2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)

2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)扌商要:FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。二進制的基帶信號是用正負電平來表示的。FSK--又稱頻移鍵控法。FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。關(guān)鍵詞：FSK數(shù)字調(diào)制；FSK數(shù)字解調(diào)；基帶信號；載波；一、實驗目的1、掌握2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，2FSK數(shù)字調(diào)制通信的整個過程。2、理解2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)中各組成部分在整個過程中的作用，特別是整個系統(tǒng)中的同步。3、了解2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)電路的實現(xiàn)。二、實驗內(nèi)容將信號源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、信道模擬模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步提取模塊和終端模塊組合成2FSK傳輸系統(tǒng)，并觀察基帶信號、載波信號、2FSK調(diào)頻信號、通過信道的2FSK調(diào)頻信號（加噪聲和不加噪聲）、經(jīng)過接收端整型1電路的2FSK調(diào)頻信號、經(jīng)過接收端單穩(wěn)1、2電路的的單穩(wěn)信號、經(jīng)過接收端相加器的過零檢測信號、經(jīng)過接收端低通濾波器后的信號、經(jīng)過判決電壓比較后的信號、提取的位同步信號和最后的經(jīng)過抽樣判決的解調(diào)信號，畫出它們的波形，加深對2FSK數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和2FSK數(shù)字調(diào)制通信的全過程的理解。三、實驗儀器信號源模塊數(shù)字調(diào)制模塊信道模擬模塊數(shù)字解調(diào)模塊同步提取模塊終端模塊20M雙蹤示波器一臺連接線若干四、實驗原理1、2FSK調(diào)制原理數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK）,二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應于載頻，而符號“0”對應于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。2FSK信號是用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為f時代表傳0,載頻為f時代表傳1。0J1顯然，2FSK信號完全可以看成兩個分別以f和f為載頻、以a和a為被傳二進01nn制序列的兩種2ASK信號的合成。2FSK信號的典型時域波形如圖12-1所示，其S(t)S(t)=工ag(t--nT)COS①t+工ag(t-nT)2FSKns0nsCOS①t112－1)0Ts2Ts3Ts4TsA0-A0Ts2Ts3Ts4TsA0-A式中，ro=2冗f，①二2kf，a是a的反碼，即0011nn「0概率為Pa={nF概率為1－P-「1概率為Pa={n[0概率為1－Pnn圖12-12FSK信號的典型時域波形因為2FSK屬于頻率調(diào)制，通常可定義其移頻鍵控指數(shù)為0s10|/R0s10|/Rs顯然，h與模擬調(diào)頻信號的調(diào)頻指數(shù)的性質(zhì)是樣的，其大小對已調(diào)波帶寬有很大影響。2FSK信號與2ASK信號的相似之處是含有載頻離散譜分量，也就是說，二者均可以采用非相干方式進行解調(diào)?？梢钥闯?，當h<1時，2FSK信號的功率譜與2ASK的極為相似，呈單峰狀；當h?l時，2FSK信號功率譜呈雙峰狀，此時的信號帶寬近似為B=f-f|+2R(Hz)2FSK10s2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：(1)頻率選擇法；(2)載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換(0T1或1T0)時刻，2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會不利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號，這時的已調(diào)信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。在這里，我們采用的是頻率選擇法，其調(diào)制原理框圖如圖12-2所示。由圖可知，從“FSK基帶輸入”輸入的基帶信號分成兩路，一路經(jīng)U05反相后接至U06B的控制端，另一路直接接至U06A的控制端。從“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”輸入的載波信號分別接至U06A和U06B的輸入端。當基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)U06A打開，U06B關(guān)閉，輸出第一路載波；當基帶信號為“0”時，U06A關(guān)閉，U06B打開，此時輸出第二路載波，再通過相加器就可以得到2FSK調(diào)制信號。圖12-22FSK調(diào)制原理框圖解調(diào)方法：相干法和非相干法。類型：二進制移頻鍵控(2FSK)，多進制移頻鍵控(MFSK)。在上述三種基本的調(diào)制方法之外，隨著大容量和遠距離數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這

