基于Matlab-Simulink 的 2FSK 数字调制原理与仿真

深藏阁楼爱情的钟 2023-07-06 09:52 8阅读 0赞

**0.前言：**

数字通信系统又可以分为基带传输系统和带通传输系统。

基带传输系统数字基带信号不经过载波调制而直接在信道中传送，主要应用在对称电缆构成的近距离通信中。

大多数信道不能直接传输基带信号，传输系统需要在发送端用数字基带信号对载波进行调制变换成数字带通信号，在接收端把带通信号还原成数字基带信号，这种包括调制和解调的数字传输系统叫做数字带通传输系统［１］。

带通传输系统根据载波的不同参量可以分为：振幅键控（Amplitude Shift Keying,ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying,FSK）和相移键控（Phase Shift Keying,ASK）。

带通传输系统根据基带信号的进制又可以分为二进制传输系统和多进制传输系统。文章主要对二进制频移键控（2FSK）传输系统进行仿真和分 析，基于 Matlab/Simulink的2FSK传输系统仿真模型，并基于该模型进一步对误码率等性能进行分析。

**1.FSK调制方法**

2FSK 是利用进制数字基带信号去控制载波的频率，即发送端产生两个不同频率的载波分别传送“0”与“1”，相邻的振荡波形相位有可能是连续的，也有可能是不连续的。

实现 2FSK 的调制方法有 3 种:

1) 模拟调频法: 用数字基带信号 S ( t) 控制振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，输出相位连续的 FSK 信号。其实现框图如图 1 所示。

2) 频移键控法: 也称频率选择法。 用数字矩形脉冲 S( t) 控制电子开关，通过选择不同频率的载波信号实现相位不连续 FSK 调制。实现框图如图2 所示。

3) 使 用 DDS 实 现 相 位 连 续 的 2FSK［3］: DDS( 直接数字合成) 是通过控制相位的变化速度，直接产生各种不同频率信号的一种频率合成方法。其具有较高的分辨率，可以实现快速的频率切换，并且在频率改变时能够保持相位的连续，易实现相位和幅度的数控调制。

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本文将采用方法2进行仿真分析。

**3.Simulink仿真分析**

建立 Simulink仿真2FSK调制框图如图所示。其中， Sine Wave和Sine Wave1 是两个频率分别为f1和f2的载波， Pulse Generator 模块为信号源。NOT实现方波的反相，最后经过相乘器和相加器生成2FSK 信号。

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1.  Sine Wave模块。设置载波f1,幅度1，f1=10\*pi Hz,采样时间0.01s

Sine Wave1模块，设置载波f2,幅度1，f2=20\*pi Hz,采样0.001s

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1.  Pulse Generator 模块为信号源，设置方波幅度1，周期3，占空比33%。

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（3）运行仿真，

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1.  修改载波f1与f2频率，以及数字信号方波的周期。

Sine Wave模块。设置载波f1,幅度1，f1=1KHz,采样时间0

Sine Wave1模块，设置载波f2,幅度1，f2=10KHz,采样0

设置方波幅度1，周期0.01，占空比50%。

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数字信号成功的生成了2FSK 的数字调制信号，实际中，载波频率会很高。如蓝牙，采用GFSK 调制，发射频率为2.4GHz。

调制信号的发射还需要射频电路才能够完成，以后会慢慢讲到。

**4.2FSK频移键控仿真**

**  ** 建立调制和解调的仿真模型如下图。伯努利2进制信号生成器生成的2进制信号，通过2FSK调制后，加入空间的高斯白噪声，再通过2FSK解调。

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（1）参数设置，Bernoulli Binary Generator(伯努利2进制信号生成器),采样时间设置为1/1200。

M-FSK 模块，将参数设置为2，频率1000Hz，Sample per symbol为1200.

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（2）AWGN Channel 高斯白噪声模块，设置Es/No为10dB，Symbol period为1/1200，

Error Rate Calculator误码计算模块，设置Output data输出至port。

Delay模块设置2

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1.  运行仿真

设置仿真时间0.1s，Display显示，误码率0.5455,误码数66，总码数12。仿真效果如图。

第一个波形：接收信号与延迟后的源信号比较结果

第二个波形：延迟后的源信号波形

第三个波形：接收到的信号经过解调后的波形

第四个波形：源信号经过2FSK调制后的波形

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5.总结：

信号的调制和解调有很多种，关于不同调制方法的误码率有很多论文可以借鉴。以后再慢慢学习。

将2FSK 换成8FSK经过仿真后，误码率没有变化。但是多进制的PSK却不一样。多进制的PSK虽然能够获得更快的传输速率，但是速率的提高却能导致误码率的增加。这些内容和仿真将在以后给出。

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