MATLAB进行2ASK和2FSK的simulink仿真分析.docx

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MATLAB进行2ASK和2FSK的simulink仿真分析

通信系统综合设计

题目：

基于MATLAB的通信系统的仿真

系别通信工程

专业班级T1341

学生姓名徐野

指导教师张立新

提交日期2016.06.25

摘要

现代通信仿真技术是对设计的通信系统进行模拟仿真的一门科学技术，以提升系统的可用性。

通信系统是用于完成信息传输过程的技术系统的总称。

现代通信系统分为无线通信和有线通信，它在各个领域发挥越来越重要的作用。

MATLAB和System viewv Simulink是实现通信仿真的重要技术段。

MATLAB是商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

利用它们可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合通信系统和各种多速率系统，也可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

它是一个强有力的动态系统分析工具，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析。

  System View是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具，它实现了功能的软件化，避开了复杂的硬件搭建，在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真本文利用System view软件设计模拟调制和解调电路，通过分析其输入输出波形验证所设计电路的正确性。

  本文通过分别用Matlab、Simulink、System view设计2FSK调制与解调的仿真，深入了解数字频率调制2FSK的基本原理，掌握用现代通信仿真技术对解调与调制的实现，深刻理解Matlab、Simulink以及System view软件的使用方法和设计方法

第一章MATLAB简介.....................................................................................................1

1.1MATLAB简介...................................................................................................1

1.2Similink仿真技术.......................................................................................1

第二章2ASK和2FSK的基本原理和实现...................................................................2

2.1数字调制2ASK的原理...................................................................................2

2.2二进制移频键控（2FSK）................................................................................4

第三章调制与解调仿真..............................................................................................8

3.12ASK调制仿真................................................................................................8

3.1.12ASK模型建立............................................................................................8

3.1.22ASK模型参数设置及仿真的结果............................................................9

3.22FSK调制仿真..............................................................................................11

3.2.12FSK模型建立..........................................................................................11

3.2.22FSK模型参数设置及仿真的结果..........................................................12

第四章总结与心得....................................................................................................16

第一章MATLAB简介

1.1MATLAB简介

MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。

是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

1.2Similink仿真技术

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，丰富的可扩充的预定义模块库。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI） ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

第二章2ASK和2FSK的基本原理和实现

2.1数字调制2ASK的原理

2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲取键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出，有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。

模拟调制法原理框图如下：

图2-1模拟2ASK调制原理图

2ASK信号的一般表达式为 ：

其调制过程如下图

图2-2二进制振幅键控信号时间波型

2ASK信号的功率谱密度为：

S（t）的功率频谱密度为：

2ASK的产生方法有两种：

模拟调制和键控法 。

而解调也有两中基本方式：

非相干解调（包络检波）和相干解调（同步检测法） 

DS2ask=s（t）*cos（2*pi*f*t） 

     =0.5*m（t）+0.5*m（t）*cos（2*wc*t） 

 乘以相干载波后,只要滤去高频部分就可以了，本次仿真使用相干解调方式：

2ask信号 →带通滤波器与→与载波相乘→低通滤波器 →抽样判决 →输出

以下就是matlab的仿真结果极其频谱图（省去了带通filter）可以看到解调后的信号与信源有一定的延时。

通过观察频谱图，用放大镜可以清楚的看到，2ask实现了频谱的搬移，将基带信号搬移到了fc=150hz的频率上，而且若只计频谱的主瓣则有：

B2ask=2fs，fs=1/Ts其中Ts为一个码元宽度。

图2-3二进制振幅键控信号解调器原理框图

图2-42ASK信号非相干解调过程的时间波形

2.2二进制移频键控（2FSK）

在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。

二进制移频键控信号的时间波形如图2-5所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。

若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为

图2-5二进制移频键控信号的时间波形

由图2-5可看出，bn是an的反码，即若an=1，则bn=0,，若an=0，则bn=1，于是bn=

，θn和

分别代表第n个信号码元的初始相位。

在二进制移频键控信号中，

和θn不携带信息，通常可令

和θn为零。

因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为

二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。

图2-6是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图，图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。

二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。

采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2-7所示。

其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。

非相干解调过程的时间波形如图2-8所示。

图2-6数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

（a）非相干解调;（b）相干解调

图2-7二进制移频键控信号解调器原理图

图2-82FSK非相干解调过程的时间波形

过零检测法解调器的原理图和各点时间波形，其基本原理是：

二进制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。

输入信号经过限幅后产生矩形波，经微分，整流，波形整形，形成与频率变化相关的矩形脉冲波，经低通滤波器滤除高次谐波，便恢复出与原数字信号对应的基带数字信号。

第三章调制与解调仿真

3.12ASK调制仿真

3.1.12ASK模型建立

2ASK信号调制的模型方框图由DSP模块中的sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，Simulink模型图如图3-1所示：

图3-12ASK信号调制的模型方框图

其中正玄信是载波信号，方波代表S（t）序列的信号塬，正玄信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。

3.1.22ASK模型参数设置及仿真的结果

建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。

从正玄信号源开始依次的仿真参数设置如下：

图3-2正弦信号参数设置

其中sin函数是幅度为2频率为1Hz采样周期为0.002的双精度DSP信号

图3-3方波信号源的参数设置

方波信号是基于采样的，其幅度设置为2，周期为3，占1比为2/3。

经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面是示波器显示的各点的波形图如图3-4所示：

图3-4各点的时间波形图

由上图可以看出信息源和载波信号相乘之后就产生了受幅度控制的2ASK信号。

3.22FSK调制仿真

3.2.12FSK模型建立

2FSK信号是由频率分别为f1和f2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中f1和f2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号，2FSK信号产生的simulink仿真模型图如图3-5所示：

图3-52FSK信号的simulink模型方框图

3.2.22FSK模型参数设置及仿真的结果

其中sinwave和sinwave1是两个频率分别为f1和f2的载波，PulseGenerator模块是信号源，NOT实现方波的反相，最后经过相乘器和相加器生成2FSK信号，各参数设置如下：

图3-6载波sinwave的参数设置

其中幅度为2，f1=1Hz,采样时间为0.002s在此选择载波为单精度信号f2的参数设置如图3-7：

图3-7载波sinwave1的参数设置

载波是幅度为2，f2=2,采样时间.为0.002的单精度信号。

本来信号源s（t）序列是用随机的01信号产生，在此为了方便仿真就选择了基于采样的PulseGenerator信号模块其参数设置如图3-8所示：

图3-8PulseGenerator信号模块参数设置

经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如图3-9所示：

图3-92FSK信号调制各点的时间波形

由上图3-9可以看出经过f1和f2两个载波的调制，2FSK信号有明显的频率上的差别。

第四章总结与心得

本文通过对数字信号的simulink建模仿真，使我数字键控的概念又有了更深的了解，而且介绍了通信系统的含义，进而引出模拟调制和解调的概念。

人工计算调制过程比较困难，而MATLAB具有的强大功能可以很容易的解决这一问难题所以详细介绍了MATLAB通信系统工具箱；并给出了基于MATLAB的通信系统的设计和仿真的实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真。

通过对本次应用MATLAB语言对通信系统的分析，使我系统的理解了调制的功能，对掌握信息的传输有了进一步提高。

从上面的分析我们可以看出用MATLAB辅助分析信号频谱，具有编程简单、计算准确、绘图方便、结果直观等特点。

学会在建模完成后运行时发生的错误进行修正，提高的自我解决问题的能力。