FSK调制解调论文

1、目录第一章：绪论1.1 引言1.2 FSK简介1.3 课题的主要研究工作及意义1.4 FSK的发展及应用前景第二章：理论基础 2.1 2FSK 调制原理及方法 2FSK调制的基本原理 2.1.2 2FSK信号的表达式和波形图2.1.3 2FSK信号的带宽 2FSK调制方案的比较2.1.5 2FSK调制方案的选择2.2 2FSK 解调原理及方法 滤波+包络检波法 相干检测法 过零检测法2.2. 4 差分检波法2.3 2FSK的性能指标 2.3.1 信噪比与误码率 调制指数 第三章：实验分析 3.1 调制系统及结果分析 3.2 解调系统及结果分析 3.3 实验出现的问题第四章：小结第一章：绪论1.

2、1引言随着电子计算机的普及，数据通信技术正在迅速发展。数字频率调制是数据通信中常见的一种调制方式。频移键控（FSK）方法简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，并且主要适用于用于低、中速数据传输。由于FSK调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。1.2 FSK简介 数字频率调制又称频移键控(FsKFrequency Shift Keying)，二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传

3、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。1.3课题的主要研究工作及意义课题主要研究2FSK信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调制及解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正

4、确的完成调制解调任务。数字调制解调技术是现代通信的一个重要的内容,在数字通信系统中,由于基带数字信号包含了丰富的低频部分,如果要远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道无线或光纤信道传输时,必须对数字信号进行载波调制,使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上,这就称为数字调制(Digital Modulation) 。它可以分别对载波的幅度、频率、相位进行调制,于是有ASK(移幅键控) 、FSK(移频键控) 、PSK(移相键控) 等调制方式。数字调制同时也是时分复用的基本技术,其中FSK 是利用数字信号去调制载波的频率,是信息传输较早的一种传输方式,(2FSK) 在通信系统中应用广泛。1.4 F

5、SK的发展及应用前景：1、FSK Modem MSM7512B在电力线通信中的应用:MSM7512B是由OKI公司推出的关于FSK调制解调的芯片。电力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利数据传输的特性。为了排除这些干扰，目前利用电力线进行通信的产品有很多，通信质量和距离各有差异。这里介绍的是利用FSK调制解调芯片MSM7512B来实现的一种点对点通信方式。这种传输方法是隔离（变压器隔离方式）的。当通信距离较远时，可用MSM7512B替代隔离的RS-485接口芯片。它具有抗干扰能力强、误码率低、可靠性高、投资少、建设方便等优点，同时也存在着数据传输

6、速度低（只能达到1200bps），在通信距离变得很远时误码率有所增高的缺点。这种基于MSM7512B来实现电力线通信已经在智能小区数据通信的实践应用中取得了良好的使用效果。2、来电显示：来电显示的信息传输方式有2种：FSK和DTMF。FSK方式与DTMF方式相比有如下的优点：（l）数据传输速率高，在规定时间内能传的字符数多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持数字及少数字符。目前采用FSK方式的国家和地区有：美国、中国、日本、英国、加拿大、比利时、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要则是以瑞典为代表的一些欧洲国家等。 3、蓝牙(Bluetooth)通信设备。蓝牙(Bluet

7、ooth)是应用FSK调制解调的一个重要领域之一。蓝牙可替代短距离线缆，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装置间的无缝线连接。越来越多的旅馆、邮局、高尔夫球场、飞机场、商场、会议中心和商业领域都在采用蓝牙技术。第二章：理论基础2.1 2FSK 调制原理及方法 2FSK调制的基本原理用基带信号对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频移键控(FSK)。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强。其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高，因此，额移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽的信道。2

8、.1.2 2FSK信号的表达式和波形图频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化。故其表达式为： （式2.1） 假设二进制序列s（t）为l01001时，则2FSK信号的波形如图所示图2.1.2 2FSK信号的波形从图中可以看出，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又可写成式中：g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为；是的反码，若=1，则=0；若=0，则=1，于是和分别是第n个信号码元的初相位。在移频键控中，和不携带信息，通常可令和为零。2.1.3 2FSK信号的带宽由式(2.1)可知，2

9、FSK信号可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和，因此它的频带宽度是两倍数字基带信号带宽(B)与之和，即：2.1.4 2FSK调制方案的比较2FSK信号产生的方法主要有两种。一种可以采用模拟电路来实现（即直接调频法）；另一种可以采用键控法来实现。（1） 直接调频法原理所谓直接调频法，就是用数字基带信号去控制一个振荡器的某种参数而达到改变振荡频率的目的。如图2.1.3所示模 拟调 频 器图2.1.3 直接调频法原理框图（2）键控法原理该方法就是在二进制基带矩形脉冲序列的控制 下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出或两个载波之一。其原理如图所示，它将产生二进制FS

10、K信号。图中，数字信号控制两个独立振荡器。门电路（即开关电路）和按数字信号的变化规律通断。若门打开，则门关闭故输出为，反之则输出。这种方法的特点是转换速度快、波形好，而且频率稳定度可以做得很高。频率键控法还可以借助数字电路来实现。以上两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Continous-Phase FSK，CPFSK）而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。f1门电路1门电路2相加倒相f2基带信号输入图2.1.4 键控法原理

