FSK课程设计课件(新)

1、题目：题目：2FSK2FSK调制及解调器的设计与实现调制及解调器的设计与实现1 1. . 经历工程设计与实现过程，为后续进行毕业设计奠经历工程设计与实现过程，为后续进行毕业设计奠定工作基础；定工作基础； 2.2.掌握掌握2FSK的调制与解调的实现方法；的调制与解调的实现方法； 3.3.遵循本系统的设计原则，理顺基带信号、传输频带及遵循本系统的设计原则，理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间的关系；两个载频三者间相互间的关系； 4.4.加深理解加深理解2FSK调制器与解调器的工作原理，学会对调制器与解调器的工作原理，学会对2FSK工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法。工作过程进行

2、检查及对主要性能指标进行测试的方法。设计内容：设计内容： 1. 根据根据2FSK调制器与解调器的组成原理设计实现方案；调制器与解调器的组成原理设计实现方案； 2. 理顺低通滤波器理顺低通滤波器3db带宽与基带信号传输速率间的关带宽与基带信号传输速率间的关 系，两个载频间隔和基带信号速率间的关系；系，两个载频间隔和基带信号速率间的关系； 3. 用硬件电路或软件模拟实现设计方案。用硬件电路或软件模拟实现设计方案。 4. 着眼于时间、频率、频谱、频带，观察着眼于时间、频率、频谱、频带，观察2FSK信号。在信号。在时域，观察单元电路各点的波形、眼图、误码；在频域，时域，观察单元电路各点的波形、眼图、误

3、码；在频域，观察已调信号、调制信号的频谱，测算传输带宽；测量两观察已调信号、调制信号的频谱，测算传输带宽；测量两个载频频率；个载频频率； 5. 根据实验记录的波形和数据，分析根据实验记录的波形和数据，分析2FSK调制解调过程调制解调过程和性能。和性能。技术要求技术要求( (硬件硬件) )： 1.两载频两载频 f1、f2 由一个方波振荡器产生。由一个方波振荡器产生。 f1=8kHz 、 f2=4kHz，数字基带信号时钟，数字基带信号时钟频率频率fs=1kbit/s； 2.设计一个设计一个m序列产生器（序列产生器（15位），作为位），作为数字基带信号；数字基带信号； 3.解调采用非相干解调技术；解

4、调采用非相干解调技术；技术要求技术要求( (软件软件) )： 1.两载频两载频 f1、f2 分别是分别是 f1=8kHz 、 f2=4kHz，数字基带，数字基带信号时钟频率信号时钟频率fs=1kbit/s； 2.设计一个设计一个m序列产生器（序列产生器（15位），作为数字基带信号；位），作为数字基带信号； 3.设计方波移频键控调制及非相干解调方案设计方波移频键控调制及非相干解调方案; 4.设计正弦波移频键控调制及相干解调方案（选做设计正弦波移频键控调制及相干解调方案（选做2FSK的载波提取）；的载波提取）； 5.对上述两套方案分别进行中间信号分析及系统抗噪声对上述两套方案分别进行中间信号分析及

5、系统抗噪声性能分析并做对比。性能分析并做对比。四四. . 设计步骤（硬件）：设计步骤（硬件）：根据技术要求及功能框图设计电原理图；查阅器根据技术要求及功能框图设计电原理图；查阅器件手册，提出使用器材；选做件手册，提出使用器材；选做MULTISIM仿真；仿真；拟定测试项目、提出测试所用仪器及测试方法；拟定测试项目、提出测试所用仪器及测试方法；在面包板上插接、调测、改进、完善方案；在面包板上插接、调测、改进、完善方案；撰写课程设计报告。撰写课程设计报告。四四. . 设计步骤（软件）：设计步骤（软件）：根据技术要求在根据技术要求在SYSTEMVIEW软件中设计模块软件中设计模块功能框图；功能框图；拟

6、定测试项目、提出测试方法；拟定测试项目、提出测试方法；在软件中设置各模块参数，调试，联调，改进、在软件中设置各模块参数，调试，联调，改进、完善方案；完善方案；撰写课程设计报告。撰写课程设计报告。 1. 研究相关原理，查阅所用器件手册或软件中研究相关原理，查阅所用器件手册或软件中功能模块说明，画出实现电路图，给出设计方案。功能模块说明，画出实现电路图，给出设计方案。进实验室时上交（占进实验室时上交（占3-4天时间）；天时间）； 2. 在实验室实现方案及调试（占在实验室实现方案及调试（占4-5天时间）；天时间）； 3. 撰写课程设计报告（占撰写课程设计报告（占1-2天时间）。天时间）。六六. .课

7、程设计报告的要求：课程设计报告的要求： 1.给出最后完成的方案并作详细的电路分析；给出最后完成的方案并作详细的电路分析； 2.介绍测试项目、测试方法、整理测量数据、分介绍测试项目、测试方法、整理测量数据、分析性能指标；析性能指标； 3.总结设计、调试过程中的收获和总结设计、调试过程中的收获和 体会，同时体会，同时提出相应建议；提出相应建议；七七. .参考资料：参考资料：现代通信原理与技术现代通信原理与技术. 张生辉、曹丽娜张生辉、曹丽娜 . 西安电子科技大学出版西安电子科技大学出版社社现代通信原理现代通信原理. 曹志刚、钱亚生曹志刚、钱亚生 . .清华大学出版社清华大学出版社实用电子电路手册实

