fsk調制解調系統的仿真與分析畢業設計-資料下載頁

【導讀】數字調制解調技術的發展不斷更新，如今在現實中應用的數字調制系統大部分都是經過改進的，義，因此，選擇FSK調制解調方式進行仿真研究。本次畢業設計運用仿真軟件對FSK調制解調系統。環節時域和頻域的波形；1月10日─3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開題報告。3月21日——4月20日：完成FSK調制解調系統的基本仿真設計并提交中期檢查報告。4月21日——5月20日：進一步完善FSK調制解調系統的仿真設計，準備作品驗收。5月21日——6月15日：撰寫、修改畢業設計論文，準備并完成答辯。[摘要]數字調制技術是通信系統中最主要的一項技術，也是提高通信系統性能的重要途徑。較大，但總體性能最好，在瑞利的信道環境中最差；不同進制下的FSK隨著進制數的增大，其頻譜的主瓣也越來越

　　

【正文】 發送端即就是調 制解調過程中，調制后的波形經過三種信道，其高斯信道對調制之后的波形影響最大，萊斯信道次之，瑞利信道影響比較小點 。在接受端沒有發生誤碼的情況。 三種信道下運行結果頻譜顯示 任何信號都可以通過 傅立葉 變換 而分解成一個 直流分量 （也就是一個 常數 ）和若干個（一般是無窮多個） 正弦 信號的和。 每個正弦分量都有自己的頻率和 幅值 ，這樣，以頻率值作橫軸，以幅值作縱軸，把上述若干個正弦信號的幅值畫在其所對應的頻率上，就做出了信號的幅頻分布圖，也就是所謂頻譜圖。另外還有相頻分布，但其意義不大。 在頻譜分析時，把信道中高斯噪聲、瑞利噪聲和萊斯噪聲的方差值設置相同，這樣方便比較。 具體 的 二進制頻移鍵控的頻譜圖如圖 所示。 (a) 基帶信號頻譜 (b) 經過高斯信道恢復基帶信號的頻譜 (c) 經過瑞利信道恢復基帶信號的頻譜 (d)經過萊斯信道恢復基帶信號的頻譜 圖 三種信道下頻譜圖顯示 當信道中加方差為 的高斯噪聲時，解調后恢復的基帶信號頻譜和原來的基帶信號頻譜有很小的失真。在二進制中，三種信道下，它的頻譜不太看出有太大的變化。不過查閱大量資料之后，在相同的方差下，瑞利和萊斯比高斯信道下的失真程度大一些。 陜西理工學院畢業設計 第 16 頁 共 44 頁 4FSK 調制解 調仿真 4FSK 的調制也是采用鍵控法實現，調制電路中的主要模塊是伯努利二進制信號發生器、四個不同頻率的載波 f1 / f2 / f3 / f4 、三個選通開關組成的。努伯利二進制信號發生器主要是產生隨機二進制波形；四個正弦波可產生四個不同的頻率；前面兩個選通開關是在兩個獨立的頻率源之間轉換進行選擇，得到的信號就是 2FSK 的調制信號，在第三個選通開關是在兩個二進制的調制信號下進行串并轉換得到 4FSK 信號 ,即就完成了調制過程 [8]。 仿真中采用相干解調法進行 4FSK 解調，解調電路中有帶通濾波器、相乘器、低通濾波器、全波整流器、 抽樣判決器、延時單元、零階保持器、選通開關組成。 4FSK 相干解調中帶通濾波器是讓整個頻率通帶內都能最大限度的讓信號通過，也起分路作用，而其帶阻對通過的信號有衰減和抑制作用；通過帶通濾波器的信號它們分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經過低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數字信息的低頻信號；抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決，即可還原出基帶二進制信號，再經過后面的三個選通開關進行并串轉換，最終輸出基帶 4FSK 數字信號。同理而言，抽樣判決器起比較器作用，把兩路信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數字信號。其 4FSK 整體模塊電路圖如圖 所示 。 圖 用 Simulink 仿真平臺搭建出的 4FSK 調制與相干解調系統圖 4FSK 系統模塊參數的設置 1).