通信原理实验报告.doc

实验课程名称：通信原理实验_实验项目名称移频键控FSK调制与解调系统设计实验实验成绩实 验 者专业班级信息SY1001班组 别同 组 者无实验日期2012.12.17一、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：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设计与仿真，提高独立解决问题的能力。二、设计任务与要求 1.设计任务：构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求如下：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.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、实验原理数字频率调制又称频移键控，记作FSK(Frequency 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的变化来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。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，后者较为方便。四、2FSK 调制与解调系统原理与电路组成1.方案论证1）2FSK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。直接调频法，即用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，使输出得到不同频率的已调信号。频率键控法，又称为频率转换法。它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。在二进制数字调制中，若载波的频率随二进制数字基带信号在 f1和f2两个载频间切换，则产生二进制移频键控制信号（2FSK信号）。二进制移频键控制信号的产生方法如图1所示。图1（a）是采用数字键控的实现方法，图1（b）是2FSK信号的时间波形。 （a） （b）图1 2FSK信号产生原理图在图1（a）中，两个载频受输入的二进制基带信号控制，在一个码元 TS 期间，输出 f1 或 f2 两载频之一。若二进制基带信号的“1”对应于载频 f1，“0”对应于载频 f2，则二进制移频键控制信号的时域表达式为：分析可知，在设计移频键控系统时，为了获得最佳分路特性，通常选用的两个载频 f1和 f2在码元周期 TS内具有正交特性。2）2FSK信号解调方法二进制移频键控信号的解调可采用相干解调和非相干解调。从最佳解调的观点看，相干解调具有最佳的抗干扰性能，但相干解调必须依赖于解调端恢复准确频率和相位的参考载波，在移频键控系统中，提取f1和f2会大大增加系统的复杂度。采用非相干解调的原理图如图3所示,它是一种过零检测的方法。图2 过零检测法2.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，可用环形振荡器，产生的振荡频率为11800Hz载波，要求输出频率可调。 环形振荡器构成如下图：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。M序列用368Hz时钟（函数信号发生器，方波）产生。图3 信码发生器 图4 M序列发生器电路原理图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f4、f8和序列所需的时钟信号。图5 4分频、8分频电路原理图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6 2FSK调制器电路原理图 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7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：a.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：,且滤波器的通带频率：，所以有：， 。计算结果：C1=C2=C3=1.0uf； R1=R2=R3=72。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=1.0K（理论值300）； C=1.0uF。b.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。四、实验内容与测试数据1.FSK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1474Hz8分频2590Hz4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386HzM序列定时脉冲386HzM序列2.FSK解调器的测量试验（非相干解调电路的测量）测量波形备注带通滤波器输出波形波形变换的输出电压比较器输出信号波形五、实验小结经过这次移频键控FSK调制与解调系统设计实验，掌握2FS