FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析畢業(yè)設(shè)計

1、 題 目 FSK調(diào) 制 解 調(diào) 系 統(tǒng) 的 仿 真 與 分 析 學(xué)生姓名 楊 粉 粉 學(xué)號 1113024097 所在學(xué)院 物 理 與 電 信工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級 通 信 工 程 專 業(yè) 1103 班 指導(dǎo)教師 魏 瑞 完成地點 物 理 與 電 信 工 程 學(xué) 院 實 驗 室 2015年6月4日 畢業(yè)論文設(shè)計任務(wù)書院(系) 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信1103班 學(xué)生姓名 楊 粉 粉 一、畢業(yè)論文設(shè)計題目 FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析 二、畢業(yè)論文設(shè)計工作自 2015 年 1 月 10 日 起至 2015 年 6 月 15 日止三、畢業(yè)論文設(shè)計進行地點: 物理與電信工程學(xué)院實驗室

2、四、畢業(yè)論文設(shè)計的內(nèi)容要求： 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，性能較好的系統(tǒng)，但是，作為理論發(fā)展最成熟的調(diào)制解調(diào)方式，對FSK的研究仍然具有非常大的意義，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)進行性能分析。 本次畢業(yè)設(shè)計要求： 1. 運用仿真軟件實現(xiàn)三種進制下FSK調(diào)制解調(diào)過程的仿真并觀測調(diào)制解調(diào)過程中觀察各個環(huán)節(jié)時域和頻域的波形； 2. 結(jié)合三種不同信道環(huán)境對比三種進制下FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況； 3. 對仿真結(jié)果進行分析。 五、畢業(yè)論文設(shè)計應(yīng)收集資料及參考文獻： 閱讀和學(xué)習(xí)關(guān)

3、于FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和計算機仿真技術(shù)方面的專業(yè)資料，參閱的外文文獻不少于3篇。 六、畢業(yè)論文設(shè)計的進度安排： 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(zhǔn)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(zhǔn)備并完成答辯。 指 導(dǎo) 教 師 系(教 研 室) 系(教研室)主任簽名 批準(zhǔn)日期 接受論文 (設(shè)計)任務(wù)開始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析 楊粉粉（陜西理工學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 通信工程專業(yè) 201

4、1級3班，陜西 漢中 723003）指導(dǎo)教師：魏瑞摘要數(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。本次設(shè)計運用MATLAB軟件的仿真環(huán)境Simulink搭建了2FSK、4FSK和8FSK的仿真模型；其次，分析這三種不同進制下的FSK分別在高斯、瑞利、萊斯信道環(huán)境下的誤碼率與頻譜性能。最后，同種進制下的FSK在高斯信道環(huán)境下的波形畸變較大，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寬，且誤碼率也越來越大。關(guān)鍵詞MATLAB;FSK調(diào)制;FSK解調(diào);仿真FSK simulation and analysis of

5、FSK demodulation systemYang Fenfen(Grade 2011,Class3,Major of Communication Engineering ,Dept of Electrinics and Information Engineering Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shanxi)Tutor:Wei RuiAbstract：Digital modulation technology is the most important technology in communication syste

6、m, and it is also an important way to improve the performance of communication system. 2FSK, 4FSK and 8FSK three decimal simulation models are built by the Simulink simulation environment of MATLAB software;secondly, the BER (bit error rate) and spectral properties of this three different binary FSK

7、 are analyzed respectively under the Gaussian, Rayleigh, Rician channels. Finally, in Gaussian channel, the same binary of FSK waveform distortion is largest,but the overall performance is the best, and the worst is in the Rayleigh channel environment; the bigger hexadecimal number is, the wider the

8、 spectrum of the main lobe is, and the bigger BER is. Key words：MATLAB;FSK modulation ;FSK demodulation ; Simulation目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc17140 引言 PAGEREF _Toc17140 1 HYPERLINK l _Toc3340 1 研究方案 PAGEREF _Toc3340 3 HYPERLINK l _Toc10268 1.1 研究目標(biāo) PAGEREF _Toc10268 3 HYPERLINK l _Toc19802 1.