信號源參數的設置 （ 1）信號源是努伯利信號發生器； （ 2）取進制數是 4 進制； （ 3）初始種子取值是 37； （ 4）采樣時間取值是 ； （ 5）輸出數據類型是 double. 2).載波的參數設置 （ 1）兩個載波都是兩個正弦載波； （ 2）兩個載波幅度都是 1； 陜西理工學院畢業設計 第 17 頁 共 44 頁 （ 3）載波頻率分別 是 300*2*pi/500*2*pi/700*2*pi/900*2*pi； （ 4）采樣時間都是 1e4； （ 5）其余為默認值。 3).選通開關參數設置 三個選通開關在四個獨立的頻率之間進行選擇并進行串并轉換，輸出的就是 4FSK 調制信號。 （ 1）閾值（ 指一個效應能夠產生的最低值或最高值 ）參數設置為 ； （ 2）采樣時間是 1. 4).帶通濾波器參數設置 在解調模塊中，為了使信號分路則有四個帶通濾波器。 （ 1）中心頻率都是 Fs=10000Hz； （ 2）帶通濾波器 1：下頻帶頻率是 Fc1=280Hz,上頻帶是 Fc2=320Hz； （ 3）帶通濾波器 2：下頻帶頻率是 Fc1=480Hz,上頻帶是 Fc2=520Hz； （ 4）帶通濾波器 3：下頻帶頻率是 Fc1=680Hz,上頻帶是 Fc2=720Hz； . （ 5）帶通濾波器 4：下頻帶頻率是 Fc1=880Hz,上頻帶是 Fc2=920Hz； （ 6）采用的窗是漢明窗 . 5).低通濾波器參數設置 （ 1）中心頻率 Fs=10000Hz； （ 2）截止頻率設置 Fc=200Hz； （ 3）采用 的函數窗是漢明窗 . 6).抽樣判決器的參數設置 （ 1）采樣頻率設置為 ； （ 2）其他設置為默認值 . 7).誤碼率計數器參數設置 （ 1）模塊延時設置為 0； （ 2）其他為默認模式 . 8).高斯信道參數設置 （ 1）方差設置為 ； （ 2）起始種子設置為 37； （ 3）采樣時間設置是 . 9).瑞利信道參數設置 （ 1）西格瑪設置為 （設置的越小越好，因為瑞利信道和萊斯信道很容易影響其性能）； （ 2）起始種子設置為 37； （ 3）采樣時間設置是 . 10).萊斯信道參數設置 （ 1）萊斯 K 因子設置是默認值不變； （ 2）西格瑪設置為 （設置的越小越好，因為瑞利信道和萊斯信道很容易影響其性能）； （ 3）起始種子設置為 37； （ 4）采樣時間設置是 . 三種信道下運行結果波形顯示 研究四進制波形的時候，總體它的仿真思路是和二進制相似的。同理，在四進制中，也是高斯信道、瑞利信道和萊斯信道三種信道，并且在三種信道下的 4FSK 調制解調信號波形圖也是有差異的。 在具體的調制模塊電路中，我在信道后加入一個示波器，方便把二進制調制的兩個波形、四進制調制的波形和加 噪聲的波形變化進行觀察；在其解調模塊電路中，我也是在輸出端加入一個一個示波器，把解調出來的波形和原始基帶信號波形進行比較。具體的觀察結果如下 所示。 陜西理工學院畢業設計 第 18 頁 共 44 頁 （ 1）載波 f1；（ 2）載波 f2；（ 3）調制后波形；（ 4）經過高斯信道后的波形 . 圖 高斯信道下調制部分波形圖 （ 1） 解調后的基帶數字信號；（ 2）原始基帶信號 . 圖 高斯信道下解調后的波形圖 （ 1） 載波 f1；（ 2）載波 f2；（ 3）調制后波形；（ 4）經過瑞利信道后的波形 . 圖 瑞利信道下調制部分波形圖 陜西理工學院畢業設計 第 19 頁 共 44 頁 （ 1） 解調后的基帶數字信號； （ 2）原始基帶信號 . 圖 瑞利信道下解調后的波形圖 （ 1）載波 f1；（ 2）載波 f2；（ 3）調制后波形；（ 4）經過萊斯信道后的波形 . 圖 萊斯信道下調制部分波形圖 （ 1） 解調后的基帶數字信號；（ 2）原始基帶信號 . 圖 萊斯信道下解調后的波形圖 陜西理工學院畢業設計 第 20 頁 共 44 頁 由以上圖可以看出：在同種進制的三種噪聲信道下，在信號的發送端即就是調制解調過程中，調制后的波形經過三種信道，其高斯信道對調制之后的波形影響最大，萊斯信道次之，瑞利信道影響比較小點。