差分码2FSK调制系统的仿真

基带的采样时间设为 1，代表它的频率为 1Hz。
图 3-3
信号产生器 Bernoulli Binary Generator 模块参数设置
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对 Logical Operator 模块设置不同参数可得到 XOR 模块和 NOT 模块。
图 3-4
Logical Operator 模块参数设置
数据类型转换模块输出数据类型为 double，与前面参数设置保持一致。
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则接受时上支路的样值较大，应判为“1” ；反之则判为“0” 。
图 2-4
2FSK 信号解调原理图
此次课程设计采用的是非相干解调。2FSK 非相干解调过程的时间波形如图 2-5 所示波形
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（4） 解差分码 即为码形变换逆过程。
3 设计步骤
3.1 差分码 2FSK 信号的调制
图 3-1
差分码 2FSK 信号部分的 simulink 模型
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（2） 差分码 2FSK 调制部分参数设置 载波 f1 的幅度设为 2，频率为 4*pi rad/sec，即 2Hz；载波 f2 的幅度设为 1， 频率为 8*pi rad/sec，即 4Hz；采样时间为 0。
图 3-2
载波产生器 Sine Wave1 和载波产生器 Sine Wave2 参数设置
图 3-5
数据类型转换 Data Type Conversion 模块参数设置
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图 3-6
乘法器 Product 模块参数设置
（3）差分码 2FSK 的调制仿真及功率谱分析 经过以上参数的设置后就可以对系统进行仿真（ Simulaition stop time 设为 10.0 ） ，其各点的时间波形可以在示波器模块 Scope 中显示出来。功率谱模块 Power Spectral Density1 和 Power Spectral Density2 分别用来分析二进制数字基带 信号（即信号源）的频谱和调制后的 2FSK 信号的频谱。
一个 2FSK 信号可以看成是两个不同载频的 2ASK 信号的叠加。因此，2 FSK 信号的时域表达式又可写成
e2 FSK an g (t nTs ) cos( w1t n ) an g (t nTs ) cos( w2t n ) n n
3.2 差分码 2FSK 信号的解调
（1）差分码 2FSK 的解调部分 在 3.1 调制部分模型图的基础上加入解调部分。由非相干解调的原理可知除
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调制中已用模块外还需要作为带通和低通滤波器的 Analog Filter Design 模块， 取 绝对值用的 Abs 模块（相当于整流器） ，进行加减法运算的 Subtract 模块，零阶 保持的 Zero-Order Hold 模块，量化编码模块 Quantizing Encoder（作用等同于在 定 时脉冲下的抽样判决器） ，误码率分析模块 Error Rate Calculation 。 Power Spectral Density2 用来显示解调后信号的功率谱，Power Spectral Density2 用来显 示调制后信号的功率谱，Scope 用来显示解调后信号的时间-波形关系图。
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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。
2 基本原理
2.1 Simulink 工作环境 （1） 模型库
在 MATALAB 命令窗口输入“simulink”并回车或者单击工具栏中的 按钮
进入 Simulink 模型库； Simulink 模型库中仿真模块为三级树结构， 其子模型库中 包含 Continous、Discontinus 等下一级模型库，Continous 库中又包含若干模块， 可直接加入仿真模型。
图 2-3 （3） 2FSK 解调原理
2FSK 信号的时间波形
2FSK 信号的常用解调方法是采用如图 2-4 所示的非相干解调（包络检波） 和相干解调。 其解调原理是将 2FSK 信号分解为上下两路 2ASK 信号分别进行解 调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较抽样值的大小，可以不专门设置 门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率 f1，
差分码 2FSK 调制系统仿真
学生姓名：
摘 要
指导老师：
本课程设计主要内容为以 MATLAB 仿真平台中的 Simulink 模块库为基
础， 根据差分码 2FSK 调制与解调的通信原理先对基带信号进行码型变换然后调 制两种不同频率的载波，再利用非相干解调的原理解调一系列过程构建通信系 统，然后加入高斯噪声、瑞利噪声和莱斯噪声分别对系统进行仿真及性能分析。 实现系统正常运行的关键是适当设置各器件的参数。 在此过程中还需用示波器观 察各点的信号波形，用频谱分析模块分析各点信号频谱的变化。结合分析结果可 判断差分码 2FSK 调制与解调系统仿真是否成功。
1.1 课程设计目的
通信原理课程设计是重要的实践性教学环节。在进行了专业基础课和《通信 原理》课程教学的基础上，设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信 系统原理及组成的理解。学生通过课程设计，可以进一步理解通信系统的基本组 成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号 解调的原理、 通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。并可综合运用这