9、2 方案設(shè)計 PAGEREF _Toc19802 3 HYPERLINK l _Toc4868 1.3 方案分析與選擇 PAGEREF _Toc4868 5 HYPERLINK l _Toc6088 1.4 軟件介紹 PAGEREF _Toc6088 6 HYPERLINK l _Toc26215 2 FSK工作原理 PAGEREF _Toc26215 8 HYPERLINK l _Toc2360 2.1 2FSK的表達式以及波形圖 PAGEREF _Toc2360 8 HYPERLINK l _Toc17509 2.2 2FSK信號的調(diào)制與解調(diào) PAGEREF _Toc17509 8 HYP

10、ERLINK l _Toc30961 2.3 MFSK頻率調(diào)制系統(tǒng) PAGEREF _Toc30961 9 HYPERLINK l _Toc30279 3 仿真與分析 PAGEREF _Toc30279 11 HYPERLINK l _Toc1475 3.1 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真 PAGEREF _Toc1475 11 HYPERLINK l _Toc30598 3.1.1 2FSK系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置 PAGEREF _Toc30598 11 HYPERLINK l _Toc23946 3.1.2 三種信道下運行結(jié)果波形顯示 PAGEREF _Toc23946 12 HYPERLINK l _

11、Toc26053 3.1.3 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示 PAGEREF _Toc26053 15 HYPERLINK l _Toc6572 3.2 4FSK調(diào)制解調(diào)仿真 PAGEREF _Toc6572 16 HYPERLINK l _Toc26081 3.2.1 4FSK系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置 PAGEREF _Toc26081 16 HYPERLINK l _Toc8310 3.2.2 三種信道下運行結(jié)果波形顯示 PAGEREF _Toc8310 17 HYPERLINK l _Toc20040 3.2.3 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示 PAGEREF _Toc20040 20 HYPERLI

12、NK l _Toc14992 3.3 8FSK調(diào)制解調(diào)仿真 PAGEREF _Toc14992 20 HYPERLINK l _Toc10542 3.3.1 8FSK軟件設(shè)計思路 PAGEREF _Toc10542 20 HYPERLINK l _Toc17630 3.3.2 原理框圖 PAGEREF _Toc17630 21 HYPERLINK l _Toc30053 3.3.3 仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc30053 21 HYPERLINK l _Toc727 3.4 誤碼率顯示 PAGEREF _Toc727 25 HYPERLINK l _Toc28626 3.5 頻譜特性

13、與誤碼率分析 PAGEREF _Toc28626 26 HYPERLINK l _Toc28664 3.5.1 頻譜特性和波形分析 PAGEREF _Toc28664 26 HYPERLINK l _Toc7859 3.5.2 誤碼率分析 PAGEREF _Toc7859 27 HYPERLINK l _Toc14253 結(jié)束語 PAGEREF _Toc14253 28 HYPERLINK l _Toc9523 致謝 PAGEREF _Toc9523 29 HYPERLINK l _Toc31604 參考文獻 PAGEREF _Toc31604 30 HYPERLINK l _Toc935 附

14、錄A:科技文獻 PAGEREF _Toc935 31 HYPERLINK l _Toc21465 附錄B:2FSK調(diào)制解調(diào)仿真模塊電路圖 PAGEREF _Toc21465 40 HYPERLINK l _Toc19408 附錄C:4FSK調(diào)制解調(diào)仿真模塊電路圖 PAGEREF _Toc19408 41 HYPERLINK l _Toc375 附錄D:8FSK調(diào)制解調(diào)源程序代碼 PAGEREF _Toc375 42 HYPERLINK l _Toc16974 附錄E:誤碼率源程序代碼 PAGEREF _Toc16974 44引言 如今社會通信技術(shù)的發(fā)展速度可謂是日新月異，計算機的出現(xiàn)在現(xiàn)代通信

15、技術(shù)的各種媒體中占有獨特的地位，計算機在當(dāng)今社會的眾多領(lǐng)域里不僅為各種信息處理設(shè)備被使用，而且它與通信相結(jié)合，使電信業(yè)務(wù)更加豐富。 課題來源于老師，旨在設(shè)計一個FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)并分析其波形、頻譜、誤碼率。了解FSK調(diào)制/解調(diào)的基本理論，分析設(shè)計一個完整的FSK發(fā)送與接收系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行仿真分析與設(shè)計，以此提高自己的分析材料、解決問題和設(shè)計能力。調(diào)制解調(diào)技術(shù)在通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，從消息變換來的原始信號具有較低的頻譜分量，這種信號在許多信道中不適宜進行傳輸，因此，在通信系統(tǒng)中的發(fā)送端常常需要調(diào)制過程，而在其接受端則需要反調(diào)制過程-解調(diào)過程。調(diào)制就是按調(diào)制信號的變化規(guī)律去改變高頻載波的

