fsk调制解调系统的仿真与分析毕业设计(编辑修改稿)

fsk调制解调系统的仿真与分析毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

晶振 D/A 固定分频 可变分频 脉冲形成 带通滤波器 整形 鉴频 判决 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 44 页 图 基于 FPGA 调制原理 框图 基于 FPGA 的解调中，是由分频器，寄存器，计数器，判决器组成的。 其中分频器是一种基本电路，通常用来对某个频率进行分频得到所需的频率，整数分频器可采用计数器设计实现。 判决器是对到来的码元按照判决门限进行判决 [5]。 其具体的解调原理框图如图 所示。 图 基于 FPGA 解调原理框 图 方案三：基于 MATLAB 的 FSK 方案设计 基于 MATLAB 的 FSK 仿真中， 数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。 从原理上讲， 2FSK 信号的产生方法有两种： ，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。 基带信号 FSK 信号 图 模拟法 ， 注意：选通开关也可用乘法器。 图 键控法 频移键控信号常用的解调方式有多种，其有相干解调、非相干解调（包络检测法）、过零检测法、鉴频法和差分检波法等等。 ，具体原理框图如图 所示。 clk start 载波 2 分频器 2 已调信号 二选一 选通开关 载波 1 分频器 1 基带信号 clk start 寄存器 判决 计数器 分频器 基带信号 基带信号 模拟调频器 振荡器 1 相加器 反相器 选通开关 振荡器 2 选通开关 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 44 页 图 非相干解调法 原理框图 ，具体 原理框图如图 所示。 图 相干解调法原理框图 ，具体原理框图如图 所示。 图 过零检测法原理框图 方案分析与选择 方案一：单片机方案分析 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上 ， 构成的一个小而完善的计算机系统。 其特点如下： 优点 :（ 1） 系统结构简单，使用方便，实现模块化； （ 2） 单片机可靠性高； （ 3） 处理功能强，速度快； （ 4） 低电压，低功耗，便于生产便携式产品； （ 5） 控制功能强，环境适应力强。 缺点 :（ 1） 运行速度慢是因为集中指令结构，而且芯片为了抗干扰采用了 12 分频法； （ 2） 所有的 I/0 口都是准双向口， I/0 口的驱动能力弱； （ 3） 芯片里面的 P0 口没有上拉电阻； （ 4） 芯片不能定义成内部复位方式，只能用外部微分电路复位； （ 5） 芯片内部没有 RC 振荡。 如要芯片正常工作，需要外加振荡源； （ 6） 功耗比较高，抗干扰能力也 不是很强。 方案二： FPGA 方案分析 FPGA 是现场可编程门阵列，其可以设计为各种逻辑功能，设计灵活。 当然它也可嵌入各种 CPU做为处理器，如： 8051， ARM， NIOS_ii 等等构架的 CPU. FPGA；新型 FPGA 可以用内部 乘法器 /寄存器 /内存块构造软核。 其特点如下： 脉冲展宽 抽样判决 限幅 BPF 整流 微分 低通 带通滤波器 1 抽样脉冲 带通滤波器 2 抽样判决 包络检波 器 包络检波器 低通滤波器 2 带通滤波器 2 带通滤波器 1 低通滤波器 1 相乘器 相乘器 抽样判决器 抽样脉冲 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 44 页 优点： （ 1） 在高速信号处理时，可以采用并行结构，大大提高处理速度，甚至可以超过目前最快的 DSP，适合与高速场合； （ 2） 设计周期短，逻辑单元灵活； （ 3） 集成度高； （ 4） 可实现 较大规模的电路； （ 5） 编程很灵活。 缺点： （ 1） 功耗较大； （ 2） 编程数据信息在系统断电丢失； （ 3） 使用方法复杂，保密性差。 方案三： MATALB 方案分析 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，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。 其特点如下： 优点：（ 1）在计算要求相同时， MATLAB 编程工作量大大减小 ； （ 2） MATLAB 工具包都是 现成的，调用一下很方便； （ 3）在各类仿真中， MATLAB 是主要解决电子信息中的问题，可以做出仿真结果。 （ 4）计算功能强大，速度快，精度高； （ 5）编写程序简单，易懂。 缺点：在与其他数学软件相比较的话，最主要的缺点有两点，分别是： （ 1）循环的执行速度、符号计算功能比较弱； （ 2）参数设置比较困难； （ 3）价格比较贵。 方案选择 我在本次设计中，将借助于 MATLAB 平台来完成 FSK 调制解调系统仿真。 