fsk通信系统的设计

1、目录1二进制频移键控的原理11.1一般原理与实现方法11.2FSK 信号的解调32单元电路设计62.12FSK 调制系统62.22FSK 解调系统 73总体电路图设计 94仿真结果105系统元件115.1电子开关 CD4066115.2元件清单126实物制作与调试 136.1调试步骤136.2注意事项13武汉理工大学通信原理课程设计说明书6.3故障诊断 147心得体会 15 参考文献 161 二进制频移键控的原理数字频率调制是数据通信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较强， 因此在中低速数据通信系统中得到了广泛 的应用。11 一般原理与实现方法数字频

2、率调制又称频移键控（ FSK），二进制频移键控记作 2FSK。数字调频 信号可以分相位离散和相位连续两种情形。 若两上振荡器频率分别由不同的独立 振荡器提供， 它们之间相位互不相关， 这就叫相位离散的数字调频信号； 若两上 振荡频率由同一振荡信号源提供， 只是对其中一个载波进行分频， 这样产生的两 个载频就是相位连续的数字调频信号。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。 2FSK信号便是符号“ 1”对应于载频 ，而符号“ 0”对应于载1-1)武汉理工大学通信原理课程设计说明书频 （与 不同的另一载频）的已调波形，而且 与 之间的改变是瞬间完成 的。从原理

3、上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟 调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频， 是频移键控通信方式早期 采用的实现方法。 2FSK 键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个 不同的独立频率源进行选通。 键控法的特点是转换速度快、 波形好、 稳定度高且 易于实现，故应用广泛。 2FSK信号的产生方法及波形示例如图 1.1 所示。图中 s（t） 为代表信息的二进制矩形脉冲序列， 即是 2FSK信号。图 1.1 2FSK 信号的产生方法及波形示例根据以上 2FSK信号的产生原理， 已调信号的数字表达式可以表示为其中，s（t） 为单极性非归零矩形脉冲序列（1-2

4、 ）（1-3）g（t） 是持续时间为 、高度为 1 的门函数； 为对 s（t） 逐码元取反而形成的脉冲 序列，即 （1-4） 是 的反码，即若 =0 ，则 =1 ；若=l ，则 =0 ，于是（1-5）分别是第 n个信号码元的初相位。 一般说来， 键控法得到的 与序号 n 无关，反映在 上，仅表现出当 与 改变时其相位是不连续的； 而用模拟调频法时， 由于 与 改变时 的相位是连续的，故不仅与第 n 个信号码元有关，而且 之间也应保持一定的关系图 1.2 用键控法实现2FSK信号的电路框图A0-A武汉理工大学通信原理课程设计说明书由式（ 1-1 ）可以看出 , 一个 2FSK信号可视为两路 2A

5、SK信号的合成，其中一 路以 s（t） 为基带信号、为载频， 另一路以为基带信号、 为载频。下图给出的是用键控法实现 2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“ 1”或“ 0”分别选择一个载波作为输出。2FSK的的典型时域波形：ar21011t0 Ts 2Ts 3Ts 4TsS2FSK(t)1.2FSK 信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零 检测法、差分检测法等。1.包络检波法包络检波法可视为由两路 2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带武汉理工大学通信原理课程设计说明书宽相同，皆为相应的 2ASK信号带宽；

6、中心频率不同 , 分别为( 、 )起分路 图 1.3 2FSK 的典型时域波形图作用，用以分开两路 2ASK信号，上支路对应 ，下支路对 应 ，经包络检测后分别取出它们的包络 s(t) 及 ；抽样 判决器起比较器作用， 把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较， 从而判决 输出基带数字信号。 若上、下支路 s(t) 及 的抽样值分别用 表示，则抽 样判决器的判决准则为图 1.4 包络检波法原理框图2.相干检测法相干检测的具体解调电路是同步检波器， 原理方框图如图 1.5 所示。图中两 个带通滤波器的作用同于包络检波法， 起分路作用。 它们的输出分别与相应的同 步相干载波相乘， 再分别经低通滤波

