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超再生接收电路和无线电发射器工作原理

归档日期:07-25       文本归类:地面发射      文章编辑:爱尚语录

  超再生接收电路和无线电发射器工作原理_电子/电路_工程科技_专业资料。超再生接收电路和无线电发射器工作原理

  超再生接收电路和无线电发射器工作原理 超再生无线电遥控电路由无线电发射器和超再生检波式接收器两部分组成。 无线电发射器:它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器(一般用 30~450MHz)和一个产生低频调制信号的低频振荡 器组成的。用来产生载频振东和调制振荡的电路一般有:多揩苦荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等。 由低频振荡器产生的低频调制 波,一般为宽度一定的方波。如果 是多路控制,则可以采用每一路宽 度不同的方波,或是频率不同的方 波去调制高频载波,组成一组组的 己调制波,作为控制信号向空中发 射,组成一组组的己调制波,作为 控制信号向空中发射。如图 2 所示。 超再生检波接收器:超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器,这 个高频振荡器采用电容三点式振荡器,振荡频率和发射器的发射频率相一致。而 间歇振荡(又称淬装饰振荡)双是在高频振荡 的振荡过程中产生的,反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇(淬熄)振荡的频率是由电路的参数决定的 (一般为 1 百~几百千赫)。这个频率选低了,电路的抗干扰性能较好,但接收灵敏度较低:反之,频率选高了,接收灵敏度较好,但 抗干扰性能变差。应根据实际 情况二者兼顾。 超再生检波电路有很高的增益,在未收到控制信号时,由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动,产生一种特有的噪 声,叫超噪声,这个噪声的频率范围为 0.3~5kHz 之间,听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时,超噪声电平很高,经滤波 放大后输出噪声电压,该电压作为电路一种状态的控制信号,使继电 器吸合或断开(由设计的状态而定)。 当有控制信号到来时,电路揩振,超噪声被抑制,高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短,受 接收信号的振幅 控制。接收信号振 幅大时,起始电平 高,振荡过程建立 快,每次振荡间歇 时间也短,得到的 控制电压也高;反 之,当接收到的信 号的振幅小时,得 到的控制电压也 低。这样,在电路 的负载 上便得到 了与控制信号一 致的低频电压,这 个电压便是电路 状态的另一种控 制电压。 如果是多通道遥控电路,经超再生检波和低频放大后的信号,还需经选频回路选频,然后分别去控制相应的控制回路。 SP 多用途无线数据收发模块 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、 无线标签、身份识别、非接触 RF 智能 卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、 机器人控制、无线 数据通信、无线 数据通信、数字音 频、数字图像传输等领域中。 这是数据发射模块的电路图 这是数据接收模块的电路图 SP 发射模块主要技术指标: 1。通讯方式:调幅 AM 2。工作频率:315MHZ/433MHZ 3。频率稳定度:±75KHZ 4。发射功率:≤500MW 5。静态电流:≤0.1UA 6。发射电流:3~50MA 7。工作电压:DC 3~12V SP 数据发射模块的工作频率为 315M,采用声表谐振器 SAW 稳频,频率稳定度极高,当环境温度在-25~+85 度之间变 化时,频飘仅为 3ppm/ 度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体,而一般的 LC 振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微调电容, 温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。 SP 发射模块未设编码集成电路,而增加了一只数据调制三极管 Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、 滚动码电路及单片机接口,而不必 考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用 PT2262 或者 SM5262 等编码集成 电路配接时,直接将它们的数据输出端第 17 脚接至 DF 数据 模块的输入端即可。 SP 数据模块具有较宽的工作电压范围 3~12V,当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何 调整就能稳定地接收。当发射电 压为 3V 时,空旷地传输距离约 20~50 米,发射功率较小,当电压 5V 时约 100~200 米,当电 压 9V 时约 300~500 米,当发射电压为 12V 时,为 最佳工作电压,具有较好的发射效果,发射电流约 60 毫安,空旷地传输距 离 700~800 米,发射功率约 500 毫瓦。当电压大于 l2V 时功耗增大,有效发射 功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功 率比较大,传输距离比较远,比较适合恶劣条件下进行通讯。