種情況下，傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式已不能滿足應用的需求，需要采用新的數(shù)字調(diào)制方式以減小信道對所傳信號的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術(shù)的研究，主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調(diào)制，是提高頻譜利用率的有效方法，且保持較小的頻譜占用率。從傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)擴展的技術(shù)有最小移頻鍵控（MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）、正交幅度調(diào)制（QAM）、正交頻分復用調(diào)制（OFDM）等等。調(diào)制部分：2FSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是用二進制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，如（a）圖所示，使其能夠輸出兩個不同頻率的碼元。第二種方法是用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出，如（b）圖所示。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號，在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，如（c）圖所示；而開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號，則分別由兩個獨立的頻率源產(chǎn)生不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)，如（d）圖所示。本次設(shè)計用鍵控法實現(xiàn)2FSK信號。設(shè)頻率f代表數(shù)字信號1；1f代表數(shù)字信號0，則抽樣判決器的判決準則：2〔xl-x2>0判決輸入為fl信號［譏-工2<0判決輸入為f2信號2、2FSK解調(diào)原理2FSK有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法

及差分檢波法等。這里采用的是過零檢測法對2FSK調(diào)制信號進行解調(diào)。大家知道，2FSK信號的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。用過零檢測法對FSK信號進行解調(diào)的原理框圖如圖12-3所示。其中整形1和整形2的功能類似于比較器，可在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。2FSK調(diào)制信號從“FSK-IN”輸入。U04的判決電壓設(shè)置在2.5V，可把輸入信號進行硬限幅處理。這樣，整形1將2FSK信號變?yōu)門TL電平；整形2和抽樣電路共同構(gòu)成抽樣判決器，其判決電壓可通過標號為“2FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器進行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1和單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器U06—起共同對TTL電平的2FSK信號進行微分、整流處理。電阻R15與R17決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時鐘信號就是2FSK基帶信號的位同步信號，該信號應從“FSK-BS”輸入，可以從信號源直接引入，也可以從同步信號恢復模塊引入。2FSK解調(diào)原理框圖FSKm過零檢測原理框圖2FSK解調(diào)原理框圖FSKm過零檢測原理框圖五、實驗步驟1、將信號源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步提取模塊、頻譜分析模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下五個模塊中的開關(guān)P0WER1、P0WER2，對應的發(fā)光二極管LED01、LED02發(fā)光，按一下信號源模塊的復位鍵，五個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、FSK調(diào)制實驗（1）將信號源模塊產(chǎn)生的碼速率為15.625KHz的周期性NRZ碼和64KHz正弦波（幅度為3V左右）及32KHz的正弦波（幅度為3V左右）分別送入數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸入點“FSK基帶輸入”、“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”。以信號輸入點“FSK基帶輸入”的信號為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器同時觀察點“FSK基帶輸入”和點“FSK調(diào)制輸出”輸出的波形。