7、器滤掉二倍频信号， 取出含基带数字信息的 低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值 进行比 较判决(判决规则同于包络检波法) ，即可还原出基带数字信号。武汉理工大学通信原理课程设计说明书图 1.5 相干检测法原理框图3.过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少， 可以用来衡量频率的高低。 数字调频 波的过零点数随不同载频而异， 故检出过零点数可以得到关于频率的差异， 这就 是过零检测法的基本思想。 2FSK 输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经 微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列， 这个序列就代表着调频波的 过零点。尖脉冲触发一宽脉冲发生器， 变换成具有一定宽

8、度的矩形波， 该矩形波 的直流分量便代表着信号的频率， 脉冲越密，直流分量越大， 反映着输入信号的 频率越高。 经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。 这样就完成了频率幅度 变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号 “1”和“0”。图 1.6 过零检测法原理框图武汉理工大学通信原理课程设计说明书4.差分检测法差分检波法基于输入信号与其延迟的信号相比较， 信道上的失真将同时影 响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。实践表明，当延迟失真为 0 时，这种方法 的检测性能不如普通鉴频法， 但当信道有较严重延迟失真时， 其检测性能优于鉴 频法。武汉理工大学通信原理课程设计说明书2 单元电路设计设计

9、一个二相移频键控（ 2FSK）调制与解调系统。已知条件：1. 载波信号主频 F=11800HZ,，载频 F1=2950HZ，载频 F2=1475HZ。2.数字基带信号为 7位 M序列，传输速率约 400bit/s 。3. 不考虑传输信道的加噪，可采用直接传输。2.12FSK 调制系统调制系统主要由主载波振荡器、分频器、序列发生器、调制器、相加器和有源带通滤波器等构成。 其调制电路的组成框图如图 2.4 所示： 主载波振荡器主要提供 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。序列产生电路序列发生器用 D 触发

10、器构成四级移位寄存器组成，形成长度为 23-1=7 位码长的伪随机码序列，码率约为 400bit/s图 2.1 序列产生图分频器 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。7武汉理工大学通信原理课程设计说明书图 2.2 八分频图 2.3 四分频调制器调制器可以采用直接选用集成模拟开关图 2.4 调制部分电路图2.22FSK 解调系统本次课程设计采用非相干解调法， 其电路原理图如图 2.5 所示：对于非相干检测法，其系统电路构成如图所示。在了解与掌握了2FSK 非相武汉理工大学通信原理课程设计说明书图 2.5 解调部分电路图高通滤

11、波器要求采用 RC无源电路，构成三阶高通滤波器。已知2FSK 的中心频率：f= f1 f22 ,且滤波器的通带频率： f H=12kRC，所以有： C= 1 fR ,R= 1fC低通滤波器低通滤波器为一般 RC滤波器电路，电路元件参数计算请参阅高频电子线 路中检波器相关章节。电压比较器电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器， 参考电压给定为 0.22V。武汉理工大学通信原理课程设计说明书3 总体电路图设计10武汉理工大学通信原理课程设计说明书4 仿真结果图 3.1 总体电路图11武汉理工大学通信原理课程设计说明书将示波器分别连接 P1,P2 点，可得 M序列与 2FSK信号的波形图：图 4.1

12、2FSK 信号波形仿真图将示波器分别连接 P1,P3 点，可得 M序列与 2FSK信号解调后的波形图：图 4.2 2FSK 信后就解调后波形仿真图12武汉理工大学通信原理课程设计说明书5系统元件5.1电子开关 CD4066CD4066 集成电路内部主要由四路功能完全相同的电子开关组成，各组开关 分别受其相应引脚输入的电平控制， 使电子开关接通或断开。 它们的控制引脚为 13 脚（控制与间开关 ）、脚 （控制与间开关 ） 、脚（控制与间开 关）、12脚（控制与 11间开关） 。图 1.7 四双向模拟开关 4066 的逻辑符号图输入C开关状态1导通uO uI0Z图 1.8 4066 功能表当模拟开

