2FSK数字频带传输的Simulink仿真实现

2FSK数字频带传输的Simulink仿真实现
张学敏;钟菲;吕晓丽
【摘要】频带传输中的2FSK的调制和解调在数字通信中占有重要的地位.利用Simulink的通信模块搭建2FSK数字通信系统,仿真实现频带传输中的调制和解调
过程.与传统的代码仿真实现相比,Simulink建模更能直观、具体地描述通信的调制、解调和抽样判决的全过程,同时,具有模块参数修改方便、波形观察调整灵活的优点.%The modulation and demodulation of 2FSK frequency-belt transmission is important in digital communication.This paper simulates modulation and demodulation by building 2FSK digital communicating system with SIMULINK communication paring with traditional code implement,SIMULINK modeling is more intuitive and concrete in describing the whole process of modulation,demodulation and sampling judgment.Simultaneously,it has some merits of parameters modification convenience,waveform observation regulation flexibility.
【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(017)004
【总页数】4页(P21-24)
【关键词】2FSK;Simulink;调制;解调;仿真
【作者】张学敏;钟菲;吕晓丽
【作者单位】长春工程学院电气与信息工程学院,长春 130012;长春工程学院电气
与信息工程学院,长春 130012;长春工程学院电气与信息工程学院,长春 130012
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
数字信号的传输方式分为基带传输和频带传输。

由于数字基带具有丰富的低频分量，而实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号，因此，为了使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字带通信号控制载波，把数字基带信号变换成数字带通信号的过程称为数字调制。

接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带的过程称为解调。

通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字频带传输系统。

数字频带传输包括2ASK(二进制振幅键控)，2FSK(二进制频移键控)和2PSK(二进制相
移键控)。

本文仅以2FSK(Binary Frequency-Shifting Key)为例进行频带传输的Simulink仿真。

日常生活中的数字调频广播、数字电视、移动电话都是2FSK的
典型应用。

1.1 2FSK的载波调制
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息的。

2FSK就是在二进制基带矩形脉冲序列控制下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通。

键控法产生2FSK 信号的原理框图如图1所示。

设发送“1”的载波频率为ω1，发送“0”的载波频率为ω2，则2FSK调制的数
学描述为
，
式中：g(t)为代表数字基带信号的单个矩形脉冲，脉宽(码元宽度)为Ts。

，
式中为an的反码。

图2为2FSK调制波形示意图。

1.2 2FSK的相干解调
待发送的二进制数字信号由载波调制并经信道传输到达输出端后，需要将其还原出来，这就是解调。

2FSK的解调方式有相干解调和非相干解调。

本文以相干解调为例，相干解调的原理框图如图3所示。

所谓相干解调，即将已调信号e2FSK(t)分两路送入带通滤波器，再和载波相乘，然后送入低通滤波器
(滤出载频ω1、ω2)，最后送入抽样判决器，在定时脉冲的控制下，得到信源发出的基带信号。

以上是2FSK的调制和解调原理的简单阐述，下面以图1和图3为建模架构，在Simulink环境下仿真实现2FSK的调制和解调。

进入Simulink环境，在库中选择2FSK数字频带传输所需的模块，搭建数字传输系统模型，如图4所示。

2.1 2FSK的数字调制建模及仿真结果
图4中，示波器Scope 1以左是对应图1的调制部分的建模。

选通载波信号的键控开关由Switch模块实现，原始基带信号由Bernoulli Binary Generator(伯努利二进制发生器)模块产生，由于传输时信道存在噪声，噪声由Gaussian Noise Generator(高斯噪声发生器)模块产生，正弦载波信号选择1 000 Hz和3 000 Hz(载波信号自己设定)。

示波器Scope显示的是1 000 Hz和3 000 Hz的载波及基带信号，如图5所示。

Scope1显示的是基带信号、调制信号、噪声及加噪后的调制信号，如图6所示。

为了便于观察，图5和图6是放大横轴后的显示结果，以下仿真结果均对横轴做了放大。

2.2 2FSK的数字解调建模及仿真结果
虚线以右是对应图3的解调部分的建模。

显见，上面两个是带通滤波器，下面两个是低通滤波器。

两个带通滤波器的上、下限截止频率分别为800 Hz、1 200 Hz 和2 800 Hz、3 200 Hz，带通滤波器的参数设置如图7～8所示，低通滤波器的
截止频率分别设为1 200 Hz和3 200 Hz，参数设置对话框略。

Scope2、Scope3结果如图9～10所示。

Scope2显示的是带噪调制信号和经过
带通滤波器后的1 000 Hz和3 000 Hz信号。

将带有残留噪声的1 000 Hz和3 000Hz信号分别与原始1 000 Hz和3 000 Hz载波相乘，再送入低通滤波器后，Scope3显示的是去噪后的1 000 Hz和3 000 Hz载波，它们携带着原始基带信
号信息。

下面通过抽样判决将原始基带信号提取出来。

2.3 抽样判决及误码率计算仿真结果
抽样判决采用Relational Operator和Relay模块实现。

从两个低通滤波器输出的携带基带信息的载波信号送入抽样判决模块，进行数字基带信息的提取，以获取信源发送的原始基带信息。

图11显示的是原始基带信号和解调出来的数字信息，二者的差异由误码率来衡量，Error Rate Calculation模块计算误码率，Display模
块显示误码率，图4中Display显示的误码率为0.023 33。

上述2FSK调制和解调的仿真实现，选择的载波分别是1 000 Hz和3 000 Hz，也可选择其他载波值，只要修改代表载波的模块参数即可，简便易行。

这时，解调端的带通和低通滤波器的截止频率也要适当修改，其他不变。

文中简要介绍了2FSK数字频带传输的调制和解调原理。

在Simulink环境下搭建
2FSK的通信模型并做仿真实现。

由建模过程和仿真波形可见，使用Simulink建
模搭建通信系统模型，实现对数字通信系统的仿真，让系统由“无形”变“有形”，由“不见”变“可见”。

同时，模块参数修改和波形观察调整灵活，为通信系统的分析与设计提供了方便。

【相关文献】
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