2FSK数字调制系统的simulink仿真

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，同步性能的好坏干脆影响着通信系

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，最终

对仿真结果仅进行了简洁的分析。

关键词：同步、锁相环、2FSK、simulink,调制解调

SUMMARY：

Synchi'onizationisthefoundamentalprobleminadigital

communicationsystem.Also,ithasadirectimpaciontheperformanceof

cicommunicationsystem.Inthisarticle,Idescribestheveryapplication

of2FSKsignaldemodulationbasedonPLL.First,theprincipleofthe

systemisanalyzed,thenapplyMATLABcorrespondingmodulestosimulate

thesystem.FinallyIgiveamalysisonsimulationresults.

Keywords：synchronization^PLL>2FSK、simulink、modulateand

Demodulate

1、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干脆传送基带信号。为了使数字信号在带通系统中传输，

必需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

字基带信号限制载波，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）o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方法简洁，易于

实现，并且解调不须要复原本地载波，可以异步传输，抗噪声利抗衰落性能较强。

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巴。锁相环是一种自动相位限制系统，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；

其次信号的调频和解调；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，依据2FSK调制与锁相环解调原理,

设计了调制解调电路。利月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，建模简洁，参数易力调整的特点。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探讨供应了强有力的工具，也为理论学习供

应了一条特别好的途径。

2、原理分析

ESKBPErequencyShiftKey叫做移频键控或频移键控。调制的方法一般有

两种，一种叫干脆调频法，另一种叫键控法。所谓干脆调频法，就是将输入的基

带脉冲去限制一个振荡器的某种参数，而达到变更振荡频率的目的。键控法就是

利用矩形脉冲序列限制的开关电路，对两个不同的独立频率源进行选通。一般来

说，键控法采纳两个独立的振荡器，得到的是相位不连续的FSK信号；而且干脆调

频法fl,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。符号对应于载频fl,1符号对应于载频f2(与fl不同的另一个

载频)的一调制波形，而门与f2的变更是瞬间完成的。

(1)模拟调频法：即干脆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

干脆调频法是频移键控通信方式早期采纳的实现方法。其优点是调制便利,

设备简洁，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限制的开关电路对两个不同的独立频率源

进行选通。

伐波

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.但设备要困难叱.得出的是DPFSK信号,相位不连续0

(3)锁相环(phase“ockedloop)

锁相环是实现相位同步的自动限制系统，为无线屯放射中使频率较为稳定

的一种方法。

锁相坏由鉴相器、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U。之间的相位差，并输出误差电压UdoUd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）的限制电

压Uc°Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率f。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，维持锁定的直流限制

电压由鉴相器供应，因此鉴相静的两个输入信号间留有肯定的相位差。

（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，环路只跟踪载波变更，输出一个未调制的载波。

而2FSK信号是由两个载频fl、f2分别对0、1序列进行调制，其中心频率为

所以，解调时，只需对载波f'O进行锁定，且两个频差均在捕获范围内，则可以顺

当得出解调信号。

3、仿真过程

（D、2FSK信号的产生

A、模拟调频

Bernoulli>InlOutl

Binary

BernoulliBinary

Generatorvco

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

⑴、2FSK信号的产生

A、模拟调频

两个信号的频率分别为：

fl=ll.11Hz

f2=9.1Hz

11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。

随机序列

B、键控调频

两个信号的频率分别为：

fl=17.5Hz

f2=14.32Hz

由下图可见，键控法调频产生的2FSK信号相位不连续。

(2)2FSK信号的解调

A、模拟法

Ts=0.5s，xl=O.9IT2=0.6,K=150

.=后=12.9(rad/s)<=y^=3.87

Qc=^n[2<2+l+7(2^2+l)2+lp=101.59(rad/s)=16.17(Hz)

VCO中心频率f0=10.19Hz

低通滤波器的3dB带宽=30(rad/s)

固有频差：△以)l=fl-f0=0.92(Hz)

ArwO2=fO-f2=l.O9(Hz)

快捕带：A^\=K—==100(rad/s)=15.9(Hz)

rl

则，和A")2均在快捕带之内，故可以快速入锁。

最大频率阶跃量：A^ypo=1,8<yn(，+1)=113(rad/s)=18(Hz)

因为环路滤波器是志向二阶环，故同步带与捕获带均为无穷大，即

\(oH=\cop=8

满意要求：A<y/<^copo<<Aa)H

VC。物出

过IF后的

依出信号

PD输出

京序列

最终所得

序列

W洞后的

2FSK

由图可知，锁相环经过大约1s锁定。

B、键控法

Ts=0.5s,T1=0.9,T2=0.6,K=150

碗=咨=12.9(rad/s)f=yJ^=3.87

Qc=<yn|2<2+l+7(2<2+D2+1p=101.59(rad/s)=16.17(Hz)

VCO中心频率fO=10.19Hz

低通滤波器的3dB带宽=30(rad/s)

固有频差：AyOJfl—fOMOgZCHz)

A<zX)2=f()-f2=1.09(Hz)

快捕带：AaA=K^=2^a)n=100(rad/s)=15.9(Hz)

则，kMl和△双)2均在快捕带之内，故可以快速入锁。

最大频率阶跃量：A^po=1.8<yn(<+1)=113(rad/s)=18(Hz)

因为环路滤波器是志向二阶环，故同步带与捕获带均为无穷大，即

boH==oo

满意要求：△就＜△纱。＜△侬〃＜Zt)H

VCO输出

统调后的

2FSK

过LF后的

输出信号

PD辘出

2FSK

原序列

出终所得

序列

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VC0输出随着输入信号的频率不

同而变更，故可判定：环路入锁。

2、木文中，解调输出的信号毛刺较多，因此可将〃,(l)通过一低通滤波器滤去高

频重量，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：在试验中，由于VCO的中心频率处于

2FSK信号的两个频率门和f2之间，故信号解调后，经载波cos(2乃fl)调

制的信号应在零值上方，经载波cos(2^f2)调制的信号在零值下方，因

此可以便利的将下跟值设为零。

5、山仿真结果还可以看出，环路滤波器是志向二阶环的PLL的3dB带宽C,足够

大，可以将门和f2两个频率均锁住，因此可解调出2FSK信号。

6、木文的仿真模型中，

环路滤波器为志向二阶环匕吆，K=150,,环路频率响应为

0.9s

J9OQ+15O

-O.9Q2+j9OQ+l5O

其波特图为

IItaa■ii

hHiihiHhS

二二二二二二二二二二二二二二•二，二

101102103

Frequency(rad/s)

12

101010

Frequency(rad/s)

由此图