基于matlab—simulink的2fsk仿真

基于MATLAB—Simulink的2FSK仿真

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2FSK调制与相干解调系统仿真。在本次课程设计中首先根据2FSK调制与相干解调原理搭建调制解调电路图，因此需要从Simulink元件库中查找所需元件并放入所建立的模型中，之后将每个元件连接起来，然后需要合理设置好元件参数并运行，其中可以通过不断的修改参数以得到需要的信号，最后通过对输出波形和功率谱的分析得出2FSK调制解调系统仿真是否成功。 关键词：MATLAB ；Simulink；2FSK；仿真

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目录

第1章 绪论 ................................................................................................................................................... 1

1.1 背景 ................................................................................................................................................. 1 1.2 课程设计要求 ................................................................................................................................. 1 1.3课程设计目的 .................................................................................................................................. 2 第2章 MATLAB/SIMULINK简介 ............................................................................................................... 3

2.1 matlab/simulink的简介 .............................................................................................................. 3 第3章 2FSK调制与解调原理 ..................................................................................................................... 4

3.1 2FSK信号的原理 ............................................................................................................................. 4 3.2 2FSK调制原理 ................................................................................................................................. 4 3.3 2FSK的解调原理 ............................................................................................................................. 6 第4章 设计步骤 ........................................................................................................................................... 8

4.1参数设计 .......................................................................................................................................... 8

4.1.1利用Simulink建立模型 ....................................................................................................... 8 4.1.2 模块说明及数设置 ............................................................................................................... 9 4.2 模型仿真结果及分析 .................................................................................................................... 11

4.2.1 调制解调部分模块产生的波形记录 ................................................................................. 11 4.2.2 频谱图 ................................................................................................................................. 13 4.2.3 系统性能分析 ..................................................................................................................... 14

第5章 结束语 ............................................................................................................................................. 15 参考文献 ....................................................................................................................................................... 16

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第1章 绪论

1.1 背景

数字频率调制又称频移键控，二进制频移键控又称2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波频率。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早起采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快，波形好，稳定度高且易于实现，故广泛应用。

随着电子计算机的普及，数字通信技术正在迅速发展。数字频率调制是数字通信中常见的一种调制方式。频率键控（FSK）方法简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此FSK调制技术在通信行业也得到了广泛应用，并且主要适用于低、中速数据传输。

由于FSK调制解调原理相对比较简单。作为数字通信的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更加复杂的调制解调系统，为以后的进一步发展打下基础。

随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。

1.2 课程设计要求

学会利用matlab进行仿真，能根据实验结果分析系统的性能，学会利用通信原理相关知识在仿真平台上设计2FSK调制解调系统并用示波器观察波形，通过系统仿真加深对通信原理这门课程的理解。

课程设计的要求：

利用通信原理中学习的理论知识，在Simulik仿真平台中设计出各种调制与解调系统、基带传输系统、差错控制编解码系统等，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。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。

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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。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。除此之外，在本次课程设计中需将通信系统中的变量设置如下：

（1）信源: 输入信号为巴克码（有-1,1这两个电平），数字基带信号采用正弦波信号； （2）调制：采用二进制频移键控（2FSK）对数字基带信号进行调制，使用键控法产生2FSK信号；

（3）信道：属于加性高斯信道AWGN； （4）解调：采用相干解调；

（5）性能分析：仿真出数字传输系统的性能指标，即误码率。

1.3课程设计目的

通信原理是电子信息工程方向的一门骨干专业课程。掌握了通信原理可为学生打下一个扎实的专业基础。实践需要与理论结合，因此通过课程设计不仅可以加深我们对理论的认识，而且可以锻炼了我们的思维能力和动手能力。

同时，本次课程设计可以让我们熟练地掌握MATLAB在数字通信工程方面的应用，了解信号处理系统的设计方法和步骤，理解2FSK调制解调的具体实现方法，加深对理论的理解，并实现2FSK的调制解调，画出各个阶段的波形，学习信号调制与解调的相关知识，通过编程、调试掌握MATLAB软件的一些应用，掌握2FSK调制 解调的方法，激发我们学习和研究的兴趣。

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第2章 MATLAB/SIMULINK简介

2.1 matlab/simulink的简介

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。

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。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

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第3章 2FSK调制与解调原理

3.1 2FSK信号的原理

二进制频率调制就是用二进制数字信息控制正弦波的频率，使正弦波的频率随二进制数字信息的变化而变化。由于二进制数字信息只有两个不同的符号，所以调制后的已调信号有两个不同的频率f1和f2，f1对应数字信息“1”，f2对应数字信息“0”。二进制数字信息及已调载波如图2-1所示。