16、某些參數(shù)的過程；解調(diào)的實質(zhì)是頻譜的搬移。它的優(yōu)劣決定了通信系統(tǒng)的性能，是軟件無線電的關(guān)鍵所在?？偠灾?，F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研究不僅可以更加精確的處理信號相位，提高系統(tǒng)頻帶寬度，而且還可使用數(shù)字電路和軟件相結(jié)合的方法，在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 1837年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報機標(biāo)志著電通信的開始,之后，利用電進行通信的研究取得了長足的進步。1866年利用海底電纜實現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報通信。1876年貝爾發(fā)明了 ,由于它比電報更便于交流使用，所以直到20世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的 通信技術(shù)比電報的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。1937年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。20世紀(jì)6

17、0年代以后集成電路、電子計算機的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在70年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動 在90年代中期被數(shù)字移動 所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替1。 就目前大多數(shù)的FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)而言，其主要由發(fā)送端、中間傳送的信道和接收端這三大部分組成。在FSK中，接收端接收到載波信息，并對接收信號進行調(diào)制處理后，會將信息送至信道進行傳送，傳送到接收端，然后在接收端上利用解調(diào)把信道傳送過來的信息還原。通常來說，F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研究可以將人們的生活便利化、智能化，讓他們的生活會越來越好。 提供較高的頻譜效率；必須有好的頻譜特性，降低帶外輻射，減少干擾；具有抗多徑衰落等特性，保證好

18、的信噪比，以獲得好的誤碼性能；便于采取簡單的調(diào)制解調(diào)方法；易于實現(xiàn)，成本低廉，可減小設(shè)備尺寸。 FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，遍及在各個領(lǐng)域。其也在電力線載波通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，目前采用FSK方式的國家和地區(qū)有：美國、中國、日本、英國、加拿大、比利時、西班牙、新加坡等，而且針對FSK信號在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，國內(nèi)外己經(jīng)有大量的研究成果。 應(yīng)用案例： (1)藍(lán)牙(Bluetooth)通信設(shè)備。 (2)醫(yī)學(xué)植入微電子器件。 (3)便攜式消費電子。 (4)鐵路信號控制系統(tǒng)中的頻移自動閉塞系統(tǒng)。 論文共分4章節(jié)，第1章節(jié)是對FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真的研究思路；第2章節(jié)是FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)工作原理的分析與掌握

19、；第3章節(jié)是基于仿真軟件對FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析。 第一章為研究方案，介紹這次畢業(yè)設(shè)計的研究目標(biāo)、方案設(shè)計：其中包括有文字說明和框圖表示、方案的分析與選擇：經(jīng)過比較三種方案的優(yōu)缺點，最終確定一種方案進行畢業(yè)設(shè)計、軟件介紹：本次畢業(yè)設(shè)計的實現(xiàn)平臺及其它的簡介。 第二章為FSK工作原理，概述數(shù)字信號調(diào)制與解調(diào)的原理，2FSK信號、4FSK信號、8FSK信號的產(chǎn)生原理，用什么方法進行來實現(xiàn)其數(shù)字調(diào)制信號與解調(diào)信號。 第三章為系統(tǒng)的仿真與分析，基于第一章節(jié)和第二章節(jié)的知識基礎(chǔ)之上，借助于MATLAB軟件平臺來完成2FSK信號、4FSK信號的模塊仿真與8FSK信號程序的仿真，并按照任務(wù)書來觀測調(diào)

20、制解調(diào)過程中觀察各個環(huán)節(jié)時域和頻域的波形；并結(jié)合三種不同信道環(huán)境對比三種進制下FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況；最終，對仿真結(jié)果進行分析。 第四章為結(jié)束語，因為在設(shè)計過程中會遇到不少問題，比如說：基礎(chǔ)知識的不牢固、對一些常用的應(yīng)用軟件缺少應(yīng)用、相關(guān)知識掌握不夠全面，缺少系統(tǒng)設(shè)計仿真的經(jīng)驗等等問題，這就需要我們對自己進行反思，也需要我們及時的與老師進行溝通，更要學(xué)會高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料，并且需要我們不斷地對模塊參數(shù)進行修改來達到預(yù)期的效果。 1 研究方案1.1 研究目標(biāo)(1)設(shè)計一個具體的FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)； (2)該系統(tǒng)針對三種進制情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真；

