2FSKWord文件下载.docx

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除具有两个符号的二进制频移键控之外，尚有代表多个符号的多进制频移键控，简称多频调制。

一种用多个载波频率承载数字信息的调制类型。

最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。

本实验采用2FSK调制，利用键控法产生2FSK信号。

其实验原理图如图1所示，即通过二进制数据的0值与1值控制开关与哪一路频率信号接通，这样0值与1值对应不同的频率，达到调制的目的。

图1键控法产生信号

FSK信号的解调方法有相干解调，非相干解调等。

在高斯白噪声信道环境下FSK滤波非相干解调性能较相干FSK的性能要差，但在无线衰落环境下，FSK滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。

在这个实验里我们采用的是高斯信道，故而用相干解调方法。

FSK相干解调要求恢复出传号频率与空号频率，恢复出的载波信号分别与接收的FSK调制信号相乘，然后通过低通滤波器滤除相乘后得到的高频分量，保留低频近乎直流的分量。

相干FSK解调框图如图2所示。

图2相干解调

四、实验结果

1、实验主体

（1）原理图

原理图如下图3，利用键控法产生2FSK信号FSK相干解调恢复信号。

其中低频正弦信号为1000Hz，高频正弦信号为2000Hz，随机码为500Hz。

上支路带通滤波器为500Hz到1500Hz，下支路带通滤波器为1500Hz到2500Hz，上下支路的低通滤波器均为500Hz，各参数如图所示。

图3实验原理图

2、波形与频谱

按图3的实验原理图连接好元器件，然后进行仿真。

可获得如下的波形与频谱

（1）输入随机码波形与输出波形

以下是随机信号原波形与通过判决器波形后，恢复的原始信号波形，由图中可见，该信号是有一定的时延，这是因为示波器的非理想等原因导致的。

图4输入随机波形与输出波形

（2）调制后信号与频谱

调制后的波形如图5所示，由图中可以看出，原始信号高电平时，调制信号频率较高，反之频率则较低。

图5调制后信号波形

（3）滤波后信号

带通滤波时，上支路信号是通过带通获得频率较低的分量，对应原始信号的低电平，如下图所示。

通过500Hz到1500Hz的带通滤波后，1000Hz的低频分量被滤出来，而2000Hz对应的量幅度则接近于零。

下支路信号是通过带通获得频率较高的分量，对应原始信号的高电平，如下图所示。

通过1500Hz到2500Hz的带通滤波后，2000Hz的低频分量被滤出来，而1000Hz对应的量幅度则接近于零。

低通滤波后，导致幅度突变的高频分量被滤除掉了，幅度变换区域平缓，得到下图是所示的时域波形。

当原始信号电平为0时，下图信号的对应值为1；

而当原始信号电平为1时，下图信号的对应值为0。

而通过低通滤波后，频谱也集中在500Hz以内。

同样的，低通滤波后，导致幅度突变的高频分量被滤除掉了，幅度变换区域平缓，得到下图是所示的时域波形。

当原始信号电平为0时，下图信号的对应值为0；

而当原始信号电平为1时，下图信号的对应值为1。

图8两支路通过滤波器后信号波形

3、眼图与抗噪性能

（1）原理图

图9眼图观测原理图

（2）眼图的观测

在低通滤波器之后，接收器图符之前加了一个抽样器图符，用来调整采样率以配合SystemView接收计算器的时间切片绘图功能来观察眼图。

时间切片功能可以把接收计算器在多个时间段内记录到的数据重叠起来显示。

时间段的起始位置和长度都可以由计算器窗口设置。

为满足时间切片周期和码元同步并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样率下采样周期的两倍长。

这里将采样频率设置为100Hz，采样周期为10ms，则时间切片应设为20ms。

时间切片的设置如下图所示，在接受计算器窗口下选择“Style”项，再输入“TimeSlice”的参数。

确定退出后即可看到眼图。

图10时间切片设置

（3）眼图与分析

如下图所示，在没有高斯噪声时，眼图是清晰简洁的眼形状，而随着噪声的加大，眼图线条愈加凌乱，观察到眼图的“眼睛”张开的幅度变小，即噪声容限下降，对应输出波形，就是信号受噪声的影响加大，愈加不容易分辨。