天线 厘米长的导线,远距离传输时最好能够 竖立起 来,因为无线电信号传输时收很多因素的影响,所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少,这点需要开发时注意。 SP 数据模块采用 ASK 方式调制,以降低功耗,当数据信号停止时发射电流降为零,数据信号与 DF 发射模块输入端可 以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合,否则 DF 发射模块将不能正常工作。数据电平应接近 DF 数据模块的实际工作电压, 以获得较高的调制效果。 SP 发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘,应离开周围器件 5mm 以上,以免受分布参数影晌。SP 模块的传输距离 与调制信号頻率及幅度,发射电 压及电池容量,发射天线,接收机的灵敏度,收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约 800 米,在有障碍的情况下,距离会缩短,由于无线电信号传输过程中 的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域,不同的收 发环境会有不同的收发距离。 SP 接收模块主要技术指标: 1。通讯方式:调幅 AM 2。工作频率:315MHZ/433MHZ 3。频率稳定度:±200KHZ 4。接收灵敏度:-106DBM 5。静态电流:≤5MA 6。工作电流:≤5MA 7。工作电压:DC 5V 8。输出方式:TTL 电平 SP 接收模块的工作电压为 5 伏,静态电流 4 毫安,它为超再生接收电路,接收灵敏度为-105dbm,接收天线 厘米的导线,最好能 竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路,因此接收电路仅是一种组件,只有应用在具体电路中进 行二次开发才能发挥应有的作用,这种设计有很多优点,它可以 和各种解码电路或者单片机配合,设计电路灵活方便。 这种电路的优点在于: 1。天线输入端有选频电路,而不依赖 1/4 波长天线的选频作用,控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。输出端的波形在没有信号比较干净,干扰信号为短暂的针状脉冲,而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波 形,所以抗干扰能力较强。 3。SP 模块自身辐射极小,加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用,可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的 侵入。 4。采用带骨架的铜芯电感将频率调整到 315M 后封固,这与采用可调电容调整接收频率的电路相比,温度、湿度稳定 性及抗机械振动性能都有极大改 善。可调电容调整精度较低,只有 3/4 圈的调整范围,而可调电感可以做到多圈调整。可调电 容调整完毕后无法封固,因为无论导体还是绝缘体,各种介质的靠近 或侵入都会使电容的容量发生变化,进而影响接收频率。 另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移;温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距 离改变;湿度变化 因介质变化改变容量;长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量,这些都会严重影响接收频率的稳定性,而采 用可调电感就可解决 这些问题,因为电感可以在调整完毕后进行封固,绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。 数字调制系统分析与仿线 数字调制的意义 数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制,使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波 参量的不同,数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式,并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带 内特性的原因,基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输,必须对数字信号进行载波调制,将信号频 谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此,大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外,由于数字通信具有建网灵活,容 易采用数字差错控制技术和数字加密,便于集成化,并能够进入综合业务数字网(ISDN 网),所以通信系统都有由模拟方式向 数字方式过渡的趋势。因此,对数字通信系统的分析与研究越来越重要,数字调制作为数字通信系统的重要部分之一,对它的 研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真,我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素,从而便于改进 系统,获得更佳的传输性能。 1. 2 Matlab 在通信系统仿真中的应用 随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统计算机模 拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性.。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法.