11、框图2.1.5 2FSK调制方案的选择我们组选择采用键控法来产生2FSK信号，主要基于以下2个原因：1：直接调频法产生的移频键控信号虽易于实现，但由于是同一振荡器产生两个不同频率的信号，在频率变换的过渡点相位是连续的，其频率稳定度较差。而且这种方法产生的FSK信号频移不能太大，否则振荡不稳，甚至停振，因而实际应用范围不广，仅适用于低速传输系统。2：频率键控法是用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。由于产生和载频是由两个独立的振荡器实现，则输出的2FSK信号的相位是不连续的。这种方法的特点是转换速度快，波形好，频率稳定度高，电路

12、不甚复杂，在实用中可以用一个频率合成器代替两个独立的振荡器,再经分频链，进行不同的分频，也可得到2FSK信号。2.2 2FSK信号解调方案的比较与选择数字调频信号的解调方法很多，如相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。下面就相干检测法、非相干检测法、过零检测法和差分检测法进行介绍。2.2.1 滤波+包络检波法2FSK信号的包络检波法解调方框图如图所示，其可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同，分别为、起分路作用，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及；抽样判决器起比较器作

13、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、下支路及的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为BPFBPF半波全波整流半波全波整流LPFLPF抽样判决器定时脉冲2FSK图2.2.1 2FSK信号包络检波方框图2.2.2 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2.2.2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

14、数字信号。图2.2.2 2FSK相干检测方框图 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。过零检测法方框图及各点波形如图所示。在图中，2FSK信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信

15、号“1”和“0”。图2.2.3 过零检测法方框图及各点波形图2.2. 4 差分检波法差分检波法的原理如图2.2.4所示，输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调制器），另一路经时延送到乘法器，相乘后再经低通滤波器提取信号。解调的原理可作如下说明：设输入为，它与时延之波形的乘积为若用低通滤波器除去倍频分量，则其输出为可见，是角频率偏移的函数，但却不是一个简单的函数关系。现在我们是当地选择使则有=，故此有 当时或 当时若角频偏较小；<<1，则有 当时或 当时由此可见，当满足条件及<<1时，输出电压将与角频偏呈线性关系。这是鉴频特

16、性所要求的。差分检波法基于输入信号与延迟的信号相比较，信道上的延迟失真，将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。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，但当有较严重延迟失真使，它的性能要比鉴频法优越。不过差分检波法的实现将要受条件的限制。带通低通××图2.2.4 差分检波原理2.2.5 2FSK解调方案的选择过零检测法较其他三种分析方法更简单，因此我们决定用过零检测法来实现FSK信号的解调。2.3 FSK系统性能对于FSK采用非相干解调，在高斯白噪声信道环境下的平均误码率为：对于一个实际通信设备，其性能一般较理论性能在上要恶化几个dB，一般可达（2

17、3dB）。因而，对于一个调制方式已确定的信道设备，对于其误码率的测量是一个十分重要的环节。一方面可以衡量其在实际信道环境下的性能，比理论值所恶化的程度；另一方面，通过测量设备的信道误码率指标，可以判断当前设备是否工作正常。对设备信道误码率指标的测量，不仅仅对该设备的性能有所了解，同时它也是通信系统工程方面（系统建立、维护）重要的工具。1、 信道的测量：对于FSK信道的测量一般可采用功率测量。图 采用功率计测量连接示意图首先，测量高斯白噪声谱密度。按图连接，在A点将调制信号断开，这样在B点处将测量得信道上高斯噪声的能量，根据高斯噪声所占据的带宽可计算出高斯白噪声的谱密度：然后在C点处断开,测量信

18、号功率,计算出信号的每比特能量：这样通过功率测量即可测量出FSK在实际信道环境下的。如果定性测量可通过通信原理综合实验系统的TPJ05进行：首先断开发信号，在示波器上测量接收的噪声大小En，然后在没有噪声时在示波器上观察信号的大小Es，通过这两项估计当前的大致情况。基带等效带宽为76.8KHz，信息速率为8KBPS，因而有下式成立：这样通过改变噪声大小，可测量FSK的误码性能。2、 误码率测量对信道误码率的测量一般需通过误码测试仪进行。误码测试仪首先发送一串伪码给信道设备，信道设备将FSK信号发送，并经信道返回（主要是完成加噪功能），然后解调。将解调之后的数据再送入误码测试仪进行比较，将误码进行计数。而后将误码率显示出来：3.调制指数调制指数(h，单位为bit/Symbol)，也被称为带宽效率，是以bit/s/Hz为单位来度量。较高的h会有较高的设备费用、复杂性、线性、以及为了保持与低h系统相同的误比特率而引起的SNR的增加。信噪比（SNR：Signal to Noise Ratio）指在规定输入电压下的输出信号电压与输入电压切断时，输出所残留之杂音电压之比，也可看成是最大不失真声音信号强度与同时发出的噪音强度之间的比率，通常以S/N表示。一般用分贝（dB）为