差分码FSK调制与非相干解调系统仿真.docx

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差分码FSK调制与非相干解调系统仿真

差分码FSK调制与非相干解调系统仿真

学生姓名：

指导老师：

摘要本课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行差分码FSK调制与非相干解调系统仿真。

在本次课程设计中先进行码型转换，即将基带信号的绝对码转换为差分码（相对码），再根据FSK调制与解调原理构建调制解调电路，从Simulink工具箱中找所各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，之后加入高斯、瑞利噪声，并分析对信号的影响，最后通过对输出波形和功率谱的分析得出差分码FSK调制解调系统仿真是否成功。

关键词差分码；2FSK；调制；非相干解调；Simulink

1引言

本次课程设计主要利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个差分码FSK调制与非相干解调系统仿真系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，即为加噪声和加高斯、瑞利噪声，将三种噪声源的方差均设置相同，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析比较通过三种不同信道后的接收信号的系统性能。

1.1课程设计目的

通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。

掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。

由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。

通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。

1.2课程设计的步骤

（1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（3）在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：

a用高斯白噪声模拟有线信道，b用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道。

将两种噪声源的方差均设置相同，分析比较通过两种不同信道后的接收信号的性能。

（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3设计平台

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink[1]。

　　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。

2基本原理

2.1差分码2FSK的调制与解调

（1）码型转换

先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对编码变成相对码（差分码），然后根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。

（2）2FSK的调制原理

在二进制频移键控（2FSK）中，当传送“1”码时对应于载波频率

，传送“0”码时对应于载波频率

。

　　其中

，

，

为频率为

的载波的初始相位，

为频率为

的载波的初始相位。

令

为

的反码，即

则有:

当

时，

;当

时，

。

    　　则2FSK信号可表示为:

其中，我们在分析中假设

为单个矩形脉冲序列，其表达式为:

　　由式上式可知，相位不连续的2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和。

二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现.图2-3是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图,图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一.。

图2–3数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

图2-4二进制移频键控信号的时间波形

从图中可以看出b是a的反码即若a=1,则b=0,若a=0,则b=1;c为载波f1，d为载波f2，g为2FSK的调制出的信号。

（3）2FSK的解调原理

经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器w1、w2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。

本设计要求非相干解调，其原理图如下图所示：

图2–5二进制移频键控信号解调器原理图

图2–62FSK非相干解调时间波形图

（4）解差分码：

此为码型变换的逆过程。

3系统仿真设计

3.1差分码2FSK信号调制与解调

（1）差分码2FSK的调制与解调

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将2FSK信号调至所需要的模块拖入空白模型中。

下图中BernoulliBinaryGenerator模块为信号产生器，它能产生二进制的数字基带信号。

Sinewave1，Sinewave2为频率为f1和f2载波模块，DifferentialEncoder模块为差分码转换模块，Product为乘法器模块，Scope为示波器模块，NOT为反相器模块，PowerSpectral是功率谱模块。

2FSK信号是由频率分别为Sinewave1和Sinewave2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中Sinewave1和Sinewave2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号。

AnalogFilterDesign模块为带通滤波器，Abs模块为绝对值，其作用等同于包络检测器，Subtract模块对信号进行加法或减法运算，Zeroorderhold模块的功能为零阶保持模块，QuantizingEncoder为量化编码器模块，Zeroorderhold和QuantizingEncoder的作用等同于在定时脉冲下的抽样判决器，DifferentialDecoder模块为差分码解码模块，ErrorRate

Calculation模块是用来计算误码率，并由Display显示出来。

调制解调模型图如下图所示：

图3–1差分码2FSK信号调制与解调的simulink模型方框图

（2）差分码2FSK的调制与解调参数设置

a、载波：

f1，f2是幅度为3；频率分别为4*pi和8*pi；采样时间为1/500的信号。

图3–2载波sinwave1的参数设置

图3–3载波sinwave2的参数设置

b、信号产生器：

产生二进制的数字基带信号

图3-4基带信号BernoulliBinaryGenerator信号模块参数设置

c、带通滤波器：

由于载波f1和f2的频率分别为4*pi和8*pi，基带信号的采样时间为1，所以其频率为1HZ，1HZ等于2*pi，又因为2FSK的带通滤波器取值就是载波频率加减基带信号的频率，而通带范围最好要比原通带大一点，则带通滤波器1的取值范围是6*pi到11*pi，带通滤波器2的取值范围是14*pi到17*pi。

图3-5带通滤波器1参数设置

图3-6带通滤波器2参数设置