SimulinkFSK二进制解调与调制

、实验目的

1利用MATLAB/Simulink进行通信实验系统仿真，熟悉 Simulink的操作环境与模块应用。 2、 实现FSK二进制解调与调制实验，对系统进行仿真与性能分析。 3、 学习独立思考，设计实验，对实验原理有充分的理解。

二、实验原理

FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“

1

来对应于载频fl，而“0”用来对应于另一相载频f2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控 制的开关电路对两个不同的独立的频率源 fl、f2进行选择通。如下原理图：

我波

2-FSK信号产生方法

FSK的解调方式有两种：相干解调方式和非相干解调方式. 1、非相干解调

经过调制后的FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器 f1、f2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。其原理图如下图所示：

F1

非相干式解调方式

2、相干解调

根据已调信号由两个载波fl、f2调制而成，则先用两个分别对fl、f2带通的滤波器对已调信号 进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波 用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如下：

fl、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、

CoSHit

输入

相干解调方式

三、实验过程

FSK的的调制与解调过程的MATLAB仿真原理图及其分析：

利用MATLAB!立系统的仿真图。按照2FSK系统的物理与数学模型建立系统模型。根据相干方式 的原理图利用MATLAB勺Simulink建立系统的模拟仿真图。如下图所示：

系统中仿真模块的作用及主要参数的设置分析:

• Fynctifln Block \"厲”帆尊嚣 F£K凋制 * The inputs can be either binary^Htapped or Gray^mapped into synbols In case of frMe-basi&d inputs the ■width of the output frame equals The product o± the nujiber of symbols and the Samples per syabol value. In case of ^an.ple-based inputs the output S!anple tins equals the symbol period divided by the Samples per symbol value. PaiMBters M-ary number s 2 Input type: Inleger Synbol set ordering; Binary Frequency separation (Hz): I DOO Phase ccntinuity: Eiscoiitirnjaus Output data types double 审 审 OS | EMWEI Help Apply

” FuncEiorii Block Parameters: ：b[lA■奇齎糜古

kA W WimT V WHF4- * -Ml

二

i I b*r —ifa I* ■

七 * 4r F 7 i R4r — ■

and output signals can be real ar conpleK・ This block supports multlchannel input and output siignals as veil as frajie-based processing・

inputS the variance values are eaually divided amonc ths real and imaginary compon&nts of the input signal・

JI

When usint either of the viriance no def with cdutplex

Parameters Init ial seed:

Mode: Signa.1 i:o noise ratio (Eb/No) Eb/No (dfi):: 15

Number of bit s per symbol: 1

Input ricnal p■口・er, referenced to I ohm (・atts):

1

Symbol period (s); 1/1800

QK ] Cancel

Help ‘ Apply

贝努力二进制序列产生器,用来产生调制二进制信号•要设置的参数两个,一个是Probability of a zero即二进制中” 0”产生的概率,设置成0.5;另一个是Sample time即每秒发送多少个脉冲,这个 值可以由仿真后的Scope中的数据与仿真时间相除得到，可以任意设置。这里设置成 1/1800,即一秒 发送1800个脉冲。

Channels模块（加入噪声）

作用是用模拟一个加性高斯白噪声信道。主要参数：

Mode,有Eb/no、Es/no、SNR等几种选择，都是表示信道中噪声对信号的大小，这里设为

Eb/no;b、Eb/no，大

小不同，信道中噪声对信号的大小就不同， Eb/no越大信道中噪声对信号就越小，误码率就小，这个大小仿真后的

1800，即1/1800。

scope模块中看到，设为15. c、Symbol period,设成与二进制产生的速度一们，每秒

用来计算接收到的信号的差错率，输出结果有三组，依次是差错率、已检到的错误比特数、统计 的总比特数；主要参数：Receive delay表示接收信号的延迟时间，用来等待所有输入端信号的到达。 在这里1s就够了，所以设为1； Output data,指的是输出端的形式，根据后面接的什么决定，由于 此设计中接的是scope模块，所以设为Poet。

Scope模块（示波器）

作用是显示输出信号的结果。主要参数: 端，所以设为3

Display 模块

Number of axes,表示坐标系的数目，由于有 3个输入

作用是显示输出信号的结果。主要参数: 计数，Format,用一来设置显示结果的格式，如：整数、科学 这里设为short_e。

Relatio nal Operator

模块（信号比较器）

作用是实现系统中的比较运算，比较二进序列产生器发出的信号与解调后的信号， 同，则输出0，否则输出1。主要参数：relational operator

Dlay模块

若两个信号相

设为~=。

用来延迟。默认参数即可

Eye diagram scope 模块（眼图观测）

用眼图的形式来观察输出信号。默认参数即可

FSK的的调制与解调过程的 MATLA仿真结果波形图及分析:

“眼图”观测

评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是观察接受端的基带信号波形。

Ts）上），则在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案，称之为“眼图”

如果将接受波形

（eye pattern）.

