基于Simulink的数字通信系统仿真—----采用-2FSK调制技术

信电学院通信系统仿真二级项目设计说明书（2013/2014学年第二学期）课程名称：通信系统仿真二级项目题目：基于Simulink的数字通信系统仿真—采用2FSK调制技术专业班级：通信工程1201学生姓名：付晓雅120310111靳竹120310113李晓争120310112李一祥120310110指导教师：李志华、任丹萍、张龙设计周数：1周设计成绩：2014年6月26日目录第1章绪论………………………………………………………………………..11.1课题背景…………………………………………………………………………….11.2课题主要研究工作…………………………………………………………….........11.3数字调制的意义…………………………………………………………....….........1第2章设计基础………………………..................................................................22.1Simulink的简介……………………………………................................................22.2数字通信系统数学模型…………………………………….....................................22.3项目目的………………………………………….....................................................32.3.1技术要求及原始数据……………………........................................................32.3.2主要任务……………………............................................................................3第3章项目原理.......................................................................................................33.12FSK调制解调基本理……………………………………………………………....33.1.12FSK调制原理……………………................................................................33.1.22FSK解调原理…………................................................................................43.2FSK信号的表达式和波形图…………………….....................................................5第4章Simulink模型建立及仿真………..…………………………………......64.1模型建立……………………………………………………………………….……64.2参数设置……………………………………………………………………….…....64.3仿真波形…………………………………………………………………………....104.3.1调制波形………………………………………………………………….......104.3.2解调波形………………………………………………………….…..............114.3.3频谱图……………...........................................................................................124.3.4加入高斯噪声后的误码率……………...........................................................12第5章项目总结及分析……………………………………………………..…....12参考文献………………………………………………………….…………….......13第1章绪论1.1课题背景数字频率调制又称频移键控（FSK—FrequencyShiftKeying），二进制频移键控记作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的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。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期采用的实现方法。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，故应用广泛。随着电子计算机的普及，数据通信技术正在迅速发展。数字频率调制是数据通信中常见的一种调制方式。频移键控（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，抗噪声也比较强。因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，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，作为数字通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打个基础。1.2课题主要研究工作主要研究2FSK信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调制与解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正确完成调制解调任务。1.3数字调制的意义数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。第2章设计基础及要求2.1Simulink的简介Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或Matlab的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到Matlab的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，Matlab的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于Matlab和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脱离Matlab而独立工作。2.2数字通信系统数学模型图1.1数字通信系统模型信息源编码器调制器信道解调器解码器受信者噪声源图2-1数字通信系统典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，如图1-1所示，数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。2.3项目目的基于Simulink的数字通信系统仿真—采用2FSK调制技术2.3.1技术要求及原始数据(1)对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制频移键控（2FSK）及解调技术和高斯噪声信道原理等；(2)建立数字通信系统数学模型；(3)建立完整的基于2FSK的模拟通信系统仿真模型；(4)对系统进行仿真、分析。2.3.2主要任务(1)建立模拟通信系统数学模型；(2)利用Simulink的模块建立模拟通信系统的仿真模型；(3)对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；(4)将仿真结果与理论结果进行比较、分析。第3章3.12FSK调制解调基本原理3.1.12FSK调制原理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。两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Continous-PhaseFSK，CPFSK）），而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图2-2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3-1键控法产生2FSK信号的原理图3.1.22FSK解调原理图3-22FSK相干检测方框图数字调频信号的解调方法很多，如相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。下面就相干检测法进行介绍。相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图2-3所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值v1、v2进行比较判决，即可还原出基带数字信号。3.22FSK信号的表达式和波形图在二进制数字调制中,若正弦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，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。二进制移频键控信号的时间波形如图2-1所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制