基于Ｓ ｉ ｍｕ Ｉ ｉ ｎｋ的２ＦＳＫ信号包络检波解调的设计与实现 裴禹豪，曲毅，李锦明 （武警工程大学研究生十四队，陕西西安，７１ ００８６） 摘要：基于２ＦＳＫ信号解调的原理，加入延迟、多径效应、ＡＷＧＮ条件以模拟现实传输环境，建立了用包络检波实现２ＦＳＫ信号解调 的ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，并在ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行仿真分析。重点论述了采用数字谐振器实现信号包络检波和定时提取的方案。 关键词：２ＦＳＫ；包络检波：ｓｉｍｕｌｉｎｋ：数字谐振器 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ２ＦＳＫ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ Ｐｅｉ Ｙｕｈａｏ，Ｑｕ Ｙｉ，Ｉ ｉ Ｊｉｎｍｉｎｇ （ＰＡＰ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ，７１００８６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ２ＦＳＫ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｗｉｔｈ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ａ ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｍｏｄｅ１ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｌａｙ，ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ＡＷＧＮ ｗｈｉｃｈ Ｓｉｍｕｌａｔｅ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｍｉ ＳＳｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａ］ｙｓｉＳ ｉ Ｓ ｍａｄｅ ｉｎ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｔｉｍｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄ：２ＦＳＫ：ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ：ｄｉｇｉｔａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ０引言 时加入延时、多径效应、ＡＷＧＮ条件模拟实际传输中的干扰。在接 传统频移键控信号的数字解调可分为两大类：一类是相干 收端，信号首先通过数字低通滤波器形成两路信号，上面一路信 解调：另一类是非相＝Ｆ解调。相干数字解调接收质量最佳，但是 号频率为５０Ｈｚ，下面一路信号频率为一５０Ｈｚ。然后两路信号分别 由于它需要进行载波的恢复从而使得其设备比非相干解调设备 平方。用上路信号减去下路信号，为了不至于使得相减后的信号 复杂。而采用非相干数字解调的方法，根据数字频移键控信号的 幅度过大，将相减后的结果加上绝对值，在有符号突变的地方会 特点，在接收端解调时不需要载波同步，但却达不到相干解调的 形成一个小冲激。接着一个经过下抽取，每５０个抽样取一个，即 取， 性能。在运用中ＦＳＫ信号根据实际情况通常选用非相干解调方 变为每个码元采样ｌＯ次，做定时时钟信号。一个不进行下扭Ｉ 式。ＦＳＫ常用的非相干解调方式有差分法、包络检波法和过零点 通过低通滤波器。解调的核心步骤之一是定时抽取，经过下抽取和低通滤波 检测法。其中差分法对信道延迟失真有较好的补偿作用，但精度 不高：过零检测法可以解调相位不连续的ＦＳＫ信号。本文采用包 器的两路信号汇入如图２所示的定时抽取系统。当连着出现几 络检波法在加入延迟、多径效应、ＡＷＧＮ条件下模拟现实传输环 个相同符号时，相减加绝对值后的包络波形，即图２上的Ｃ１ｏｃｋ ｇｎａｌ不会改变，为了能准确区分有几个相同符号，将信号通过 境，设计了ＦＳＫ信号包络检波解调器的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，实现 Ｓｉ数字谐振器。