器后的信號波形。由于已調信號中有兩個不同的載波( 1,2)，則經(jīng)過兩個不同頻率的帶通濾波器后輸出兩個不同的信號波形H1,H2。4 .經(jīng)過帶通濾波器后的2FSK信號再經(jīng)過相乘器(cos1, cos2)

10、,兩序列 相乘的MATLAB1達式y(tǒng)=x1.*x2 - SW=Hn.*Hn ,輸出得到相乘后的兩個不同的 2FSKM形 h1,h2。5 .經(jīng)過相乘器輸出的波形再通過低通濾波器，設置低通濾波器的參數(shù)，用一維數(shù)字濾波韓式filter對信號的數(shù)據(jù)進行新的一輪的濾波處理。輸出經(jīng)過低通濾波器后的兩個波形(sw1,sw2)。6 .將信號sw1和sw2同時經(jīng)過抽樣判決器，分別輸出st1,st2 o其抽樣判決 器輸出的波形為最后的輸出波形st o對抽樣判決器經(jīng)定義一個時間變量長度 i , 當 st1(i)>=st2(i) 時，則 st=0 ,否則 st=st2(i). 其中 st=st1+st2 。3.

11、3.2 仿真程序程序如下：fs=2000; 嗾樣頻率dt=1/fs;f1=20;f2=120;冽個信號的頻率a=round(rand(1,10);%® 機信號g1=ag2=a;%言號反轉，和g1反向g11=(ones(1,2000)'*g1;g1a=g11(:)'g21=(ones(1,2000)'*g2;g2a=g21(:)'t=0:dt:10-dt;t1=length(t);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2;no=0.01*randn(1,t1);sn

12、=fsk+no;subplot(311);plot(t,no);%噪聲波形title('噪聲波形') ylabel('幅度') subplot(312);plot(t,fsk);title('產(chǎn)生的波形') ylabel('幅度') subplot(313);plot(t,sn);title('將要通過濾波器的波形 ylabel('幅度的大小')方由樣初生的信號啾聲)xlabel( 't')figure(2)%FSK 調b1=fir1(101,10/800 20/800);%設置帶通參數(shù)%經(jīng)

13、過帶通濾波器后的信號b2=fir1(101,90/800 110/800);H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn);subplot(211);plot(t,H1);title('經(jīng)過帶通濾波器f1后的波形)ylabel('幅度') subplot(212); plot(t,H2);title('經(jīng)過帶通濾波器f2后的波形) ylabel('幅度') xlabel( 't') sw1=H1.*H1;sw2=H2.*H2;稱過相乘器 figure(3) subplot(211);plot(t,sw1

14、);title('經(jīng)過相乘器hl后的波形') ylabel('幅度') subplot(212);plot(t,sw2);title('經(jīng)過相乘器h2后的波形') ylabel( ' 幅度) xlabel( 't')bn=fir1(101,2/800 10/800);麻過低通濾波器figure(4) st1=filter(bn,1,sw1);st2=filter(bn,1,sw2);subplot(211);plot(t,st1);title('經(jīng)過低通濾波器sw1后的波形') ylabel('幅度

15、') subplot(212);plot(t,st2);title('經(jīng)過低通濾波器sw2t的波形') ylabel('幅度') xlabel( 't')咿決for i=1:length(t)if (st1(i)>=st2(i) st(i)=0;else st(i)=st2(i); endendfigure(5) st=st1+st2; subplot(211); plot(t,st);title('經(jīng)過抽樣判決器后的波形') ylabel('幅度') subplot(212);plot(t,sn);

16、title('原始的波形')ylabel('幅度')xlabel( 't')程序完；3.3.3 輸出波形圖6噪聲波形345678910產(chǎn)生的波形OO5O*0345673910將要通過濾波器的波形0 T1.圖8經(jīng)過相乘器卜1后的波形經(jīng)過相乘器H2后的波形012345678910t圖103.3.4 結果分析2FSK信號的調制解調原理是通過帶通濾波器將 2FSKF號分解為上下兩路2FSK 信號后分別解調，然后進行抽樣判決輸出信號。本實驗對信號2FS麻用相干解調 進行解調。對于2FSK（統(tǒng)的抗噪聲性能，本實驗采用同步檢測法。設“

17、1”符號對應載波頻率fl , “0”符號對應載波頻率f20在原理圖中采用兩個帶通濾波器來 區(qū)分中心頻率分別為fl和f2的信號。中心頻率為fl的帶通濾波器之允許中心頻率 為fl的信號頻譜成分通過，濾除中心頻率為f2的信號頻譜成分。接收端上下支路兩個帶通濾波器的輸出波形中H1,H2。在H1,H磁形中在分別含有噪聲n1,n2,其分別為高斯白噪聲ni經(jīng)過上下兩個帶通濾波器的輸出噪聲一 一窄帶高斯噪聲，其均值同為0,方差同為（yn）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抽樣值的大小， 可以不專門設置門限。判決 規(guī)制應與調制規(guī)制相呼應，調制時若規(guī)定“1”符號對應載波頻率fl ,則接收時上支路的抽樣較大，應判為“ 1”，反之則判為“ 0”。在（0, Ts）時間內發(fā)送“1”符號（對應col）,則上下支路兩個帶通濾波器 輸出波形H1,H2。H1,H2分別經(jīng)過相干解調（相乘一低通）后，送入抽樣判決器進 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 號成分；n1和n2均為低通型高斯噪聲，其均值為零，方