【《2FSK通信系统原理及仿真实现分析》2500字】

FSK通信系统原理及仿真实现分析目录TOC\o"1-3"\h\u237092FSK通信系统原理及仿真实现分析 1324081.12FSK的调制原理 1116291.22FSK的解调原理 1119841.32FSK调制实现与仿真分析 2236701.42FSK解调实现与仿真分析 41.12FSK的调制原理2FSK是利用载波的频率变化来传递数字信息[7]，其表达式为e2FSK(t)=式中幅度A为某一常数，表示码元的包络是矩形脉冲；“1”和“0”码元的对应的频率为f1和f2,且=f1，=f2。2FSK产生的方式有两种：调频法和键控法[8-9]。调频法：利用基带信号对载波信号进行调频；键控法：首先需要两个独立的频率f1和f2，然后在基带信号的作用下，对电子开关进行控制，使得输出为f1或f2的一种。两种方法的原理图如图1和图2所示。调频器s(t)e2FSK(t)调频器图1模拟调频法的原理图选通开选通开关振荡器f1振荡器f1相加器反相器 e2FSK(t)相加器反相器基带信号s(t)选通开关振荡器f选通开关振荡器f2 图2数字键控法的原理图1.22FSK的解调原理相干解调和非相干解调是2FSK常用两种解调方法。相干解调的原理是将已调信号通过带通滤波器，在分别在与对应的相干载波信号相乘，在经过低通滤波器，最后进行抽样判决得到解调信号；对于非相干解调的原理首先也是经过带通滤波器，然后经过包络检波器（其中包络检波器包括整流器和低通滤波器），最后在抽样判决得到解调信号[10]。两种解调原理图如图3和图4所示：带通滤波器包络检波器抽样判决器 带通滤波器包络检波器抽样判决器带通滤波器e2FSK(t)定时脉冲输出带通滤波器包络检波器 包络检波器图3非相干解调原理图低通滤波器低通滤波器相乘器带通滤波器带通滤波器 抽样判决器cos抽样判决器e2FSK(t)定时脉冲 输出cos低通滤波器相乘器带低通滤波器相乘器带通滤波器图4相干解调原理图1.32FSK调制实现与仿真分析2FSK调制共有两种：调频法和键控法。无论是哪种调制方法，都需要设计一个二进制基带脉冲序列（本次设计所用为PN码序列）。对于模拟调频法需要设计一个调频器Fm:对于数字键控法需要设计两个不同频率的正弦波和一个选通开关。两种方法的调制仿真图如下图所示：图52FSK调制电路图在图5中，图符31和图符3构成模拟调频法实现2FSK，而图符1、2、3共同构成数字键控法实现2FSK。具体参数如下：系统频率1000HZ，采样点数256。Token1:正弦波，幅值为1V，频率100HZ，相位偏移为0。Token0：正弦波，幅值为1V，频率200HZ，相位偏移为0。Token3：PN码序列，幅度0.5V，偏值0.5V，频率为50HZ，电平数为2，相位为0。Token2:单刀双掷开关，输出延迟为0s，阀值为0.5VToken8:FM频率调制器，幅值为1，频率为100HZ，相位偏移为0，调制增益为100HZ/V。Token4、5、6、7、9：波形观察器。仿真结果各波形如下图所示：图6信号源1的波形和频谱图图6左侧为正弦波信号，且频率为100HZ，由右侧的频谱图可以看出在100HZ处有冲击。图7信号源2的波形和频谱图图7左侧为正弦波信号，且频率为300HZ，由右侧的频谱图可以看出在300HZ处有冲击。图8原PN码的波形和频谱图图8左侧为二进制PN码序列，右侧为对应的频谱图，有了信号源和PN码序列，我们便能够得到对应的调制信号，由图5得到的调制波形如下图9所示：图9已调信号仿真图在调频法中调频法的调频增益为100HZ/V,中心频率为100HZ，但是考虑到数字信号的‘1’和‘0’代表的幅度为1V和0V，所以调频后的两个载波频率为f1=100Hz+100Hz/V×1V=200Hzf0=100Hz+100Hz/V×0V=100Hz键控法是用键控开关对于两个信号进行选通，得到的结果与调频法可能不同的是在码元连接处是不连续的。但是本次的设计使得两种方法的结果是一致的，都是和图9结果是一致的。对于最终得到的2FSK信号也是符合理论的，在二进制PN码序列为高电平时，频率为f1=200HZ；为低电平时，频率为f2=100HZ；又因为PN码的码元传输速率为50HZ，则f1=4*50,f2=2*50,即每个码元时间内包括4个周期的信号（频率为f1）或者2个周期信号(频率为f2)，结果可以由波形观察得出。1.42FSK解调实现与仿真分析两种解调方法的仿真电路图如图10所示：图102FSK解调电路图相加器左边为调制电路，右边为解调电路。图符9、10（带通滤波器）和图符15、16（全波整流器）和图符17、18（低通滤波器）和图符21（模拟比较器）构成非相干解调；图符11、12（带通滤波器）和图符13、14（相乘器）和图符19、20（低通滤波器）和图符34、33（相干载波）图符22（模拟比较器）构成相干解调。具体参数如下：调制部分的参数上文有具体列出，这里不做说明。系统频率1000HZ，采样点数256。Token9,11:巴特沃斯带通滤波器，3poles,上限截止频率为50HZ，下限截止频率为130HZ。Token10,12:巴特沃斯带通滤波器，3poles,上限截止频率为170HZ，下限截止频率为230HZ。Token15,16:全波整流器。Token17,19:巴特沃斯低通滤波器，3poles,上限截止频率为100HZ。Token18,20:巴特沃斯低通滤波器，3poles,上限截止频率为200HZ。Token21,22:模拟比较器；1、2FSK非相干解调已调信号经过两个不同带通滤波器，分别滤除100HZ和200HZ的信号，在经过整流器起到绝对值的作用，在各自经过截止频率不同的低通滤波器的作用下得到两个信号的包络，仿真结果如图11所示：图11经包络检波器后的仿真图在得到两个包络之后，将其放在模拟比较器的两端，得到解调信号。模拟比较器在作用为：在抽样判决时刻当上面的幅值大于下面图形的幅值时，输出为‘1’，反之输出为‘0’，结果如图12所示：图12非相干解调的时域波形和频谱左侧是已解调后的时域波形，右侧为对应的频域波形。将图14与图8相对比，发现时域波形除了在相位上的延迟，基本上是相同的。若从频域上看除了在某个别频谱上会有一定的幅度差异，大致是与原信号的频谱是一致的。结果的差异性可能是因为滤波效果并没有达到最佳的效果，只是起到接近的效果。2、2FSK相干解调已调信号首先也是经过两个不同的带通滤波器分别除去100HZ和200HZ的信号，接着经过与本地载波同频同相的相干载波信号相乘（如果不用同频同相的载波，可能得不到正确的结果），在低通滤波器，得到两个低频信号如图13所示：图13相干解调经低通滤波器后的波形在得到两个包络之后，将其放在模拟比较器的两端，得到解调信号。模拟比较器在作用为：在抽样判决时刻当下面的幅值大于上面图形的幅值时，输出为‘1’，反之输出为‘0’，结果如图12所示。左侧是经过相干解调后的PN码，右侧为对应的频域波形。将该图与图8相对比，在时域上除了出现了相位的延迟，基本是一样的；在频域上频谱的幅度出现了变化，但是存在的频谱分量并没有变化。得到的结果也是正确的。3、两种解调方法的比较由仿真的结果可以知道，两种方法在规定的参数下都可以得到正确的