基于Rayleigh信道的FSK系统仿真实现与性能分析

摘要 随着社会的不断发展,通信对我们来说越来越显的重要.对于通信技术来讲,通信的质量也就显的非常的关键.通信的根本任务是如何保证远距离传输信息的正确性，在这方面数字通信系统具有先天的优势。这主要是因为数字通信系统中传输的是离散的数字信号，由于信号是离散的，被噪声干扰后的信号只要没有超过门限，接收端就能够完全正确地判断出传输的信息；而对于模拟传输系统，只要有稍微的干扰都会使传输的信息产生错误。也正是由于这样的原因，数字通信系统才能在各方面逐渐代替模拟通信系统成为现代通信的最基本方式。为了便于区别信号与噪声，使通信不失真和不受干扰,往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功能。调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。再将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。为了更好地利用通信信道的带宽并使信号能够传送更大的距离, 在数字载波通信中,我们采用了三种解调方式: 幅移键控（ASK）频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。调制信号为二进制信号的调制称为二进制数字调制, 二进制调制又分为二进制幅移键控（2ASK）、二进制频移键控（FSK）、二进制相移键控（2PSK）和差分二进制相移键控（2DPSK）等多种基本的类型，本文主要研究在MATLAB环境下建立编码4-FSK的调制的仿真系统，利用仿真系统对瑞利衰落信道中编码4-FSK性能进行仿真分析。 关键字：移动通信、瑞利信道、4FSK、MATLAB 随着社会的不断发展，通信对我们来说越来越显的重要。对于通信技术来讲，对我们来讲的质量也就显的非常的关键。通信的根本任务是如何保证远距离传输信息的正确性，在这方面数字通信系统具有先天的优势。这主要是因为数字通信系统中传输的是离散的数字信号，由于信号时离散的，被噪声干扰后的信号只要没有超过门限，接收端就能完全正确的判断出传输的信息；而对于模拟传输系统，只要有稍微的干扰都会使传输信息产生错误。也正是由于这样的原因，数字通信系统才能在各方面逐渐的取代模拟通信系统成为现代通信的最基本的方式。为了方便区别于信号和噪声，使通信不失真和不受干扰，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的功能。调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。再将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。为了更好地利用通信信道的带宽并使信号能够传送更大的距离，在数字载波通信中，我们采用了三种解调方式：幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。其中频移键控(FSK)是信息传输中使用得较早的一种调制方式，它的主要优点是： 实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，因此在中低速数据传输中得到了广泛的应用。本课题主要是数字频率调制又称频移键控（FSK）。同时利用MATLAB软件实现对FSK系统的仿真和分析，从而通过运用模拟的视觉化的手段来实现达到解调调制的目的。 1.1课题研究背景及内容 1.1.1研究背景 数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用，使得数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。现代通信系统中，由于数字信号较模拟信号的抗干扰能力强，无噪声积累传输质量好；保密性高；便于与计算机连接；通信设备便于集成化、小型化、智能化；便于差错控制等优势。信号往往采用数字进行传输。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合在信道（一般为带通信道）上传输的频带上。 FSK技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.1.2 研究内容 本课题要求设计基于Rayleigh信道的FSK信号生成与调制解调，使用Matlab软件模拟仿真在Rayleigh衰落信道中FSK的传输性能表现。要求除了绘制FSK的时域和频域波形图外，结合调制解调原理对图形进行分析。课题最后要求与其他信号进行对比，通过分析波形频谱特征或计算误码率，分析FSK调制解调系统的性能特点。 1.2课题设计要求 基于Rayleigh信道的FSK系统仿真实现与性能分析主要有以下几个关键点： （1）FSK调制 FSK系统使用不同的载波频率来表示不同的数字信息。 （2）瑞利（Rayleigh）衰落信道 瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。 （3）非相干解调 ?FSK常用的解调方法是非相干解调。 （4）误比特率/误码率 对FSK系统可靠性考察可使用误比特率或误码率来衡量。 1.3课题主要技术指标 （1）产生消息序列进行4-FSK基带调制； （2）模拟FSK在瑞利衰落信道中的传输和解调接收； （3）FSK信号通过瑞利信道后的时域波形和频域分布图； （4）使用Matlab函数完成4-FSK的解调还原，并绘制其波形图； （5）分析FSK信号在瑞利衰落信道中的传输性能。