它 具有利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,易于进行真实系统难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试 验等。Matlab 仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。 Matlab 是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab 的编程功能简单,并且 很容易扩展和创造新的命令与函数。应用 Matlab 可方便地解决复杂数值计算问题。Matlab 具有强大的 Simulink 动态仿真环境, 可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simulink 支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多 种采样速率的多速率系统;Simulink 为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建 模相比,更直观、方便和灵活。用户可以在 Matlab 和 Simulink 两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿 真的通信工具包(Communication toolbox,也叫 Commlib,通信工具箱)是 Matlab 语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、 研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在 Matlab 环境下独立使用,也可以配合 Simulink 使用。另外,Matlab 的图形界面功 能 GUI(Graphical User Interface)能为仿真系统生成一个人机交互界面,便于仿真系统的操作。因此,Matlab 在通信系统仿真 中得到了广泛应用,本文也选用该工具对数字调制系统进行仿线 数字调制系统的相关原理 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制,多进制调制是二进制调制的推广,所以本文主要讨论二进制的调制与解调, 最后简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制(M-DPSK)。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控(2-ASK)、移频键控(2-FSK)和移相键控(2-PSK 和 2-DPSK)。下面是这 几种调制方式的相关原理。 2.1 二进制幅度键控(2-ASK) 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号 1 或 0 的控制下通或断,在信号为 1 的状态载波接通,此时 传输信道上有载波出现;在信号为 0 的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波 的有无还原出数字信号的 1 和 0。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下: (1)由连续谱和离散谱两部分构成;连续谱由传号的波形 g(t)经线性调制后决定,离散谱由载波分量决定; (2)已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 2.2 二进制频移键控(2-FSK) 频移键控是利用两个不同频率 f1 和 f2 的振荡源来代表信号 1 和 0,用数字信号的 1 和 0 去控制两个独立的振荡源交替输出。 对二进制的频移键控调制方式,其有效带宽为 B=2xF+2Fb,xF 是二进制基带信号的带宽也是 FSK 信号的最大频偏,由于数字信 号的带宽即 Fb 值大,所以二进制频移键控的信号带宽 B 较大,频带利用率小。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。 2.3 二进制相移键控(2-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。2-PSK 信号的功率密度有如下特点: (1) 由连续谱与离散谱两部分组成; (2) 带宽是绝对脉冲序列的二倍; (3) 与 2ASK 功率谱的区别是当 P=1/2 时,2PSK 无离散谱,而 2ASK 存在离散谱。 2.4 多进制数字调制 上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况,在实际应用中,我们常常用一种称为多进制(如 4 进制,8 进制,16 进 制等)的基带信号。多进制数字调制载波参数有 M 种不同的取值,多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点:一是 有于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高;二是在相同的信息速率下持续时间长,可以提高码元的能量,从而减 小由于信道特性引起的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控(MPSK)。 多进制相移键控又称为多相制,因为基带信号有 M 种不同的状态,所以它的载波相位有 M 种不同的取值,这些取值一般为 等间隔。在多相制移键控有绝对移相和相对移相两种,实际中大多采用四相绝对移相键控(4PSK,有称 QPSK),四相制的相 位有 0、π/2、π、3π/2 四种,分别对应四种状态 11、01、00、10。 