基于FSK调制解调系统的matlab仿真

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1.算法描述

        频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。数字频率调制是数据通信中使用较 早的一种通信方式,由于这种调制解调方式容易实现,抗噪声和抗衰减性能较强,因此在 中低速数字通信系统中得到了较为广泛的应用。

 

        在二进制频移键控中,幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换(称为高音和低音,代表二进制的1 和0)。产生FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1,在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的,因此这种FSK 信号称为不连续FSK 信号。由于相位的不连续会造频谱扩展,这种FSK 的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不断发展,越来越多地采用连继相位FSK调制技术。目前较常用产生FSK 信号的方法是,首先产生FSK 基带信号,利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续,功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。

 

2-FSK功率谱密度的特点如下:

 

(1) 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在f1和f2位置;

 

(2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs,则出现单峰。

 

PSK:在相移键控中,载波相位受数字基带信号的控制,如在二进制基带信号中为0时,载波相位为0或π,为1时载波相位为π或0。载波相位和基带信号有一一对应的关系,从而达到调制的目的。

 

  在二进制频移键控(2FSK)中,当传送“1”码时对应于载波频率,传送“0”码时对应于载波频率。 2FSK信号波形可看作两个2ASK信号波形的合成,下图是相位连续的2FSK信号波形。

 

fb2ad2187ae232d23e22c160e9c34455_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

 

      FSK信号的解调也有非相干和相干两种,FSK信号可以看作是用两个频率源交替传输得到的,所以FSK的接收机由两个并联的ASK接收机组成。

 

(1)相干解调

 

       相干解调是利用乘法器,输入一路与载频相干的参考信号与载频相乘,通过低通滤波,滤除高频信号,即得原始信号,FSK经过带通滤波之后,可以看作是两路ASK信号,相干检测器组成的原理如下所示:

 

c24f1f606bc9006ab3c90bb00b94fa20_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

 

FSK相干解调结构

 

上图是一种易于实现的FSK相干解调器,还有一种最佳FSK相干解调器如下所示:

 

f76b9952e53246c0c2b7ce2a78c5867c_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

 

FSK最佳解调结构

 

      从图上可以看出,在接收端要产生两个已知信号s1(t)和s2(t)的波形,分别和输入波形相乘,再送往积分器,在一定时间内积分,在t=Tb时刻,将积分结果取样,并在比较器中比较判决,然后输出,整个相干解调器的性能受载波锁相环路以及位同步性能影响很大,并且在高速率的情况下,积分、取样和清洗电路难以实现,因此通常采用第一种相干解调器的结构。

 

(2)非相干解调

 

       由于FSK信号中提取相干载波相对比较困难,实际工程应用中多用非相干解调法,在相同误码率的条件下,非相干解调需要的信噪比只比相干解调高1~2dB。非相干解调的种类有很多,例如:基于自适应滤波的解调法、差分检波算法、AFC环解调法、过零检测法、包络检波法等。

 

2.仿真效果预览

matlab2022a仿真结果如下:

 

16ddf381351bf3f4573d9f5b02f9e11c_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

 

3.MATLAB核心程序 `%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Binary FSK demodulation XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

mn=[];

for n=ss:ss:length(m)

  t=bp/99:bp/99:bp;

  y1=cos(2pif1*t);                    % carrier signal for information 1

  y2=cos(2pif2*t);                    % carrier signal for information 0

  mm=y1.*m((n-(ss-1)):n);

  mmm=y2.*m((n-(ss-1)):n);

  t4=bp/99:bp/99:bp;

  z1=trapz(t4,mm)                                             % intregation

  z2=trapz(t4,mmm)                                            % intregation

  zz1=round(2*z1/bp)

  zz2= round(2*z2/bp)

  if(zz1>A/2)      % logic lavel= (0+A)/2 or (A+0)/2 or 2.5 ( in this case)

    a=1;

  else(zz2>A/2)

    a=0;

  end

  mn=[mn a];

end

disp(' Binary information at Reciver :');

disp(mn);

 

 

%XXXXX Representation of binary information as digital signal which achived

%after demodulation XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

bit=[];

for n=1:length(mn);

    if mn(n)==1;

       se=ones(1,100);

    else mn(n)==0;

        se=zeros(1,100);

    end

     bit=[bit se];

 

end

t4=bp/100:bp/100:100length(mn)(bp/100);`