原 因有以下几点： （ 1） 考虑到实现软件功能的灵活性，方便，电路的复杂度，预采用 MATLAB 实现； （ 2） 在实际情况中，由于要观察各个时期的波形变化和误码率观察，特别是频谱特性的观察。 在硬件电路中它的元器件多，波形在调制解调时也容易失真难以观察，但在软件中就很容易实现的。 （ 3） 在硬件电路中，多进制频移键控是很难完成的，可以想象其在调试阶段是多么的困难。 （ 4） 最主要的是由于自身的原因。 一方面，自己本来就在硬件方面是弱项，再加上做硬件的不可能一次两次就成功的，这是需要不停地调试。 另一方面，在仿真这块，我们接触的最多的就是MATLAB 仿 真，在 Simulink 环境中搭建模块的话比较便捷，并且可以达到毕设的要求，美中不足的就是参数设置不太好调试。 综上所述，由于多种原因，自己会采用基于 MATALB 的 Simulink 环境下进行 FSK 的调制解调系统仿真与分析。 软件介绍 MATLAB 简介 MATLAB 是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。 由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充MATLAB 的功能，使其成为了巨大的知识宝库。 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 Mathworks 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。 MATLAB 有着强大的功能且应用范围非常广，可以用来进行多种工作，具体如下：数值分析、数值和符号计算、 工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、 数字图像处理 技术、 数字信号处理 技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等。 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 44 页 MMATLAB被称为第四代计算机语言。 它的最突出的特点就是简洁，它用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了 C和 FORTRAN语言的冗长代码。 给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。 Simulink 简介 Simulink 是 MATLAB 的重要组成部分， Simulink 是 Matlab 软件下的一个附加组件， 它具有相对独立的功能和使用方法。 Simulink 的文件类型为 .mdl。 Simulink 支持连续与离散系统，也支持线性与非线性系统。 Simulink里包括一些控制工具箱，例如控制系统工具箱，模糊逻辑工具箱，非线性控制设计模块等等。 用户还可以创建与定制自己的功能模块，而不一定只使用 simulink 系统软件提供的标准模块。 这样，用户就可以自行扩充软件的使用范围。 Simulink 的主要功能时实现动态系统建模仿真与分析 的 MATLAB 软件包。 支持连续、离散以及两者混合的 线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分、拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。 在其下提供了丰富的仿真模块。 其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数。 Simulink 仿真与分析的主要步骤按先后顺序为为：从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 44 页 2 FSK工作原理 2FSK 的表达式以及波形 图 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 两个频率点间变换，则产生二进制频移键控信号（ 2FSK 信号） [6]。 在二进制中基带信号当中，数字 1 可代表一种载波频率 f1 ，则数字 0 代表 f2 的载波频率。 故其时域表达式为 所示。   ”时发送为“ ”时发送为“ 0)c o s ( 1)c o s (212 nnF S K wwe AA （ ) 根据以上 2FSK 信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为 所示。           nn ww tstst  210 c o sc o se （ ) 其中， s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列 为 所示。    Ta bn n ntgt  s （ )    PPan 1,0,1概率为 概率为 （ ） g(t)是持续时间为 Tb 、高度为 1 的门函数； ts 为对 s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即 ts 式为 所示。    Ta bn n tgts  。