21、(3)該系統(tǒng)在上步基礎(chǔ)上通過三種信道情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (4)觀測調(diào)制解調(diào)過程中觀察各個環(huán)節(jié)時域和頻域的波形； (5)對仿真結(jié)果的頻譜特點與誤碼率情況進行分析。 1.2 方案設(shè)計方案一：基于單片機的FSK方案設(shè)計 用集成電路構(gòu)成FSK調(diào)制解調(diào)器是一個較好的方案，但難以應(yīng)用于線路干擾強的場合。我用MCS51系列單片機實現(xiàn)FSK調(diào)制解調(diào)器，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且實用2。FSK由頻率調(diào)制器產(chǎn)生不同的頻率，常常在二進制中用和兩種頻率，其代表碼元“0”，代表碼元“1”。調(diào)制數(shù)據(jù)的碼元決定頻率調(diào)制器的輸出頻率，實現(xiàn)其FSK有頻率選擇法、調(diào)頻法和數(shù)字調(diào)頻法。頻率選擇法輸出頻率穩(wěn)定、準(zhǔn)確，但相位不連續(xù)，容

22、易產(chǎn)生帶外輻射，影響鄰近信道。調(diào)頻法雖然相位連續(xù)，但是頻率精度不高，穩(wěn)定性差，外界條件變化時，容易產(chǎn)生頻率漂移。數(shù)字調(diào)頻法解決了上述的問題，又兼有這兩種的優(yōu)點。因此，在單片機方案設(shè)計中，我選擇數(shù)字調(diào)頻法3。 晶振 D/A固定分頻可變分頻脈沖形成 FSK 調(diào)制數(shù)據(jù)輸入 圖1.1 基于單片機調(diào)制原理框圖 在單片機中，F(xiàn)SK的解調(diào)就是從FSK載波信號中恢復(fù)出原始基帶信號，其方法就是相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。其中，非相干解調(diào)容易在單片機中實現(xiàn)，所以，常用的是非相干解調(diào)3。帶通濾波器整形鑒頻判決 FSK 原始基帶信號 圖1.2 非相干解調(diào)原理框圖 載波信號經(jīng)過帶通濾波器后變成寬度不同的方波，這些方波代表

23、著不同的碼元；鑒頻器確定對應(yīng)載波頻率，根據(jù)頻率判決對應(yīng)碼元。實現(xiàn)FSK解調(diào)涉及的技術(shù)難度問題都比較大，一般使用帶通濾波器、倍頻器、鎖相環(huán)等，電路較為復(fù)雜一些。方案二：基于FPGA的FSK方案設(shè)計 基于FAPGA的FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真里面，在調(diào)制解調(diào)中，它的設(shè)計比較靈活。該方案設(shè)計也是基于鍵控法設(shè)計調(diào)制模塊，利用過零檢測法實現(xiàn)其解調(diào)模塊，使其在最后輸出原始基帶信號。在這個FPGE設(shè)計中，它的原理上輸出的信號和基帶信號是一致的，也滿足整個設(shè)計要求，且整個系統(tǒng)還具有較高的穩(wěn)定性4。在調(diào)制模塊中，是由兩個分頻器，兩個載波和選通開關(guān)組成的5。 clkstart 載波2分頻器2已調(diào)信號 二選一選通開關(guān)

24、載波1分頻器1基帶信號 圖1.3 基于FPGA調(diào)制原理框圖 基于FPGA的解調(diào)中，是由分頻器，寄存器，計數(shù)器，判決器組成的。其中分頻器是一種基本電路，通常用來對某個頻率進行分頻得到所需的頻率，整數(shù)分頻器可采用計數(shù)器設(shè)計實現(xiàn)。判決器是對到來的碼元按照判決門限進行判決5。clkstart寄存器判決計數(shù)器分頻器基帶信號基帶信號 圖1.4 基于FPGA解調(diào)原理框圖方案三：基于MATLAB的FSK方案設(shè)計 基于MATLAB的FSK仿真中， 數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。從原理上講，2FSK信號的產(chǎn)生方法有兩種： 1.模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進行