输入示波器的垂直放大器，把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步（这时每个码元将重叠到间 隔（0,

眼图为基带传输系统的性能提供了大量的信息。在一般情况下:

眼图张开部分的宽度决定了接受波形可以不受串扰影响而抽样、重建的时间间隔，显然，抽样的 最佳时刻是“眼睛”张开最大的时刻；

“眼睛”在特定抽样时刻的张开高度决定了系统的噪声容限;

“眼睛”的闭合斜率决定了系统对抽样定时误差的敏感程度，斜率愈大则对定时误差愈敏感 眼图的波形如下:

Eye Diagram 1 s o 5 1 5 -O-①0.2 04 0.6 0.B 1 1.2 Time (ms) 1 4 1.6 1 B o

根据Simulink系统仿真系统可以得到 2FSK解调后的眼图。由眼图可以看出系统的误码率很低,这都是Channels 模块中的Eb/no设为15的原因，Eb/no有点大，但眼图的为0的下面那根线没有，还是有一些失真。

1.11126-004 2 0000e*000 1：7999e+004

Displayl

由于二进制产生模块的参数 Sample time设为1/1800 ,并且仿真时间为 10S,所输出码元为 1.7999e+004。误码率为1.1112e-004,误码个数为2.000e+000,即2个。当Eb/no设为200后，眼图 及display如下所显示： 误码率

J■llpn -dE m七或」-1.5

0

0,2 0.4 0.6 0.8 1 1,2 14 1.6 18

Trace: 910 Time (ms)

眼图的波形

0.0000 e+OOO [4 .708*004]

Displayl

误码率

由此图可以看出眼图看不出什么变化， 但display却有了明显变化，误码率及误码个数都为0 了, 说明了

Eb/no越大信道中噪声对信号就越小，误码率就小。

在对系统模块参数与系统仿真参数设置之后， 接下来对系统进行仿真分析。为了能够清楚地观察 仿真结果，我截取一段时间的仿真结果进行观察。根据频移键控的 Simulink模型最终在Scope端得 到不同信号的数字波形图。如下图所示：

Simulink 模型

上图中第一张图是发送信号的波形，第二张图是接收信号的波形，第三张是发送信号与接收信号 的比较结果波形图。

从上图显示的结果可以看出，误码率很低，但这只是目测的结果，事实上，使用

Calculation 模块，我们可以准确的计算出该系统的误码率。

Error Rate

随着AWGN Chane模块的参数的不同，最终得到的误码率也不同。

当次模块中的Eb/no的值的不同最终的误码率有很大的变化。 当次值很小的时候，输出的误码率 就大，在调制与解调的过程中出现出错的几率就很大。当逐渐增大此值，误码率就减小。值越大最终 的误码率就有可能为0。

例如当此值为200的时候得到的对比的图形如下图所示

Simulink 模型

由此可以看出此时的误码率为 0 了。

四、总结

FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式，也是数字通信中用得较广的一种方式。它的主要 优点是：实

现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，适合中低速数据的传输的应用。通常数据率 在低于1200bps时使用FSK方式。在衰落信道中传输数据时，它也被广泛采用。相干解调对接受设备 的复杂程度比非相干解调较高。 这次实验利用MATLAB统仿真发现了通信中传输信息的一系列的问题。比如说要使信号不失真 的能够传输到接收端就要考虑很多的因数。在发送端要注意噪声的加入，尽量的减少噪声进入信道中， 以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号。 而在接收端，采用哪种解调方式能够更 好的恢复出原来的信号。对于不同的解调方式有相干解调和非相干解调。相干解调一般是在接收端使 接收的信号通过一个相乘器，同时乘上一个与原调制信号同频同相的载波，再通过低通滤波器滤出不 需要的信号，然后再经过抽样、量化和编码最终得到原调制信号。对于非相干解调可以将接收的信号 通过包络检波器，然后再经过抽样、量化和编码最终也可以得到原调制信号。

通过这次的课程设计，进一步了解了二进制FSK的基本原理及其解调方法（非相干解调，相干解 调）。当然在学习过程中，遇到过许多困难，比如参数设置的不理想因此总是会出现波形失真的现象 等问题。但是通过上网查找资料和查询参考书能够让我更好的完成此次设计。 同时这次设计也让我能 够更好的对应用工具 MATLA有一个进一步的了解和应用。

参考资料：

1 •沈辉 《精通SIMULINK系统仿真与控制》北京大学出版社 2003 2. 薛定宇 《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 3. 张化光孙秋野

》清华大学出版社 2011.2

《MATLAB/SIMULINK实用教程》人民邮电出版社 2009

科学出版社2011.2

4. 徐家恺 沈庆宏 阮雅端 《通信原理教程》