2FSK数字调制系统的simulink仿真.doc

通信中的同步技术总结报告题目：2FSK锁相环调频解调的simulink仿真系别：二系二队专业：通信工程姓名：肖维丽时间：2010.6.1摘要同步问题是进行数字通信的前提和基础，同步性能的好坏直接影响着通信系统的性能。本文介绍的正是应用锁相环对2FSK信号进行解调。本文首先对该系统的原理进行了分析，之后应用Matlab的simulink模块对该系统进行了仿真，最后对仿真结果仅进行了简单的分析。关键词：同步、锁相环、2FSK、simulink、调制解调SUMMARY：Synchronization is the foundamental problem in a digital communication system. Also, it has a direct impact on the performance of a communication system. In this article, I describes the very application of 2FSK signal demodulation based on PLL. First, the principle of the system is analyzed, then apply MATLAB corresponding modules to simulate the system. Finally I give analysis on simulation results .Key words：synchronization、PLL、2FSK、simulink 、modulate andDemodulate1、 引言1.1、2FSK简介数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，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。为了使数字信号在带通系统中传输，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。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端，通过解调器把带通信号还原为数字基带信号的过程称为数字解调。数字调制的基本方式有三种：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。本文介绍的就是二进制数字频移键控系统（2FSK）。移频键控（FSK）是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单，易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。1.2、同步与锁相环技术简介同步是通信领域一个重要的技术问题。随着现代通信与网络技术的飞速发展，同步的重要性更加突出。锁相环是一种自动相位控制系统,广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。锁相环技术目前的应用集中在以下三个方面：第一 信号的调制和解调；第二 信号的调频和解调；第三信号频率合成电路。1.3、本文内容简介本文介绍的重点就是用Matlab的simulink模块仿真应用2FSK信号的解调过程，应用的即是锁相环技术。本文基于MATLAB/SIMULINK动态仿真环境，根据2FSK调制与锁相环解调原理，设计了调制解调电路。利用SIMULINK功能模块，建立FSK调制解调系统仿真模型，经过仿真分析，其结果与理论分析结果相同。在仿真过程中，充分发挥了SIMULINK功能强大，建模简单，参数易于调整的特点。结果表明，基于MATLAB的SIMULINK仿真模型，能够反映出2FSK调制解调系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供了强有力的工具，也为理论学习提供了一条非常好的途径。2、原理分析 FSK即Frequency Shift Key 叫做移频键控或频移键控。调制的方法一般有两种，一种叫直接调频法，另一种叫键控法。所谓直接调频法，就是将输入的基带脉冲去控制一个振荡器的某种参数，而达到改变振荡频率的目的。键控法就是利用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。一般来说，键控法采用两个独立的振荡器,得到的是相位不连续的FSK信号；而且直接调频法f1,f2由同一个谐振电路产生，则得到相位连续的FSK信号。2FSK信号便是0符号对应于载频f1，1符号对应于载频f2（与f1不同的另一个载频）的一调制波形，而f1与f2的改变是瞬间完成的。（1）模拟调频法：即直接利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。s（t） 2FSK（t）模拟调频器直接调频法是频移键控通信方式早期采用的实现方法。其优点是调制方便，设备简单，得出的是CPFSK信号，相位连续。（2）键控法：即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。2FSK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，但设备要复杂些，得出的是DPFSK信号，相位不连续。（3）锁相环(phase-locked loop)锁相环是实现相位同步的自动控制系统，为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法。锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差 ，并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定 ，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。（4）锁相环解调2FSK信号2FSK信号的解调是处于载波跟踪状态中。在载波跟踪状态中，环路只跟踪载波变化，输出一个未调制的载波。而2FSK信号是由两个载频f1、f2分别对0、1序列进行调制，其中心频率为f0。所以，解调时，只需对载波f0进行锁定，且两个频差均在捕获范围内，则可以顺利得出解调信号。3、仿真过程（1）、2FSK信号的产生A、模拟调频B、键控调频（本图用乘法器代替键控的作用）（2）2FSK信号的解调A、模拟法B、键控法4、仿真结果（1）、2FSK信号的产生A、 模拟调频两个信号的频率分别为：f1=11.11Hzf2=9.1Hz中心频率为：f=9.549Hz由下图可见，模拟调频产生的2FSK信号相位连续。2FSK随机序列B、键控调频两个信号的频率分别为：f1=17.5Hzf2=14.32Hz由下图可见，键控法调频产生的2FSK信号相位不连续。原序列反向后的序列f1f22FSK （2）2FSK信号的解调A、 模拟法Ts=0.5s ，1=0.9，2=0.6，K=150=12.9 （rad/s） =3.87=101.59（rad/s）=16.17（Hz）VCO中心频率f0=10.19 Hz低通滤波器的3dB带宽=30（rad/s）固有频差： 快捕带：则，均在快捕带之内，故可以快速入锁。最大频率阶跃量：因为环路滤波器是理想二阶环，故同步带与捕获带均为无穷大，即 满足要求：最终所得序列PD输出原序列解调后的2FSK过LF后的输出信号VCO输出 由图可知，锁相环经过大约1s锁定。B、 键控法Ts=0.5s ，1=0.9，2=0.6，K=150=12.9 （rad/s） =3.87=101.59（rad/s）=16.17（Hz）VCO中心频率f0=10.19 Hz低通滤波器的3dB带宽=30（rad/s）固有频差： 快捕带：则，均在快捕带之内，故可以快速入锁。最大频率阶跃量：因为环路滤波器是理想二阶环，故同步带与捕获带均为无穷大，即 满足要求：2FSK原序列最终所得序列最终所得序列2FSK原序列VCO输出解调后的2FSK过LF后的输出信号PD输出 由图可知，锁相环经过不到0.3s即进入锁定状态。5、结果分析1、 由仿真结果可看出，PD输出近似于零，且VCO输出随着输入信号的频率不同而变化，故可判定：环路入锁。2、 本文中，解调输出的信号毛刺较多，因此可将通过一低通滤波器滤去高频分量，得到比较平滑的输出。3、 可以从仿真结果中看出，即使经过低通滤波器后，输出解调信号与原码元仍差距较远，故要通过一检查静态下限模块并设置一个合适的下限值，使模块输出信号是一个离散序列。4、 对于检查静态下限模块的下限值设置：在实验中，由于VCO的中心频率处于2FSK信号的两个频率f1和f2之间，故信号解调后，经载波cos（2f1）调制的信号应在零值上方，经载波cos（2f2）调制的信号在零值下方，因此可以方便的将下限值设为零。5、 由仿真结果还可以看出，环路滤波器是理想二阶环的PLL的3dB带宽 足够大，可以将f1和f2两个频率均锁住，因此可解调出2FSK信号。6、 本文的仿真模型中，环路滤波器为理想二阶环，K=150，环路频率响应为其波特图为由此图可得，相位余量，增益余量，系统稳定。7、 从图中还可以看出，解调后最终所得的序列与原序列相比仍有一较小时间延迟，实际中不可忽略，可以采用位同步的方法进行解决。8、 在调试过程中，当=0.707时，2FSK信号无法解调出来，这可能是由于用simulink模块搭建的系统，模块内部参数的设置会产生影响。9、 在实验过程中，曾认为2FSK信号的解调应是在调制跟踪状态下进行的，这个看法是错误的，与实验结果不相符合。经教员解释，方知，只有模拟信号产生的调频信号才是在调制跟踪状态下进行解调的。因为模拟信号产生的调频信号引起的