2FSK 信号的产生方法主要有两种。 一种可以采用模拟调制调频电路来实现； 另外一种可以采用键控法来实现， 即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开 关电路对两个不同的独立频率进行选通，使其在每一个码元Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一，如图 2-2 所示：
图 2-2
键控法产生 2FSK 信号的原理图
图 3-7
差分码 2FSK 调制波形
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为了更清晰醒目的显示波形，此 Scope 图中竖轴取值范围以及波形标题可以 通过右击鼠标，打开改变。
图 3-8
Scope 显示参数设置
图 3-9
调制前的频谱分析
图 3-10
调制后的频谱分析
由波形图与频谱图可知， 基带信号在载波 f1 和 f2 的作用下频谱发生了变化， 由 2.5Hz 左右变为 12.5Hz 左右；相位发生位移；波形表现为码型变化后基带信 号与载波 f1 的乘积和与载波 f2 的乘积和。
图 2-1 （2） 设计仿真模型
simulink 模型库
在 MATLAB 子窗口菜单栏中选择 file-new-model, 即可产生空白仿真模型窗
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口；在设计仿真模型时，从模型库中选中模块，直接用鼠标将模块拖入仿真模型 窗口中， 也可以通过在 Simulink Library Browser 工具栏中 旁边空白处输入要查 找的模块名称关键字并点击 图标找到所需要模块； 在仿真模型窗口中双击模块 在弹出模块参数设置对话框中可修改模块参考值。 （3） 运行仿真
频移键控（FSK）是利用载波频率变化来传递数字信息。在 2FSK 中，载波 的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化。故其表达式为
A cos( w1t n ) 发送“ 1”时 e 2 FSK t A cos( w 2 t n ) 发送“ 0”时
式中： g(t )为单个矩形脉冲，脉宽为Ts ；
0 概率为 P an 1 概率为 1-P
an 是 an 的反码，若 an =1，则 an =0；若 an =0，则 an =1，于是
1 概率为 1-P an 0 概率为 P
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n 和 n 分别是第 n 个信号码元（1 或 0）的初始相位。
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些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识的综合运用能力上以及分析问 题、解决问题能力上得到一定的提高。同时通过课程设计培养学生严谨的科学态 度，认真的工作作风和团队协作精神。
1.2 课程设计的基本要求
本次课程设计的基本要求是： （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， c 用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。将三种噪声源的方差适当 设置，分析比较通过三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。
有两种方式可以选择：在菜单栏中选择“Simulintion-Start”或者在工具栏上 单击 ；在命令窗口中输入“sim”启动仿真进程。
2.2 差分码 2FSK 的调制与解调
（1） 码型变换
先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数字信息序列的绝对编码变成 相对码（差分码） ，如若差分编码输入序列{ a n },差分编码输出序列{ bn }，二者 都为{0，1}序列，则差分编码输出结果为 b n a n b n 1 。 （2） 2FSK 调制原理
（1） 差分码 2FSK 的调制部分 打开 MATLAB 软件，点击 File-New-Model 新建一个.mdl 文件；单击工具栏 中的 按钮进入 Simulink 模型库，根据差分码 2FSK 调制原理在模型库中找到
所需的模块， 按住鼠标左键将模块拖入.mdl 文件的空白区域， 并进行连线和参数 设置；保存。下图 3.1-1 中 Bernoulli Binary Generator 模块为信号产生器，它能产 生二进制数字基带信号， Sine wave1,Sine wave2 为频率为 f1 和 f2 载波模块， Logical Operator 模块可通过参数设置得到异或运算模块 XOR 和反相器模块 NOT， Unit Delay 模块是延迟单元， Data Type Conversion 模块为数字类型转化器， （Logical Operator 模块，Unit Delay 模块和 Data Type Conversion 模块三者共同 实现差分编码的功能） ，Product 为乘法器模块，Add 为波形相加模块，Scope 为 示波器模块， Power Spectral 是功率谱模块。 2FSK 信号是由频率分别为 Sine wave1 和 Sine wave2 的两个载波对信号源（即图中的二进制数字基带信号）进行频率 上的控制而产生的，其中 Sine wave1 和 Sine wave2 是两个频率有明显差别的且 远大于信号源频率的载波信号。调制模型如下图 3-1 所示：