图11无高斯噪声图120.2V高斯噪声

图130.5V高斯噪声图140.8V高斯噪声

4、BER曲线

（1）总体原理图

BER分析的原理图如下图所示，由图可见，实验在原原理图基础上增加了一些模块，如比特误码率延迟BER模块、延迟模块等，以下就实验步骤和各部分模块进行分析。

图15BER分析原理图

（2）步骤

1　首先设置高斯噪声，如下图所示。

由于信号幅度为1V，故而相应的值不能设置太大，否则不能出结果。

图16高斯噪声设置

2　添加BER计算器，并作如下设置。

No.TRIALS为对比试验的比特数，通常这个取值具有一定的要求。

如果希望测出1e-4的BER，则至少进行1e+5的对比试验，这样经过统计得到的BER才比较可信。

同时也必须将系统定时中每个仿真循环的采样数设得足够大。

在这个仿真实验中，我们设“No.TRIALS”为100000，系统定时中的每个循环采样点数为40000，循环次数设置为十次。

注意，系统定时中的采样点数必须大于No.TRIALS的值。

图中“Threshold”值为参考信号与解调信号差异的门限值，这里设为0.5，当二者之差大于该值判为错，BER计数器累计0.5，小于该值时则判为正确。

“Offset”为时间偏移量，该值决定系统从什么时候开始进行比较试验。

通常无延时置为0，但是对某些具有滤波器、寄存器延时的系统则需要队员是信号进行精确延时后才能与解调信号进行比较，因此必须在延时结束后才能进行对照比较。

图17BER计算器设置

连接BER计数器的输出到接收计算器图符时，必须选择三种输出之一，其中选择0：

BER为实时BER值，选择1：

CummulativeAvg为BER的累计均值，选择2：

TotalErrors为错误总数。

图符25为停止接收计数器图符。

它的功能是当输入超过设定的门限值时，停止本次仿真，如果系统设置为多循环则进入下一循环的仿真运算。

这里设置为多次循环，并将系统定时中的No.ofSystemloops设置为9。

在BER仿真原理图中，还有一个终值接收计算器（图符24），它与BER计数器的累计均值输出（输出1）端连接，当仿真进行时，每一个循环结束时会显示本次循环的BER均值，该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础，只有利用该计算器的数据才能绘出所需的BER曲线。

图18停止计数器设置

3　全局变量的关联与BER曲线的生成

通过上述设置，一个简单的高斯噪声信道的BER测试模型就基本设置完毕。

但是此时并不能绘出完整正确的BER/SNR曲线，还必须将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使信道的信噪比（SNR）由0dB开始逐步加大，即噪声逐步减小。

每次减小的步长与循环次数有关。

设置全局变量的方法是，单击主菜单的“Tools”选项，选择“GlobalParameterLinks”。

这时出现下图的界面。

图19全局关联设置

点击AllTokens出现所有选项，选择增益（Gain），设置每次信噪比递增1dB，即噪声减小1dB，则在相应的定义栏将F[Gi,Vi]的值置为-cl。

这里的cl为系统变量“currentsystemloop”系统循环次数。

下面求BER/SNR曲线，进行如下设置。

选择“Style”功能中的“BERPlot”。

设置起始信噪比为1dB，增量“Increment”值为1（必须与预先设置的增益关联一致）。

在选择计算窗口“Selectonewindow”中，选择刚刚获得的系统累计误码率均值相对时间的关系曲线的窗口，单机确定后，即可获得所需的BER/SNR曲线。

图20BER绘图设置

图21BER/SNR曲线

4　与标准值比较

首先使用计算器功能“Comm”中的“TheoreticalBERPlots”功能，选择允许覆盖曲线窗口，并选中需要对比的标准理论曲线类型。

将起始信噪比设置为1dB，终止信噪比为10dB。

点击确认后便可获得所需的曲线图。

图22BER与理论比较设置

图23BER曲线与理论曲线比较

⑥由上图可见，随着信噪比的提高，误码率单调下降，但是与理论值有一定的差异。

而随着信噪比的越来越高，差异似乎更大，这个是因为在实际的系统中滤波器不是理想的，像带通滤波器和低通滤波器是巴特沃斯滤波器，并非理想的方形，会附加一定频带外噪声。

同时，之前获得延时也不是完全准确的，也会造成一定的附加噪声。