移频键控实验.doc

内蒙古工业大学信息工程学院学校代码： 10128学 号： 内蒙古工业大学信息工程学院实 验 报 告课程名称： 通信原理 实验名称： 移频键控实验 实验类型：验证性 综合性 设计性实验室名称： 格物楼B座通信实验室102 班级： 学号：姓名： 组别： 同组人： 成绩： 实验日期： 2012/5/30 预习报告成绩： 指导教师审核（签名）： 2012年5 月 30 日预习报告一、 实验目的1. 掌握用键控法产生2FSK信号的原理及实现方法。2. 掌握2FSK过零检测解调的原理。二、 实验内容1 观察2FSK信号波形。2 观察2FSK过零检测解调器各点信号波形。3 观察2FSK解调信号波形。三、 实验器材1 信号源模块2 数字调制模块3 数字解调模块4 同步信号提取模块5 20M双踪示波器 一台6 频率计（可选） 一台四、 实验原理12FSK调制原理。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f0时代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f0和f1为载频的两种2ASK信号的合成，其一般时域数学表达式为 (51)式中，2FSK信号的典型时域波形如图5-1所示，因为2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为 （52）显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对己调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为 (Hz) （53）图5-1 2FSK信号的典型时域波形2FSK信号的产生通常有两种方式：(1)频率选择法；(2)载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（01或10）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图5-2所示：图5-2 2FSK调制原理框图由图可知，从“FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，当基带信号为“1”时，输出第一路载波：当基带信号为“0”时，输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。22FSK解调原理 2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图5-3所示。图5-3 2FSK解调原理框图 这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对2FSK信号进行解调的原理框图如图5-3(c)所示。其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在25V上。2FSK调制信号从“FSK-IN”输入。判决电压设置在25V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形1将2FSK信号变为TTL电平：整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。实验报告成绩： 指导教师审核（签名）： 2012 年 5 月 30 日实验报告一、 实验目的1. 掌握用键控法产生2FSK信号的原理及实现方法。2. 掌握2FSK过零检测解调的原理。二、 实验内容1 观察2FSK信号波形。2 观察2FSK过零检测解调器各点信号波形。3 观察2FSK解调信号波形。三、 实验器材1 信号源模块2 数字调制模块3 数字解调模块4 同步信号提取模块5 20M双踪示波器 一台6 频率计（可选） 一台四、 实验原理12FSK调制原理。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f0时代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f0和f1为载频的两种2ASK信号的合成，其一般时域数学表达式为 (51)式中，2FSK信号的典型时域波形如图5-1所示，因为2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为 （52）显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对己调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为 (Hz) （53）图5-1 2FSK信号的典型时域波形2FSK信号的产生通常有两种方式：(1)频率选择法；(2)载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（01或10）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图5-2所示：图5-2 2FSK调制原理框图由图可知，从“FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，当基带信号为“1”时，输出第一路载波：当基带信号为“0”时，输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。22FSK解调原理 2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图5-3所示。图5-3 2FSK解调原理框图 这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对2FSK信号进行解调的原理框图如图5-3(c)所示。其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在25V上。2FSK调制信号从“FSK-IN”输入。判决电压设置在25V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形1将2FSK信号变为TTL电平：整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。五、 实验步骤1 将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步信号提取模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWERl、 POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。3 将信号源模块产生的码速率为15625KHz的NRZ码和32KHz正弦波(幅度为3V 左右)、64KHz的正弦波(幅度为3V左右)分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK基带输入”、“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”。以信号输入点“FSK基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点FSK基带输入”和点“FSK调制输出”的波形。4 将“FSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观察 信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码。将该点波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“FSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。5 改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。六、 输入、输出点参考说明1输入点参考说明FSK基带输入： FSK基带信号输入点。 FSK载波输入1：FSK第一路载波信号输入点。FSK载波输入2：FSK第二路载波信号输入点。FSK-IN：FSK调制信号输入点。FSK-BS：FSK解调位同步信号输入点。2输出点参考说明FSK调制输出： FSK调制信号输出点。单稳输出1：FSK调制信号经单稳(UA04A 74HCl23)的信号输出点。单稳输出2：FSK调制信号经单稳(UA04B 74HCl23)的信号输出点。过零检测： FSK解调信号经过零检测后的信号输出点。FSK-OUT： FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经抽样判决)。FSK解调输出：FSK解调信号输出点。七、输出波形FSK基带输入波形、SK调制输出波形 “FSK-OUT”处的波形 “单稳输出1”处的波形 “单稳输出2”的波形 “过零检测”的波形 “FSK解调输出”的波形 八、实验思考题1 分析2FSK的调制和解调原理。答：2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（或）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如下图所示： FSK调制原理框图由图可知，从“FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，1路经U404（LM339）反相后接至U405B（4066）的控制端，另1路直接接至U405A（4066）的控制端。从“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”输入的载波信号分别接至U405A和U405B的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关U405A打开，U405B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A关闭，U405B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。 2. 改变74HC123的哪些外围元件参数对FSK解调正确输出有影响?答：改变15脚与电源之间的电阻，14脚与15脚之间的电容可以对FSK解调正确输出有影响。 3. 用过零检测法进行FSK解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生延迟?答：实际上是产生了延迟。9、 实验心得体会经过这个移频键控实验的通信原理实验课的学习，让我收获多多。但在这中间，我也发现了我存在的很多不足。我的动手能力还不够强，