25、調(diào)頻。模擬調(diào)頻器 基帶信號 FSK信號 振蕩器1相加器 反相器 選通開關(guān) 振蕩器2 選通開關(guān) 圖1.5 模擬法 2.鍵控法，注意：選通開關(guān)也可用乘法器。 頻移鍵控信號常用的解調(diào)方式有多種，其有相干解調(diào)、非相干解調(diào)（包絡(luò)檢測法）、過零檢測法、鑒頻法和差分檢波法等等。非相干解調(diào)法，具體原理框圖如圖1.7所示。 帶通濾波器1抽樣脈沖 帶通濾波器2抽樣判決包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器 圖1.7 非相干解調(diào)法原理框圖2.相干解調(diào)法，具體原理框圖如圖1.8所示。 低通濾波器2 帶通濾波器2 帶通濾波器1 低通濾波器1 相乘器 相乘器 抽樣判決器 抽樣脈沖 圖1.8 相干解調(diào)法原理框圖 3.過零檢測法，具體原理框圖

26、如圖1.9所示。 脈沖展寬 抽樣判決限幅 BPF整流 微分低通 圖1.9 過零檢測法原理框圖 1.3 方案分析與選擇方案一：單片機方案分析單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上，構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。其特點如下：優(yōu)點:（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化； （2）單片機可靠性高； （3）處理功能強，速度快； （4）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； （5）控制

27、功能強，環(huán)境適應(yīng)力強。缺點:（1）運行速度慢是因為集中指令結(jié)構(gòu)，而且芯片為了抗干擾采用了12分頻法； （2）所有的I/0口都是準(zhǔn)雙向口，I/0口的驅(qū)動能力弱； （3）芯片里面的P0口沒有上拉電阻； （4）芯片不能定義成內(nèi)部復(fù)位方式，只能用外部微分電路復(fù)位； （5）芯片內(nèi)部沒有RC振蕩。如要芯片正常工作，需要外加振蕩源； （6）功耗比較高，抗干擾能力也不是很強。 方案二： FPGA方案分析 FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列，其可以設(shè)計為各種邏輯功能，設(shè)計靈活。當(dāng)然它也可嵌入各種CPU做為處理器，如：8051，ARM，NIOS_ii等等構(gòu)架的CPU. FPGA；新型FPGA可以用內(nèi)部 HYPERLINK

28、 :/ haosou /s?q=%E4%B9%98%E6%B3%95%E5%99%A8&ie=utf-8&src=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 乘法器/ HYPERLINK :/ haosou /s?q=%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8&ie=utf-8&src=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 寄存器/內(nèi)存塊構(gòu)造軟核。其特點如下：優(yōu)點：（1）在高速信號處理時，可以采用并行結(jié)構(gòu)，大大提高處理速度，甚至可以超過目前最快的DSP，適合與高速場合； （2）設(shè)計周期短，邏輯單元靈活； （3）集

29、成度高； （4）可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路； （5）編程很靈活。缺點：（1）功耗較大； （2）編程數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)斷電丟失； （3）使用方法復(fù)雜，保密性差。方案三： MATALB方案分析 MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，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(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。其特點如下：優(yōu)點：（1）在計算要求相同時，MATLAB編程工作量大大減小； （2）MATLAB工具包都是現(xiàn)成的，調(diào)用一下很方便； （3）在各類仿真中，MATLAB是主要解決電子信息中的問題，可以做出仿真結(jié)果; （4）計算功能強大，速

30、度快，精度高； （5）編寫程序簡單，易懂。缺點：在與其他數(shù)學(xué)軟件相比較的話，最主要的缺點有兩點，分別是： （1）循環(huán)的執(zhí)行速度、符號計算功能比較弱； （2）參數(shù)設(shè)置比較困難； （3）價格比較貴。方案選擇 我在本次設(shè)計中，將借助于MATLAB平臺來完成FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真。原因有以下幾點：考慮到實現(xiàn)軟件功能的靈活性，方便，電路的復(fù)雜度，預(yù)采用MATLAB實現(xiàn)；在實際情況中，由于要觀察各個時期的波形變化和誤碼率觀察，特別是頻譜特性的觀察。在硬件電路中它的元器件多，波形在調(diào)制解調(diào)時也容易失真難以觀察，但在軟件中就很容易實現(xiàn)的。在硬件電路中，多進制頻移鍵控是很難完成的，可以想象其在調(diào)試階段是多么的困

