移频键控FSK调制与解调系统设计实验

1 实验课程名称 通信原理实验通信原理实验 实实验验项项目目名名称称移频键控 FSK 调制与解调系统设计实验实实验验成绩成绩 实实 验验 者者曾娟专业班级专业班级信息 1001组组 别别 同同 组组 者者实验日期实验日期 一 实验目的 意义一 实验目的 意义 数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式 由于这种调制解调方式容易实现 抗噪声和抗衰减性能强 因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用 通过此综合实 验 应达到 1 进一步加深对数字调制中的移频键控 FSK 调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与 掌握 2 学会综合地 系统地应用已学到的知识 对移频键控 FSK 调制与解调系统电路的设计与 仿真方法 提高独立解决问题的能力 二 设计任务与要求二 设计任务与要求 1 1 设计任务 设计任务 构建并设计一个数字移频键控 FSK 传输系统 具体要求是 主载波频率 11800HZ 载波 1 频率 2950HZ 四分频 载波 2 频率 1475HZ 八分频 数字基带信号 NRZ 15 位 M 序列 传输速率约为 400 波特 32 分频 2 2 设计要求 设计要求 FSK 调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路 或集成模拟开关 与采用集成模拟 乘法器 利用键控法实现 FSK 解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现 传输信道不考虑噪声干扰 采用直接传输 整个系统用 EWB 软件仿真完成 三 三 2FSK2FSK 调制与解调系统原理与电路组成调制与解调系统原理与电路组成 1 1 方案论证方案论证 2FSK 2FSK 调制与解调系统原理的简要说明调制与解调系统原理的简要说明 1 FSK 调制信号的产生 实现数字频率调制的方法很多 总括起来有两类 直接调频法和移频键控法 注意 到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的 也可能是不连续的 因此有相位连续的 FSK 及 相位不连续的 FSK 之分 并分别记作 CPFSK 及 DPFSK 实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控 晶振输出的主载波 通过不同 次数的分频 或倍频 器 可得到两种不同频率的载波 其相位也不完全相等 当数字基带信 号 g t 为高电位时 与非门 1 关闭 与非门 2 打开 输出频率为 f2 的信号 当 g t 为低电 位时与非门 1 打开 与非门 2 关闭 输出频率为 f1 的信号 这样 经过相加器相加后 就可 输出 2FSK 信号 这种方法实现移频键控电路集成化程度高 体积小 可靠性高 2 图 1 频率键控调制器 2 2 单元电路设计单元电路设计 1 主载波振荡器电路设计 主要提供 2FSK 的载波和信码的定时信号 可用集成电路 555 构成多谐振荡器 产生 的振荡频率为 11800Hz 载波 要求输出频率可调 已知由 555 构成多谐振荡器的振荡频率为 则 R1 3 6K R2 2 8K 可调 C 0 01uF 图 2 555 定时器接成的多谐振荡器 2 M 序列产生电路 实际的数字基带信号是随机的 为了实验和测试的方便 一般都用 M 序列产生器产生 的伪随机序列来充当数字基带信号 本次设计采用三级线性移位寄存器 选用 74LS74 双 D2 片 形成长度为 23 1 7 位码长的伪随机码序列 码率约为 400bit s 如图 3 所示 图 3 M 序列发生器电路图 3 分频器 将主载波按设计要求 一般用 D 触发器构成适当的分频电路 获得载频 f1 f2 和 序列 所需的时钟信号 电路设计方法参见实验四或其它有关资料 CRRT f 2 11 21 3 8 分频器 4 分频器 5 波形变换电路 由于 555 产生的是方波 因此要有一个积分电路将其转化为正弦波 如图 5 图 4 波形变换电路 4 调制器 调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路 或直接选用集成模拟开关 与采用集成 模拟乘法器 这里使用与门和或门 图 5 调制电路 4 6 非相干解调电路 对于非相干检测法 其系统电路构成如图 5 5 所示 在了解与掌握了 2FSK 非相干检测法 系统电路的基础上 进行自己的设计与实验 需要设计的单元电路有 图 6 2FSK 非相干解调电路原理图 高通滤波器 采用 RC 无源电路 构成三阶高通滤波器 已知 2FSK 的中心频率 且滤 12 2fff 波器的通带频率 所以有 1 2 H fkRC 1 CfR 1 RfC 则有 C1 C2 C3 0 6uf R1 R2 R3 50 低通滤波器 低通滤波器选用一般 RC 滤波器电路 因信码速率为 400 波特 其电路元件参数 R 0 5K C 1uF 电压比较器 电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器 目的是防止干扰 参考电压设定为 0 22V 3 3 总体电路原理图与元件清单总体电路原理图与元件清单 1 总体电路原理图 图 6 总体电路原理图 2 元器件清单 5 序号元器件名称型号规格数量备注 1运算放大器2 2555 定时器1 3D 触发器74LS8 4固定电阻10K2 5固定电阻3 6k2 6固定电阻 500 1 7固定电阻 50 3 8可变电阻2 8K 50 1 9固定电容0 01uf1 10固定电容1uf1 11固定电容10uf1 12固定电容0 6uf3 13可变电感0 9mH 50 1 14二极管1 15门电路若干 6 四 实验内容与测试数据四 实验内容与测试数据 1 FSK1 FSK 调制器的测量调制器的测量 1 检测 调整多谐振荡器输出的载波信号 测量波形频率数备注 11800Hz 主时钟 2 调测分频器的分频比 测量波形频率数备注 1474Hz 8 分频 2590Hz 4 分频 M 序列 3 M 序列发生器产生的为随机码的检测 测量波形频率数备注 386Hz M 序列定 时脉冲 386Hz M 序列 7 4 FSK 调制输出信号的测量 测量波形频率数备注 1474Hz 信码为 0 2950Hz 信码为 1 1474Hz 2950Hz 信码为 M 序列 2 FSK2 FSK 解调器的测量试验 非相干解调电路的测量 解调器的测量试验 非相干解调电路的测