3 数字调制系统的仿线 数字调制系统各个环节分析 典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成,其框图如图 3.1 所示: 数字调制是数字通信系统的重要组成部分,数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数 字调制系统进行仿真时,我们并不关心基带信号的码型,因此,我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号, 不用在经过编码器。 信 编 调 信 解 解 受 息 码 制 调 码 信 源 器 器 道 器 器 者 噪声源 图 3.1 数字通信系统模型 3.1.1 仿真框图 MATLAB 提供的图形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型库组成,包括 Sources(信源模块),Sinks(显示模块),Discrete(离散系 统 模 块 ) , Linear( 线 性 环 节 ) , Nonlinear( 非 线 性 环 节 ) , Connections( 连 接 ),Blocksets&Toolboxes( 其 他 环 节 ) 。 特 别 是 在 Blocksets&Toolboxes 中还提供了用于通信系统分析设计和仿真的专业化模型库 CommTbxLibrary。在这里,整个通信系统的流程 被概括为:信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调、滤波器以及传输介质的模型。在每个设计模块中还包含有大量的子 模块,它们基本上覆盖了目前通信系统中所应用到的各种模块模型。通信系统一般都可以建立数学模型。根据所需仿真的通信 系统的数学模型(或数学表达式),用户只要从上述各个模型库中找出所需的模块,用鼠标器拖到模型窗口中组合在一起,并设定好 各个模块参数, 就可方便地进行动态仿真.从输出模块可实时看到仿真结果,如时域波形图、频谱图等。每次仿真结束后还可以更 改各参数,以便观察仿真结果的变化情况。另外,对 Simulink 中没有的模块,可运用 S 函数生成所需的子模块,并且可以封装和 自定义模块库,以便随时调用。 根据 Simulink 提供的仿真模块,数字调制系统的仿线 所示的模型: 基 带 信 号 调 制 器 信 道 解 调 器 基 带 信 号 噪声源 图 3. 2 数字调制系统仿线 信号源仿真及参数设置 Simulink通信工具箱中的Comm Sources/Data Sources提供了数字信号源Bernoulli Binary Generator,这是一个按Bernoulli分布提 供随机二进制数字信号的通用信号发生器。在现实中,对受信者而言,发送端的信号是不可预测的随机信号。因此,我们在仿 真中可以用Bernoulli Binary Generator来模拟基带信号发生器。 其中主要参数的含义为: Probability of a zero :产生的信号中 0 符号的概率,在仿线,这样便于频谱的计算; Initial seed :控制随机数产生的参数,要求不小于 30,而且与后面信道中的 Initial seed 设置不同的值; Sample time:抽样时间,这里指一个二进制符号所占的时间,用来控制号发生的速率,这个参数必须与后面调制和解 调模块的 Symbol period 保持一致。 3.1.3 调制与解调模块 Simulink 通信工具箱中提供了数字信号各种调制方式的模块,如 AM、CPM、FM 及 PM 等。虽然不同的调制模块,参数设 置有所不同,但很多参数在各种调制中是一致的,下面我们以 DPSK 调制模块为例介绍一下调制模块的参数及其设置,其余模 块将在下面仿真模型的建立过程中详细介绍。 M-DPSK Modulator Passband和M-DPSK Demodulator Passband 分别是数字信号DPSK调制和解调的专用模块,其中主要参数 有: M-ary number:输入信号的阶次数,比如2-DPSK就是2阶的; Symbol period:符号周期,即,一个符号所占的时间,这必须与信号源的Sample time保持一致; Carrier frequency:载波频率; Carrier initial phase:载波的初始相位; Input sample time: 输入信号的抽样时间; Output sample time:输出信号的抽样时间。 其中,各参数要满足以下关系: Symbol period 1/(Carrier frequency) Input sample time 1/[2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)] Output sample time 1/[2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)] (3.1) 3.1.4 信道 在分析通信系统时通常选择高斯噪声作为系统的噪声来考查,因为这种噪声在现实中比较常见而且容易分析。Simulink 中 提供了带有加性高斯白噪声的信道:AWGN Channe。仿真时可以用该模块模拟现实中的信道,该模块的主要参数有: Initial seed:控制随机数产生的参数,要求不小于 30,且与前面信号源中的 Initial seed 设置不同的值; Es/No (dB):信号每个符号的能量与噪声的功率谱密度的比值; SNR (dB): 信号功率与噪声功率的比值; 注:Es/No (dB) 和 SNR (dB)是表征信号与噪声关系的两种方法,在一次仿真中只能选择其中一个。 