该数字谐振器的传递函数为Ｈ（ｚ）：（１－ｒ）其中为码 了操作方便、传输速度高的要求。 １仿真模型及结果 元速率，为下抽取后采样速率，ｒ为小于且接近于ｌ的数，这里 取０．９９８。而后信号进入如图３所示的判断模块，该判断模块在 信号由负变正时输出１，其他情况输出０。 图ｌ ２ＦＳＫ解调仿真模型 如图ｌ所示，随机整数产生器以每秒一个码元符号的速率 图２定时抽取系统 产生整数０和１，经过２ＦＳＫ调制模块调制后形成频率为５０Ｈｚ 和一５０Ｈｚ的信号，每个码元采样５００次。然后通过信道传输，传输 （下转第６页） 设计与研发 给语 模块一触发信 ，语音模块就会播放事先录入的语音，提 ｆ｝ｊ 将银行卡取『ｕ］后再丌门。当用户将银行卡从机器内退出至 磁 插门处并将卡从插口处取出，这个过程巾舣向限位开关（向 ２ｏ１７．ｏ７ 在没有插入银 的情况下，按下开门按钮，门能斛锁扪 开。 （２）用户进入玻璃门，操作完成并取出银行ｋ，此时按卜肝门 按钮，门解锁打外。 外方向）发出山通到断的卜跳沿信号，系统就认为银行卡已被剧 户取出，此时 厂１按下开门键门就能解锁打开。 （３）当户进入玻璃门并将银行ｇ－插入ＡＴＭ机， 银行 未取出 时，按下外门按钮，¨无法打，ｒ，并且系统还会有语旨提示，提醒Ｈｊ 户 在机器中让其取同后冉外门，从 避免银行卜遗忘 机器 ｔ。 （４）如果由 机器故障或其它原冈，银行 破奋无法正常取 回时，只要按下开门按钮持续ｌ５杪，门也能珩犁锁打外，从而避免 ３＿２意外情况处理 人仃Ｊ住使用ＡＴＭ机过 巾，由于机器故障或者密码多次输 错后银行卡就会被机器乔｝卓，一旦发生吞 情况，按照Ｉ 而的稃 序逻辑刚广会被关在『】里面无法出来，只能拨打银行客服或１１０ 电话进仃擞助，这ｌｆＩ｛】ｉ殳计上的缺陷会给用户带来不便。所以系统 装置需要对吞卜情况进行判别，但银行卡足否发生存 情况需 用户破锁在里而无法出来。 ５结论 本文主要针ｔ对人们日常生活中遇到的问题为 入点，通过 要ＡＴＭ机给出一个确定的信弓，返会涉及到ＡＴＭ机小身的软硬件 ＰＬＣ的外围输入信号并结合预定程序逻辑，有效解决Ｊ 人们使 结构，这就超出了本文研究的技术范罔。所以本文结合ＰＩ Ｃ程序 ＡＴＭ机时容 遗忘银行 的问题，此外 改进了现有ＡＴＭ机防护 特点，通过常按开『Ｊ键后ＰＬｃ进行计时，剑时间后¨就解锁扣开。 舱容易误锁小孩的不足点。整个系统成小与现有的ＡＴＭ机 能防 即当发生奋卡时或暂卡仵ＡＴＭ机器内的情况下，通过按住扦『ｊ键 护舱相差无几，ｆＨ功能却发ｑ 顾的变化，实用价竹较高。 １５秒后 也能打开，当然这个助能需要语音及！Ｊ！【【ｉ示双重提示给 用厂］。这样既巧妙地避开对备卡情况进行判别，义解决了吞卡等 意外情况下用户｝歧锁住的问题。 社．２００５． 参考文献 １】宋伯生ＰＬＣ编程理论、算法及技巧『ＭＩ．北京：机械工业出版 ２】李侠，刘春华。银行ＡＴＭ智能防护舱系统探讨…．硅 谷．２０ １ ３．０４：９６—９７． ４试验结果 （】）用户进入玻璃ｒＪ，光电传感器愉测到人体后，门就锁住， （上接第１ １页） 行为发送端的＿｝Ｊ］始数据，对比发观两者 本吻合，可以以较 低的误码牢实现信号的解调。 圈３判断模块 如图４所示。第二行为数字谐振器输出波形，每１Ｏ个阶梯为 ５解调器输出波形 个吗元。第三行为定时抽取信号，观察可知在由负变正阶梯处 后ｉ匹迟两个单位止好为信号的峰值点，经过谐振器后当连着出 ２结束语 移频键控调制方式 中低速数字传输中，特别是 衰落信道 巾传输数据时，应 极为，’ 泛。包络榆波解调可以避免运用卡ＨＴ 载波进行提取，在快速衰落信道币【Ｊ关发 道中，具仃一定的优势。 采用无限衙环累干５Ｊ犁数字谐振器米实现调频信号的包络榆波与 定时提取，正是利用了ｌｌＲ滤波器的高选择性。该移频键控非柏 现两个相Ｊ州符号时仍能准确定时抽取。 Ｔ解调方案能够实现低误码率传输，证明Ｊ 该方案的叮仃性和仃 效性。 参考文献 １］ＯＥＩ Ｓ Ｃ．ＴＳＥＮＧ Ｃ Ｃ．ＩＩＲ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄｏｎ ａｌｌｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｌＣ Ｉ／／ＩＥＥＥ ＴＥＮＣＯＮ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．１ ９９６：２６７—２７３ 图４ Ｓｃｏｐｅ２的波形 ２１樊昌信，曹丽娜．通信原理【ＭＩ ６版．北京：国防工业出版 社．２００６． 祥惆的输出波形如图５所示，第一行为解调器的输出结果