13、关的电源电压采用双电源时，例如 VDD =5V，VSS=5V（均对地 0V 而言），则输入电压对称于 0V 的正、负信号电压（ 5V 5V）均能传输。 这时要求控制信号 C=“1”为+5V，C=“0”为 -5V，否则只能传输正极性的信号 电压。13武汉理工大学通信原理课程设计说明书5.2元件清单表 5.1 2FSK 系统元件清单序号品名型号数量序号品名型号数量1电子开关CD406618电容0.6uF32电阻1k19电容47uF33电阻10k110电容0.47uF14电阻2k111四输入非门74ls0415电阻50312运放Rm74116电阻900113运放Rm31117二极管114武汉理工大学

14、通信原理课程设计说明书6实物制作与调试6.1调试步骤电子电路调试方法有两种， 即分块调试法和整体调试法。 分块调试是把总体 电路按功能分成若干个模块， 对每个模块分别进行调试。 模块的调试顺序最好是 按信号的流向，一块一块的进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。整体调试 法是把整个电路组装完毕后， 不进行分块调试， 实行一次性总调。调试的内容应包括静态与动态调试两部分。 静态调试一般是指在没有外加输 入信号的条件下，测试电路各点的电位。动态调试包括调试信号幅值、波形、相 位关系、频率、放大倍数及时序逻辑关系等。万用表可以测量交、直流电压，交、直流电流，电阻及值，还常用于判 断二极管、 稳压管、

15、晶体管和电容的好坏与引脚。 示波器用于观察与测量电路各 点波形幅度、 宽度、 频率及相位等动态参数。 所选用示波器的频带必须大于被测 信号的频率，否则，被观察的波形会严重失真。 调试中常需外加一定波形的信号， 这时需用到信号发生器，如正弦波、三角波、方波及单脉冲波等，以测试电路的 工作情况。任何组装好的电子电路，在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否有 错误。检查的方法是对照电路图， 按一定的顺序逐级对应检查。 特别要注意电源 是否接错， 电源与地是否有短接， 二极管方向和电解电容的极性是否接反， 集成 电路和晶体管的引脚是否接错， 焊点是否牢固等等。 一定要调试好所需要的电源 电压数值，然

16、后才能给电路接通电源。 电源一经接通， 不要急于用仪器观察波形 和数据，而是要观察是否有异常现象，如冒烟、异常气味、放电的声音、元器件 发烫等。如果有，不要惊慌失措，而应立即关断电源，待排除故障后方可重新接 通电源。然后再测量每个集成块的电源引脚的电压是否正常， 以确信集成电路是 否已通电工作。6.2注意事项电路经静态和动态调试正常之后， 即可对课题要求的技术指标进行测试。 应 认真测量和记录测试数据， 并对测试数据进行分析， 最后做出测试结论， 确定电15武汉理工大学通信原理课程设计说明书路的技术指标是否符合设计要求。 采用分块调试方法时， 对那些非信号流向上的 电路应首先单独进行调试， 之

17、后才能按信号流向顺序进行分块调试。测试前， 应熟悉所使用仪器的使用方法， 测试时应注意仪器的地线与被测试 电路的地线是否接好。测试过程中，不论是更换元器件，或是更改连线，一定要先关断电源，待更 换完毕经检查无误后方可再通电。测试过程中，要认真细致观测勤于记录。6.3故障诊断检察元器件引脚电源电压。 确定电源是否是否正常。 检查电路关键点上电压 的波形和数值是否合乎要求。 判断故障来自故障模块本身还是负载。 对照电路图， 仔细检查故障模块内电路是否有错。 检查、元器件是否已损坏、 仪器是否有问题 及使用是否得当。 重新分析电路原理图是否存在问题。 是否应该对参数等做出合 理的修改。16武汉理工大

18、学通信原理课程设计说明书7心得体会在此次课设中， 我深刻体会到了自己知识的缺乏。 我深深的感觉到自己知识 的不足，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。 根本不知道在现实中还存在有很多问题。在设计电路时，还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。 另外，还要考虑它的可行性， 实用性等等。 这样，也提高了我的分析问题的能力。 原来，我们学习的电路只是一个理论知识， 通过这次实习。 使我的理论知识上升 到了一个实践的过程。 同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。 为我们提 供一个学以致用的平台， 更好地巩固和复习以前所学的知识， 是一次很好的学习 过程。这次通信原理课程设计的几天里， 可以说得是苦多于甜， 但是可以学到很多 很多的的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本 上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计 的过程中遇到