并將這兩點的信號送入頻譜分析模塊進行分析，觀察其頻譜。（2）改變送入的基帶信號，重復上述實驗。4、FSK解調(diào)實驗（1）將信號源模塊的位同步信號（BS）的頻率設(shè)置為15.625KHz，將信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼設(shè)置為周期性碼，將同步信號提取模塊的撥碼開關(guān)SW01的第一位撥上。（2）將信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號，合理連接信號源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸出點“FSK調(diào)制輸出”能輸出正確的FSK調(diào)制波形。（3）將點“FSK調(diào)制輸出”的輸出信號送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點“FSK-IN”，觀察信號輸出點“FSK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標號為“FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止。將該點波形送入同步信號提取模塊的信號輸入點“NRZ-IN”，再將同步信號提取模塊的信號輸出點“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點“FSK-BS”，觀察信號輸出點“單穩(wěn)輸出1”、“單穩(wěn)輸出2”、“過零檢測”、“濾波輸出”、“FSK解調(diào)輸出”處的波形，并與信號源產(chǎn)生的NRZ碼進行比較。（4）改變信號源產(chǎn)生的NRZ碼的設(shè)置，重復上述觀察。5、信道實驗（插入在FSK調(diào)制之后，F(xiàn)SK解調(diào)之前）。旋轉(zhuǎn)信道模擬模塊的噪聲功率調(diào)節(jié)電位器，改變信道內(nèi)噪聲功率大小，觀察信道輸入波形、信道噪聲波形與信道輸出波形。觀察噪聲對信號的影響。6、終端實驗（插入在2FSK解調(diào)部分之后）：將信號源的基帶信號接入終端的信道1，2FSK解調(diào)信號接入終端的信道2，觀察兩組信道對應的發(fā)光二極管的亮滅情況是否一致。7、將信道模擬模塊中的噪聲調(diào)高，重復上述觀察。六、輸入、輸出點參考說明輸入點：信號源模塊NRZ碼型做基帶輸入，64k正弦波做載波1,32k正弦波做載波2輸出點：fsk解調(diào)模塊上fsk解調(diào)輸出七、實驗結(jié)果及分析FSK基帶輸入：信號源測試點NRZ輸出的NRZ碼（SW04、SW05設(shè)置為0000000100101000，128分頻）FSK載波輸入：載波1設(shè)為64K正弦波，載波2設(shè)為32K正弦波；信道噪聲設(shè)置：為0，噪聲功率電平調(diào)為最低1、FSK調(diào)制實驗：FSK基帶輸入波形：FSK載波1輸入波形：FSK載波2輸入波形：FSK調(diào)制輸出波形：（FSK調(diào)幅波隨SW01、SW02、SW03設(shè)置的改變而變化）2、信道實驗：噪聲功率電平調(diào)為最低信道輸入波形：（即FSK調(diào)制輸出波形）信道噪聲波形：噪聲功率電平調(diào)為最低，為0信道輸出波形：3、FSK解調(diào)實驗：FSK解調(diào)輸入波形：（即信道輸出波形）單穩(wěn)態(tài)輸出1波形（FSK已調(diào)信號經(jīng)單穩(wěn)1的信號輸出）單穩(wěn)態(tài)輸出2波形（FSK已調(diào)信號經(jīng)單穩(wěn)1的信號輸出）過零檢測輸出的波形（FSK已調(diào)信號經(jīng)過零檢測后的信號輸出）OUT3測試點輸出波形：（即FSK調(diào)幅波經(jīng)低通濾波器后的信號輸出波形FSK—OUT測試點輸出波形：（即FSK調(diào)幅波經(jīng)電壓比較器后的信號輸出波形，未經(jīng)同步判決。波形與FSK判決電壓調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)幅度有關(guān)）a、FSK判決電壓調(diào)節(jié)過高，誤判為0的概率增加：（采用雙蹤示波器比較FSK基帶輸入波形與FSK—OUT測試點輸出波形）b、FSK判決電壓調(diào)節(jié)過低，誤判為1的概率增加：（采用雙蹤示波器比較FSK基帶輸入波形與FSK—OUT測試點輸出波形）C、適當調(diào)節(jié)FSK判決電壓，使FSK—OUT輸出波形與FSK基帶輸入波形最接近：（采用雙蹤示波器比較FSK基帶輸入波形與FSK—OUT測試點輸出波形）提取的位同步信號波形：（采用雙蹤示波器比較信號源的位同步波形與提取的位同步信號波形，

它們應當一致，表示發(fā)送端與接收端的碼元寬度是一樣的）FSK解調(diào)輸出波形：4、終端實驗：記錄兩組信道對應的發(fā)光二極管的亮滅情況，注意第二路信號（FSK調(diào)制輸出）有一定時延。八、實驗思考題解答1、2fsk中間的2是什么含義?二進制數(shù)字序列控制載波的頻率。2、為何2fsk調(diào)制需要兩個載波，載波1，載波2？由于二進制是由0和1組成，而碼型控制也是由0和1組成，所以只有兩個載波3、信號源模塊上sw0、sw1、sw2、sw3的作用設(shè)置NRZ碼型4、信號源模塊上sw4、sw5的作用設(shè)置頻率大小九、實驗過程中遇到的問題以及解決方法在整個課程設(shè)計的過程中遇到的問題主要有以下二點，第一：基礎(chǔ)知識掌握的不牢固，主要表現(xiàn)在對書本上的內(nèi)容理解不夠透徹。第二：相關(guān)知識掌握的不夠全面。十、實驗感想在此次的課程設(shè)計中我最大的體會就是進一步