1s(t)011001tf1f2f1f1f2f2f1ts2FSK(t)

图2-1 2FSK信号

3.2 2FSK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对应于载波频率

。

，传送“0”码时

Dn1,出现概率为P,对应于cos(1tn)0,出现概率为(1P),对应于cos(1tn) (1-1)

其中12f1，02f0，

n--频率为f1的载波的初始相位，

n--频率为f0的载波的初始相位。

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令Dn为Dn的反码，即Dn1Dn则有:当Dn1时，Dn0;当Dn0时，Dn1。 则2FSK信号可表示为：

s2FSK(t)[Dng(tnTs)]cos(1tn)[Dng(tnTs)]cos(0tn) (1-2)

nn1,0tT,g(t)0,t其他其中，我们在分析中假设g(t)为单个矩形脉冲序列，其表达式为:

（1-3）

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。

振荡器与门2FSK信号倒相器二进制信号相加器振荡器与门

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ab10010100010ttt111cdtef1f2f1f1f2f2f1ts2FSK(t)图2-3 2FSK调制器各点波形

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。

3.3 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。本设计要求相干解调，其原理图如下图2-4,2-5所示：

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带通滤波器X带通滤波器位定时输出带通滤波器带通滤波器X带通滤波器

图2-4 相干解调器

带通滤波器包络检波器及低通滤波器位定时输出带通滤波器带通滤波器包络检波器及低通滤波器

图2-5 包络解调器

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第4章 设计步骤

4.1参数设计

4.1.1利用Simulink建立模型

这里使用键控法进行2FSK调制，使用相干解调器进行解调,将载波信号频率一个设为1MHZ，一个为5MHZ。系统模型如图4-1：

图4-1 2FSK信号的simulink模型方框图

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4.1.2 模块说明及数设置 （1）调制部分

调制部分模块参数设置如表1： Barker Code Generator Sine wave Sine wave Switch Code length为2，Sample time为1e-5,其他参数不变 Amplitude为1，Frequency为1e6*2*pi,Sample time为0.00000001， Amplitude为1，Frequency为5e6*2*pi,Sample time为0.00000001, Threshhold为0 表1 调制部分模块参数表

（2）解调部分

解调部分模块参数设置如表2： AWGN Relay Error Rate Calculation Symbol period为0.00000001，其他不变 Switch on point为0.1，Switch off point为0，Out put when on为-1，Out put when off为1，其他不变 Receivedelay为1 表2 解调部分模块参数表

图中上面的带通滤波器参数设置如图4-2：

图4-2

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图中上面的低通滤波器参数设置如图4-3：

4-3

图中下面的带通滤波器参数设置如图4-4：

4-4

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图中下面的低通滤波器参数设置如图4-5：

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4.2 模型仿真结果及分析

4.2.1 调制解调部分模块产生的波形记录

2FSK调制解调部分波形如图4-6：

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图4-6 2FSK调制解调过程波形

第一幅图为1MHZ的载波图形，第二幅图为调制后的波形，第三幅图为通过AWGN（高斯白噪声）后的波形，第四幅图为解调后的波形，第五幅图为输入的巴克码，第六幅图为5MHZ的载波图形。

噪声能对信道产生不同程度的影响，不同的噪声使信号发生失真的参数各不相同。在现实生活中，无处不存在着噪声，因此研究如何减小噪声对信道的影响有着重大意义。

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4.2.2 频谱图

如图4-7调制后频谱图

如图4-8 通过高斯白噪声后的频谱图

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如图4-9解调后的频谱图

4.2.3 系统性能分析

通过将巴克码与解调后的波形输入到Error Rate Calculation中计算误码率。并将误码率的值由Display显示，无论怎么修改高斯白噪声信号里的参数值，误码率始终为0。如图3-10：

如图3-10 误码率显示

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第5章 结束语

本次课程设计运用了MATLAB软件下Simulink建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和在老师帮助下总算得以解决，总结分析如下：

（1）运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大，可以点击鼠标右键，选择autoscale即可出现清晰波形。