31、難。最主要的是由于自身的原因。一方面，自己本來就在硬件方面是弱項，再加上做硬件的不可能一次兩次就成功的，這是需要不停地調(diào)試。另一方面，在仿真這塊，我們接觸的最多的就是MATLAB仿真，在Simulink環(huán)境中搭建模塊的話比較便捷，并且可以達到畢設(shè)的要求，美中不足的就是參數(shù)設(shè)置不太好調(diào)試。綜上所述，由于多種原因，自己會采用基于MATALB的Simulink環(huán)境下進行FSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真與分析。 1.4 軟件介紹MATLAB簡介 MATLAB是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充

32、MATLAB的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C、FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且Mathworks也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10075.htm t _blank C、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/36402.htm t _blank FORTRAN、 HYPERLINK :/baike.baidu /vi

33、ew/824.htm t _blank C+ 、JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用。MATLAB有著強大的功能且應(yīng)用范圍非常廣，可以用來進行多種工作，具體如下：數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/286846.htm t _blank 數(shù)字圖像處理技術(shù)、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/162096.htm t _blank 數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程等。 MMATLAB被稱為第四代計

34、算機語言。它的最突出的特點就是簡潔，它用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。Simulink簡介 Simulink是MATLAB的重要組成部分，Simulink是Matlab軟件下的一個附加組件，它具有相對獨立的功能和使用方法。 Simulink的文件類型為.mdl。 Simulink支持連續(xù)與離散系統(tǒng)，也支持線性與非線性系統(tǒng)。Simulink里包括一些控制工具箱，例如控制系統(tǒng)工具箱，模糊邏輯工具箱，非線性控制設(shè)計模塊等等。用戶還可以創(chuàng)建與定制自己的功能模塊，而不一定只使用simulink系統(tǒng)軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)模塊。

35、這樣，用戶就可以自行擴充軟件的使用范圍。Simulink的主要功能時實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模仿真與分析的MATLAB軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分、擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析，可以預(yù)先對系統(tǒng)進行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。Simulink仿真與分析的主要步驟按先后順序為為：從模塊庫中選擇所需要的基本功能模塊，建立結(jié)構(gòu)圖模型，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2.1 2FSK的表達式以及波形圖 在

36、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。故其時域表達式為2.1所示。 （2.1) 根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的數(shù)字表達式可以表示為2.2所示。 （2.2) 其中，s(t)為單極性非歸零矩形脈沖序列為2.3所示。 （2.3) （2.4） 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，即式為2.5所示。 （2.5） 是的反碼，即若 =0，則 =1；若=l，則 =0，于是式為2.6所示。 （2.6）

37、、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（2-2）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。 2.2 2FSK信號的調(diào)制與解調(diào)二進制頻移鍵控產(chǎn)生方法如圖2.1所示，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)2FS

38、K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)鍵控法圖2.1 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)、相干解調(diào)和過零檢測法的原理框圖如圖2.2和2.3所示。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

39、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07. 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 圖2.2 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 圖2.3 相干解調(diào)法原理框圖 過零檢測法解調(diào)的原理框圖2.4所示，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

40、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 圖2.4 過零檢測法原理框圖2.3 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。MFSK的表達式可表示為2.7所示。 （2.7）式中,當(dāng)在時間間隔0=tTs,發(fā)送

41、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)。

42、如圖2.5是其調(diào)制解調(diào)部分原理框圖。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圖2.5 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3.1 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)

43、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。 圖3.1 用Simulink仿真平臺搭建出的2FSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)圖3.1.1 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）取0的可能性是0.5； （3）初始種子取值是61； （4）采樣時間取值是0.005； （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；

44、（4）采樣時間取值都是1e-5； 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）參數(shù)設(shè)置為0.5； （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)

