基于simulink的2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波解調(diào)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裴禹豪，曲毅，李錦明

（武警工程大學(xué)研究生十四隊(duì)，陜西西安，710086）

基于simulink的2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波解調(diào)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裴禹豪，曲毅，李錦明

（武警工程大學(xué)研究生十四隊(duì)，陜西西安，710086）

基于2FSK信號(hào)解調(diào)的原理，加入延遲、多徑效應(yīng)、AWGN條件以模擬現(xiàn)實(shí)傳輸環(huán)境，建立了用包絡(luò)檢波實(shí)現(xiàn)2FSK信號(hào)解調(diào)的simulink仿真模型，并在simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真分析。重點(diǎn)論述了采用數(shù)字諧振器實(shí)現(xiàn)信號(hào)包絡(luò)檢波和定時(shí)提取的方案。關(guān)鍵詞：2FSK；包絡(luò)檢波；simulink ；數(shù)字諧振器

0 引言

傳統(tǒng)頻移鍵控信號(hào)的數(shù)字解調(diào)可分為兩大類：一類是相干解調(diào)；另一類是非相干解調(diào)。相干數(shù)字解調(diào)接收質(zhì)量最佳，但是由于它需要進(jìn)行載波的恢復(fù)從而使得其設(shè)備比非相干解調(diào)設(shè)備復(fù)雜。而采用非相干數(shù)字解調(diào)的方法，根據(jù)數(shù)字頻移鍵控信號(hào)的特點(diǎn)，在接收端解調(diào)時(shí)不需要載波同步，但卻達(dá)不到相干解調(diào)的性能。在運(yùn)用中FSK信號(hào)根據(jù)實(shí)際情況通常選用非相干解調(diào)方式。FSK常用的非相干解調(diào)方式有差分法、包絡(luò)檢波法和過零點(diǎn)檢測(cè)法。其中差分法對(duì)信道延遲失真有較好的補(bǔ)償作用，但精度不高；過零檢測(cè)法可以解調(diào)相位不連續(xù)的FSK信號(hào)。本文采用包絡(luò)檢波法在加入延遲、多徑效應(yīng)、AWGN條件下模擬現(xiàn)實(shí)傳輸環(huán)境，設(shè)計(jì)了FSK信號(hào)包絡(luò)檢波解調(diào)器的simulink仿真模型，實(shí)現(xiàn)了操作方便、傳輸速度高的要求。

1 仿真模型及結(jié)果

圖1 2FSK解調(diào)仿真模型

如圖1所示，隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器以每秒一個(gè)碼元符號(hào)的速率產(chǎn)生整數(shù)0和1，經(jīng)過2FSK調(diào)制模塊調(diào)制后形成頻率為50Hz和-50Hz的信號(hào)，每個(gè)碼元采樣500次。然后通過信道傳輸，傳輸時(shí)加入延時(shí)、多徑效應(yīng)、AWGN條件模擬實(shí)際傳輸中的干擾。在接收端，信號(hào)首先通過數(shù)字低通濾波器形成兩路信號(hào)，上面一路信號(hào)頻率為50Hz，下面一路信號(hào)頻率為-50Hz。然后兩路信號(hào)分別平方。用上路信號(hào)減去下路信號(hào)，為了不至于使得相減后的信號(hào)幅度過大，將相減后的結(jié)果加上絕對(duì)值，在有符號(hào)突變的地方會(huì)形成一個(gè)小沖激。接著一個(gè)經(jīng)過下抽取，每50個(gè)抽樣取一個(gè)，即變?yōu)槊總€(gè)碼元采樣10次，做定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)。一個(gè)不進(jìn)行下抽取，通過低通濾波器。

解調(diào)的核心步驟之一是定時(shí)抽取，經(jīng)過下抽取和低通濾波器的兩路信號(hào)匯入如圖2所示的定時(shí)抽取系統(tǒng)。當(dāng)連著出現(xiàn)幾個(gè)相同符號(hào)時(shí)，相減加絕對(duì)值后的包絡(luò)波形，即圖2上的clock signal不會(huì)改變，為了能準(zhǔn)確區(qū)分有幾個(gè)相同符號(hào)，將信號(hào)通過數(shù)字諧振器。該數(shù)字諧振器的傳遞函數(shù)為H(z)=(1-r)其中為碼元速率，為下抽取后采樣速率，r為小于且接近于1的數(shù)，這里取0.998。而后信號(hào)進(jìn)入如圖3所示的判斷模塊，該判斷模塊在信號(hào)由負(fù)變正時(shí)輸出1，其他情況輸出0。

圖2 定時(shí)抽取系統(tǒng)

圖3 判斷模塊

如圖4所示。第二行為數(shù)字諧振器輸出波形，每10個(gè)階梯為一個(gè)碼元。第三行為定時(shí)抽取信號(hào)，觀察可知在由負(fù)變正階梯處向后延遲兩個(gè)單位正好為信號(hào)的峰值點(diǎn)，經(jīng)過諧振器后當(dāng)連著出現(xiàn)兩個(gè)相同符號(hào)時(shí)仍能準(zhǔn)確定時(shí)抽取。

圖4 Scope2的波形

解調(diào)的輸出波形如圖5所示，第一行為解調(diào)器的輸出結(jié)果，第二行為發(fā)送端的初始數(shù)據(jù)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，可以以較低的誤碼率實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。

圖5 解調(diào)器輸出波形

2 結(jié)束語

移頻鍵控調(diào)制方式在中低速數(shù)字傳輸中，特別是在衰落信道中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用極為廣泛。包絡(luò)檢波解調(diào)可以避免運(yùn)用相干載波進(jìn)行提取，在快速衰落信道和突發(fā)信道中，具有一定的優(yōu)勢(shì)。采用無限循環(huán)累積型數(shù)字諧振器來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的包絡(luò)檢波與定時(shí)提取，正是利用了IIR濾波器的高選擇性。該移頻鍵控非相干解調(diào)方案能夠?qū)崿F(xiàn)低誤碼率傳輸，證明了該方案的可行性和有效性。

[1]OEI S C,TSENG C C.IIR multiple notch filter design basedon allpass filter[C ]//IEEE TENCON-Digital Signal Processing Applications.1996:267-273.

[2]樊昌信,曹麗娜.通信原理[M].6版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社.2006.

Design and Implement of 2FSK demodulation with Envelope detection Based on Simulink

Pei Yuhao, Qu Yi,Li Jinming
(PAP of Engineering University,Xi’an Shaanxi,710086)

Based on 2FSK demodulation principle, with envelope detection method, a simulink model under the condition of delay, multipath effect and AWGN which simulate reality transmission environment has been established and the analysis is made in simulink software environment. Mainly discusses using the digital resonator to realize the extraction of signal enveloping and timing.

2FSK; envelope detection; simulink; digital resonator