3.1.5 误码计算仪 信号经过信道后,由于噪声的干扰,在接收端可能出现误码,Simulink中提供了Error Rate Calculation 模块来计算误码率, 其主要参数的设置为: Receive delay:接收延迟,表明在计算误码率时接收到的信号比源信号延迟的码元数,便于准确计算 Output data:数据输出,将误码率、误码数及码元总数输出,有两个选项可选择:Work space 和 Port。将数据输出到 Work space就是将误码率等数据存在内存中,以便下一步使用,而输出到Port中,则是在误码计算仪后面再接一个模块(比如结 果显示模块),将数据传到该模块中(显示出来); Variable name:变量名称,该参数只有在前面选择了Work space后才有用,它决定数据输出到Wok space后的名称,默 认值为ErrorVec。 3.1.6 示波器 在仿真过程中,必须观察各个环节的时域和频域波形,因此,必须在各个环节加上示波器以观察波形。另外,还可将示 波器的数据输出到 Work space 中存储,以便对仿真结果做进一步处理,比如将各个环节的波形对比显示和做频域变换等。 3.2 仿真模型的设计及结果分析 了解了仿真所需的主要模块后,下一步就是设计和仿真各种数字调制模型,并对仿真结果在时域和频域进行分析。 3.2.1 2-ASK 通常,二进制振幅键控信号(2-ASK)的产生方法(调制方法)有两种,如图 3.3 所示: S(t) e0(t) 乘法器 cosωct (a) (b) 图 3.3 2-ASK 信号产生的两种方法 2-ASK 解调的方法也有两种相应的接收系统组成方框如图 3.4 所示: 图 3.4 2-ASK 信号接收系统组成框图 根据 3.3(a)所示方框图产生 2-ASK 信号,并用图 3.4(b)所示的相干解调法来解调,设计 2-ASK 仿线 所示: 在该模型中,调制和解调使用了同一图个3载.5波,2目-A的SK是模为型了保证相干解调的同频同相,虽然这在实际运用中是不可能实现 的,但是作为仿真,这样能获得更理想的结果。 主要模块参数设置如下: 1.Bernoulli Binary Generator 的参数设置为: Probability of a zero :0.5 Initial seed :67 Sample time:1 2. 载波频率设为:50(可调) 3. Sample and Decide 模块是一个子系统,其内部结构由抽样和判决两部分组成,其中,抽样由同步冲激信号(Sychronizing signal)完成,其参数period(sec)设置和信号源的参数Sample time保持一致。判决模块是一个由M文件编写的S函数,S函数是 Simulnk中用以功能扩展的一个功能,用S函数可以自己编制Simulink库中没有的Simulink模块,从而使Simulink的功能大大加强, 本模型中使用的判决模块就是这样一个应用,其M文件详见附录[9]。Sample and Decide 模块内部结构如图3.6所示: 图 3.6 Sample and Decide 子系统内部结构 5. Error Rate Calculation 的参数设置: Receive delay:2 Output data: Work space Variable name:ErrorVec 仿真结果时域分析 设信息源发出的是由二进制符号 0、1 组成的序列,且假定 0 符号出现的概率为 P,1 符号出现的概率为 1-P,他们彼此独 立。则,2ASK 信号的时间表示式为: (3.2.) s(t)为随机的单极性矩形脉冲序列。 将图 3.5 中各示波器的值输出到 Work space 中做统一处理(处理程序见附录[2]),各环节波形如图 3.7 所示; 图 3.7 2-ASK 各环节波形示意图 从图 3.7 中可以看出,经过调制后的信号波形在符号 1 持续时间内是载波的波形,在符号 0 持续时间内无波形,这与式 (3.2)是完全吻合的。最后经过解调和抽样判决出来的信号与源信号波形大体一致,只是有两个码元的延迟,这说明如果将 Error Rate Calculation 的 Receive delay 参数设置为 2,则此模型最后的误码率为 0。这个值与理论值有些出入,原因是我们在仿真时为 了便于观察信号的波形,将信号源发送的码元数设定为 20 个(码元速率为 1,仿线 秒),这大大低于现实中的传码率, 所以在只传送 20 个码元的情况下,误码率为 0 是可能的。 仿真结果频域分析 由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,?所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程,因此在频率域中只能用功 率谱密度表示。 2ASK 的功率谱密度为 (3.3) 当概率 P=0.5 时,2ASK 的功率谱密度可进一步整理为 (3.4) 1-3 由式(3.4)可知,2-ASK 信号的中心频谱被搬移到了载波频率 f c 上。对图 3.7 中各环节数据做 1024 点快速傅立叶可得频 域波形,如图 3.8 所示: 图 3.8 2-ASK 各环节频谱图 从图 3.8 中可以看到,源信号中心频率经调制后搬移到了载波频率上,这与公式(3.4)是相符的。最后经过抽样判决后的 频谱与源信号频谱也大体一致,说明该 2-ASK 仿真模型是成功的、符合理论的。 3.2.2 2-FSK 如果信号源同 2-ASK 一样的假设,那么,2-FSK 信号便是 0 符号对应于载波 ω1,而 1 符号则对应于 ω2(与 ω1 不同的另 一载波)的已调波形,而且 ω1 与 ω2 之间的改变是瞬间完成的。2-FSK 信号的产生如图 3.9 所示: 图 3.9 2-FSK 信号产生方法 2-FSK 信号最常用的解调方法是采用的相干检测法,如图 3.10 所示 输入 ω1 LPF Cosω1t 相乘器 LPF 抽样脉冲 抽样判决 输出 LPF 相乘器 LPF ω2 Cosω2t o sω2t :图 3.10 2-FSK 相干解调的方法 o Simulink 通信工具箱中提供了专门的 FSK 调制和解调模块,应用 FSK 调制模块能方便的产生 2-FSK 信号。