在接收端即就是解調部分都有誤碼現象，其最主要的原因就是各 個模塊的參數設置不當和噪聲信道所引起的誤碼或者亂碼現象。 三種信道下運行結果頻譜顯示 在四進制中，觀察的方法和二進制是相同的。同理，頻譜分析時，把信道中高斯噪聲、瑞利噪聲萊斯噪聲的方差值設置相同，這樣方便比較。四進制頻移鍵控的頻譜顯示圖如圖 所示。 （ a）基帶信號頻譜 (b) 經過高斯信道恢復基帶信號的頻譜 (c) 經過瑞利信道恢復基帶信號的頻譜 (d) 經過萊斯信道恢復基帶信號的頻譜 圖 三種信道下頻譜圖顯示 當信道中加方差為 的高斯噪聲時，解調后恢復的基帶信號頻譜和原來的基帶信號頻譜有很小的失真。四進制中，由頻譜圖可看出來：在三種信道下，在相同的方差下，瑞利和萊斯比高斯信道下的失真程度大一些。且在四進制中， 4FSK 不管是調制之前還是調制之后的頻譜比二進制的頻譜大，換句話說就是四進制的帶寬大于二進制的帶寬。 8FSK 調制解調仿真 8FSK 軟件設計思路 （ 1）模塊法實現 8FSK 系統仿真 由如圖 可 以看出來，其模塊法實現的 8FSK 總共是由三部分組成的：調制部分、噪聲信道和解調部分。調制部分實現數字信號的模擬化，目的是使信號適合在信道中傳輸；解調部分模擬信號的數字化，使從已調信號中恢復出原來的原始信號。 陜西理工學院畢業設計 第 21 頁 共 44 頁 輸入 輸出 圖 8FSK 模塊法實現 （ 2）編程法實現 8FSK 系統仿真 在編程時，其主要有五部分的編程模塊組成，其分別是：隨機序列的產生、調制后的波形顯示、調制后的頻譜顯示、加噪處理、解調部分顯示 [10]。 圖 8FSK 編程法實現 原理框圖 實現 8FSK 的具體 調制解調 原理框圖如圖 所示 。其由三部分組成的，一部分是調制電路模塊，其次是信道，最后是解調電路模塊。 圖 8FSK 調制解調 原理框圖 仿真結果分析 由于在做 8FSK 的調制解調過程中，遇到了很多棘手的問題。首先，在多進制中的調制原理框圖有串并轉換，對應的解調有并串轉換模塊，我上網查找資料并翻閱了好多的參考書，都找不到相關的串并轉換 /并串轉換的理想具體實現方法。其次，在 4FSK 中，我采用三個鍵控實現其串并 /并串轉換，但在 8FSK 中采用其思想和方法時，發現它根本就行不通，不是因為鍵控的設置問題就是哪個模塊參數的 設置問題。最終，自己用模塊實在搭建不起來的時候，和同學商量采用編程的方法實現其功能，當中也發現程序比模塊實現的更完美。 其具體的編程實現的 8FSK 信號程序見附件 [12]。 （ 1） 隨機序列的產生 采用 MATLAB 內部自帶函數隨機 rand 產生固定長度的二進制隨機序列 x， stem 是將二進制隨機序列轉換成棍狀的信號，每個載頻之間的間隔是 1f?d ，最后得到二進制基帶數字信號。其產生的隨機序列如圖 所示 。 串/并變換 邏 輯 電 路 f4 f3f1 f2 f12 f5 f6 門電路 門電路 門電路 門電路 門電路 門電路 相 加 器 信 道 接受濾波器 帶通 6 帶通 5 帶通 4 帶通 2 帶通 1 帶通 3 包絡檢波器 包絡檢波器 包絡檢波器 包絡檢波器 包絡檢波器 包絡檢波器 抽樣判決器 邏輯電路 調制模塊 噪聲信道 解調模塊 隨機序列的產生 調制后波形顯示 調制后頻譜顯示 加噪處理 解調部分顯示 陜西理工學院畢業設計 第 22 頁 共 44 頁 圖 隨機序列 （ 2）調制后的波形顯示 在調制過程中，調用 MATLAB 中固有的函數 dmod 來產生上面的隨機序列的調制函數 y，調制的點數即是二進制隨機碼數與系統采樣頻率的乘積，取其縱軸的范圍是 [4 4]。 其調制后的波形顯示如圖 所示 。 (a) 密集時的調制波形 (b) 疏散時的調制波形 圖 調制后的波形 （ 3）調制后的頻譜顯示 在調制的頻譜顯示中，設置調制后的波形長度是 L,調用 MATLAB 中固有的函數 FFT 來產生上面頻譜，并繪畫出單邊帶幅度的頻譜圖。其調制后的頻譜如圖 所示 。 陜西理工學院畢業設計 第 23 頁 共 44 頁