（2）调制模块中，如调制结果不明显，可以加大载波频率，一般来说载波频率要比基带频率大得多。

（3）在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需要的信号。

在本次课程设计过程中，我获益匪浅。通过这个实验，我清楚地了解并且掌握了simulink的功能，实现了2FSK的调制解调的仿真，对2FSK的原理更加熟悉，并巩固了数字调制解调系统的相关知识点，体会到理论与实践是大不同的，实践离不开理论，理论只有应于于实践才能发挥其作用，同时我懂得独立完成设计，有不懂之处就上网或看书来查找资料，总之，这次设计大大提高了我的动手能力和思维能力。而且在运用simulink仿真后，我体会到matlab的功能很强大，因此我更加对matlab学习感兴趣，matlab将在学习上对我们很有帮助，为我们提供了便利。

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参考文献

[1] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模.北京：清华大学出版社，2008 [2] 张德丰.MATLAB通信系统仿真.北京：机械工业出版社，2010 [3] 刘保柱.MATLAB 7.0 从入门到精通.北京：人民邮电出版社，2010 [4] 王立宁.MATLAB与通信仿真.北京：人民邮电出版社，2000 [5] 黄葆华.通信原理第二版.西安：西安电子科大出版社，2012

[6] 张谨.基于MATLAB的通信系统仿真.北京：北京航空航天大学出版社，2007 [7] 李贺冰.Simulink通信仿真教程.北京：国防工业出版社，2006 [8] 李建新.现代通信系统分析与仿真.西安：西安电子科大出版社，2001

目 录

第一章 项目概要 ........................... 错误！未定义书签。 1.1 项目背景 ............................ 错误！未定义书签。 1.2 项目建设内容与工期 .................. 错误！未定义书签。 1.3 投资估算和资金筹措 .................. 错误！未定义书签。

1.3.1投资估算........................ 错误！未定义书签。 1.3.2 资金筹措方案 ................... 错误！未定义书签。 1.4 效益分析 ............................... 错误！未定义书签。 1.4.1 经济效益 .......................... 错误！未定义书签。 1.4.2 社会效益 .......................... 错误！未定义书签。 1.4.3 生态效益 .......................... 错误！未定义书签。

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第二章 项目区概况 .......................... 错误！未定义书签。 2.1 自然概况 ............................ 错误！未定义书签。 2.2 社会经济状况 ........................ 错误！未定义书签。 第三章 项目建设的必要性和可行性 ........... 错误！未定义书签。 3.1 项目区农业发展的制约因素 ............ 错误！未定义书签。 3.2项目建设的必要性 ..................... 错误！未定义书签。 3.3 项目建设的可行性 .................... 错误！未定义书签。 第四章 水资源评价及水利工程设施 ............ 错误！未定义书签。 4.1 项目区水资源概况 .................... 错误！未定义书签。 4.2 水利工程措施 ........................ 错误！未定义书签。 第五章 规划设计 ............................ 错误！未定义书签。 5.1 指导思想 ............................ 错误！未定义书签。 5.2 选项原则 ............................ 错误！未定义书签。 5.3 建设标准 ............................ 错误！未定义书签。 5.4 道路建设 ............................ 错误！未定义书签。 5.5 建设规模 ............................ 错误！未定义书签。 5.6 规划布局 ............................ 错误！未定义书签。 第六章 开发任务与开发原则 .................. 错误！未定义书签。 6.1 开发任务 ............................ 错误！未定义书签。 6.2 开发原则 ............................ 错误！未定义书签。 第七章 投资估算与资金筹措 .................. 错误！未定义书签。 7.1投资估算 ............................ 错误！未定义书签。 7.2 资金来源构成及筹措方案 .............. 错误！未定义书签。 第八章 综合效益分析 ........................ 错误！未定义书签。 8.1 经济效益 ............................ 错误！未定义书签。 8.2 社会效益 ............................ 错误！未定义书签。 8.3 生态效益 ............................ 错误！未定义书签。

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第九章 组织实施和运行管护 .................. 错误！未定义书签。 9.1 组织机构设置 ........................ 错误！未定义书签。 9.2 项目实施管理 ........................ 错误！未定义书签。 9.3 运行管理和维护 ..................... 错误！未定义书签。 第十章 环境影响与评价 ..................... 错误！未定义书签。 10.1生态影响分析评价 .................... 错误！未定义书签。 10.2 环境质量影响分析评价 ............... 错误！未定义书签。 第十一章 可行性研究结论和建议 .............. 错误！未定义书签。 11.1 项目可行性研究的总体评价 ........... 错误！未定义书签。 11.2 主要污染物及治理措施 ............... 错误！未定义书签。

11.3 问题与建议 ......................... 错误！未定义书签。

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