45、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）采樣頻率設(shè)置為0.005；（2）其他設(shè)置為默認(rèn)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(rèn)模式. 8).高斯信道參數(shù)設(shè)置（1）方差設(shè)置為0.1；（2）起始種子設(shè)置為41；（3）采樣時間設(shè)置是1e-5. 9).瑞利信道參數(shù)設(shè)置（1）西格瑪設(shè)置為0.1（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1e-5. 10).萊斯信道參數(shù)設(shè)置（1）萊斯K因子設(shè)置是默認(rèn)值不變；（2）西格瑪設(shè)置為0.1（設(shè)置的越小越好，

46、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1e-5.3.1.2 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

47、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.圖3.4 高斯道下調(diào)制部分波形圖解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號.圖3.3 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3.4 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.圖3.5 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3.6 萊斯信道下調(diào)制部分波形圖解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號.圖3.7 萊斯信道下解調(diào)后的波形圖 由以上圖可

48、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。3.1.3 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示 任何信號都可以通過 HYPERLINK :/ haosou /s?q=%E5%82%85%E7%AB%8B%E5%8F%B6%E5%8F%98%E6%8D%A2&ie=utf-8&src=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 傅立葉變換而分解成一個 HYPERLINK :/ haosou /s?q=%E7%9B%B4%E6

49、%B5%81%E5%88%86%E9%87%8F&ie=utf-8&src=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 直流分量（也就是一個nda.haosou /q/_blank 常數(shù)）和若干個（一般是無窮多個） HYPERLINK :/ haosou /s?q=%E6%AD%A3%E5%BC%A6&ie=utf-8&src=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 正弦信號的和。 每個正弦分量都有自己的頻率和rc=wenda_link t :/wenda.haosou /q/_blank 幅值，這樣，以頻率值作橫軸，以幅值作

50、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3.8 三種信道下頻譜圖顯示當(dāng)信道中加方差為0.1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

51、道下的失真程度大一些。3.2 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。圖3.9 用Simulink仿真平臺搭建出的4FSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)圖3.2.1 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；

52、（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0.05；（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； （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1e-4； （5）其余為默認(rèn)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0.5； （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

53、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0.0

54、05；（2）其他設(shè)置為默認(rèn)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(rèn)模式. 8).高斯信道參數(shù)設(shè)置（1）方差設(shè)置為0.1；（2）起始種子設(shè)置為37；（3）采樣時間設(shè)置是0.05. 9).瑞利信道參數(shù)設(shè)置（1）西格瑪設(shè)置為0.1（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37；（3）采樣時間設(shè)置是0.05. 10).萊斯信道參數(shù)設(shè)置（1）萊斯K因子設(shè)置是默認(rèn)值不變；（2）西格瑪設(shè)置為0.1（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）；（3）起始種子設(shè)置為37；（4）采樣時間設(shè)置是0.05.3.2.2 三種信道下運行結(jié)

55、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。 （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3.10 高斯信道下調(diào)制部分波形圖解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號.圖3.11

56、 高斯信道下解調(diào)后的波形圖載波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3.12 瑞利信道下調(diào)制部分波形圖解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號.圖3.13 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3.14 萊斯信道下調(diào)制部分波形圖解調(diào)后的基帶數(shù)字信號；（2）原始基帶信號.圖3.15 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。在接收端即就是

57、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。3.2.3 三種信道下運行結(jié)果頻譜顯示所示。 （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3.16 三種信道下頻譜圖顯示當(dāng)信道中加方差為0.1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

58、寬大于二進制的帶寬。3.3 8FSK調(diào)制解調(diào)仿真3.3.1 8FSK軟件設(shè)計思路 （1）模塊法實現(xiàn)8FSK系統(tǒng)仿真 由如圖3.17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。調(diào)制模塊噪聲信道解調(diào)模塊 輸入 輸出 圖3.17 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。隨機序列的產(chǎn)生調(diào)制后波形顯示調(diào)

59、制后頻譜顯示加噪處理解調(diào)部分顯示 圖3.18 8FSK編程法實現(xiàn)3.3.2 原理框圖 實現(xiàn)8FSK的具體調(diào)制解調(diào)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。串/并變換邏輯電路2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 圖3.19 8FSK調(diào)制解調(diào)原理框圖3.3.3 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

60、，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。圖3.20 隨機序列 （2）調(diào)制后的波形顯示 在調(diào)制過程中，調(diào)用