因此,设计 2-FSK sω2t 仿线 所示框图,利用 Simulink 通信工具箱中中的 FSK 调制解调模块及信号源与信道即可。设计的 2-FSK 仿线-FSK 仿真模型 模型中运用了 Simulink 工具箱中的现成调制解调模块和信道模块,然后用示波器观察各环节波形,最后由误码计算仪计算 误码。 重要模块参数设置如下: 1.信号源参数设置同 2-ASK; 2. M-FSK Modulator Passband及M-FSK Demodulator Passband: 根据公式(3.1)所示的调制解调模块所满足的关系,设置参数如下: M-ary number:2 Symbol period (s):1(与Bernoulli Binary Generator/ Sample time一致) Frequency separation (Hz):1(可调) Carrier frequency (Hz):30(可调) Carrier initial phase (rad):0 Input sample time(s):1/100 Output sample time(s):1/100 3. AWGN Channel: Initial seed:120(与Bernoulli Binary Generator/ Initial seed不同); Mode: SNR(dB) SNR (dB):10(可调) 4. Error Rate Calculation 的参数设置: Receive delay:3 Output data: Work space Variable name:ErrorVec2 仿真结果时域分析: 根据上述 2-FSK 信号产生原理,已调信号的时间表达式可表示为 : (3.5) 由式(3.5)可看出 2-FSK 信号是由两个 2-ASK 信号相加而成的 将图 3.11 中各示波器的值输出到 Work space 中做统一处理(处理程序见附录[3]),其中源信号、调制后信号及解调后信号 波形如图 3.12 所示: (a)源信号波形 (b)调制后信号波形 (c)解调后信号波形 图3.12 2-FSK源信号、调制后信号及解调后信号波形 由图3.12可知,调制后信号波形由两种频率不同的波形组成,且两种频率分别对应解调后信号的符号0和符号1,即2-FSK 信号波形可以看作是由两个2-ASK信号相加而成的,这与式(3.5)完全相符。 另外,源信号波形与解调后信号波形只是在时间上有3个单位的延迟,如果将Error Rate Calculation的Receive delay参数设 置为3,则此模型最后的误码率为0。原因同2-ASK分析。 仿真结果频域分析 改变Frequency separation (Hz)和Carrier frequency (Hz)两个参数的值单独观察调制后的频谱,获得图3.13中的两个频谱图 (a):载波差值:1 载波为30 (b): :载波差值:5 载波为20 图3.13 2-FSK调制后频谱 对比图3.13(a)和 (b)可知,当两个载波差值很小时,已调信号的频谱呈现单峰如(a)图;当两个载波差值较大时,已调 信号的频谱呈现双峰如(b)图,这与2.2节中阐述的2-FSK频谱的特点完全相符。 仿线 数字调制仿真系统操作界面 只要在 Matlab 命令窗口输入仿真系统的名称:ddmod 即可进入如上图所示的仿真操作界面。从上图可以看出,该仿真系统 操作界面主要由时间域波形显示框、频率波形显示框、调制方式单选项、设置参数按钮、打开模型按钮、仿真按钮、关闭按钮及 包含所要观察的各环节的下拉式菜单等控件组成。通过该操作界面,我们可以使各个仿真模型及相关函数在后台运行,同时将我 们需要的结果在界面上显示出来,使系统的操作方便简洁。 另一方面,可以通过“参数设置”按钮对仿真模型的主要参数进行设置,以观察在不同参数下仿真的结果, “参数设置”对线 M-DPSK 参数设置对话框 如果需要对更多的参数进行设置或者需要修改仿真模型的某些模块,可以通过单击“打开模型”按钮来打开所需要的模型。 当各种参数设置好后,可以在下拉式菜单中选择一个要观察的仿真环节,然后单击仿真按钮就可以在时间域波形显示框、频率 波形显示框中观察到时间域波形和频率波形,当然,这一切的前提是在调制方式单选项上选择了其中一项,否则将会出现如图 3.26 所示的警告: 图 3.26 警告对话框 另外,为了方便查看与仿真相关的程序,File 中菜单中设计了 OpenMfile 一项,如图 3.27 所示, 图 3.27 File 菜单 仿真结束后可单击“关闭”按钮或 File/Close 关闭仿线 结束语 数字调制技术的发展日新月异,如今在现实中应用的数字调制系统大部分是经过改进的,性能较好的系统,但是,作为 理论发展最成熟的调制方式,ASK,FSK,PSK 等的研究仍然具有很重大的意义,因此,我们选择了这几种调制方式做仿真研究。 仿真这几种理论已经很成熟的数字调制方式,一方面,可以更容易将仿真结果与成熟的理论进行比较,从而验证仿真的合理性; 另一方面,也可以以此为基础将仿真系统进行改进扩展,使其成为仿真更多的数字调制方式的模板。 另外,如图 3.1 所示,数字调制系统只是通信系统的一个重要组成部分,因此,我们所设计的数字调制仿真系统也可以扩 展成通信系统的仿真。这种扩展只需在输入端与调制器间增加一些数字基带处理模块,如信源编码、加密、信道编码等,在解 调后增加相应的解码解密器即可。 这套数字调制仿真系统还可以作为通信原理课程的课堂演示工具,使通信原理课程变得生动易懂。本系统可以编译成可 执行文件,脱离 Matlab 环境运行,这样该仿真系统的应用将更加广泛。由于时间的缘故,本人没有在这一方面继续做下去,后 续者可继续探讨。

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