8、用电子电路手册. （数字电路部分）（数字电路部分）.高等教育出版社高等教育出版社实用电子电路手册实用电子电路手册. （模拟电路部分）（模拟电路部分）.高等教育出版社高等教育出版社SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计 罗卫兵 等 编著, 西安电子科技大学出版社 SystemView通信仿真开发手册戴妍峰 编著,国防工业出版社 八八. .2FSK调制解调原理调制解调原理在实际信道中，大多数信道具有带通在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输，必须用数字带通传输特性的信道中传输，必须用数字基带信号对

9、载波进行调制，完成频谱搬移，基带信号对载波进行调制，完成频谱搬移，变换成频带信号后，才能在带通传输特性变换成频带信号后，才能在带通传输特性的信道中传输。的信道中传输。 在二进制数字调制中，若载波的频率随二进制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数字基带信号在 f1和和f2两个载频间切换，则产生两个载频间切换，则产生二进制移频键控制信号（二进制移频键控制信号（2FSK信号）。二进制移信号）。二进制移频键控制信号的产生方法如图频键控制信号的产生方法如图1所示。图所示。图1（a）是）是采用数字键控的实现方法，图采用数字键控的实现方法，图1（b）是方波）是方波2FSK信号的时间波形。

10、信号的时间波形。 （一）二进制移频键控制信号的产生方法（一）二进制移频键控制信号的产生方法 图图1 1（a a）2FSK2FSK信号产生原理图信号产生原理图图图1 1（b b） 2FSK2FSK信号的时间波形信号的时间波形在图在图1（a）中，两个载频受输入的二进制基带）中，两个载频受输入的二进制基带信号控制，在一个码元信号控制，在一个码元 TS 期间，输出期间，输出 f1 或或 f2 两两载频之一。若二进制基带信号的载频之一。若二进制基带信号的“1”对应于载频对应于载频 f1，“0”对应于载频对应于载频 f2，则二进制移频键控制信，则二进制移频键控制信号的时域表达式为：号的时域表达式为： 21

11、11222( )( ) cos()( ) cos()FSKetAm ttAm tt（1式）式） 式中，式中，A为两个载波的幅度（数字电路的输出为两个载波的幅度（数字电路的输出幅度，设两幅度正好相等幅度，设两幅度正好相等)1=2f1，2=2f2，1和和2是两个载频的初始相角；是两个载频的初始相角；m1(t) 和和 m2(t)是是周期开关函数，定义为：周期开关函数，定义为： S11S212t T 2( )02 t T 2SSTm tTS12S22t T20( )2 t T21SSTm tT（式）（式）（式）（式） 且m1(t)和m2(t)满足下列关系式： 11221, 2,SSm t mTm tm

12、m t mTm t（式）（式） 相位不连续的二进制移频键控信号的功率相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅谱可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控功率谱密度的叠加，如图键控功率谱密度的叠加，如图2所示。所示。oosffosffoffFSKSf2sf0 . 8sf0.5h 0.7h 1h 图相位离散的图相位离散的2FSK信号的功率谱示意图信号的功率谱示意图从图从图2中可以看出（详见通原课本中可以看出（详见通原课本P198P198分析）：分析）：1 1、2FSK的频谱由连续谱和离散谱所组成，其中离散谱的频谱由连续谱和离散谱所组成，其中离散谱位于两个载频位于

13、两个载频 f1 和和 f2处，连续谱由两个中心位于处，连续谱由两个中心位于 f1 和和 f2 处的双边谱叠加形成；处的双边谱叠加形成；2 2、若两个载波频差小于、若两个载波频差小于 fs , ,则连续谱在则连续谱在 f0 处出现单峰；处出现单峰；若载频差大于若载频差大于 fs ，则连续边谱距离拉开，出现双峰；，则连续边谱距离拉开，出现双峰；3 3、若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频、若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频率间隔作为率间隔作为2FSK信号的带宽，则信号的带宽，则2FSK信号的频带宽信号的频带宽度度B2FSK为为2122FSKsBfff （式）（式） 研究结果表

14、明，在设计移频键控系统时，为了获得研究结果表明，在设计移频键控系统时，为了获得最佳分路特性最佳分路特性( (获得最佳抗噪声性能获得最佳抗噪声性能) )，通常选用的两个，通常选用的两个载频载频 f1和和 f2在码元周期在码元周期 TS内具有正交特性，即内具有正交特性，即 上式在上式在 f1 和和 f2 间隔为间隔为1 / 2TS的整数倍时都能满足，的整数倍时都能满足，即即 （n=1,2,） 工程上一般取工程上一般取 f1 - f2=(35) / Ts11220cos() cos()0sTttdt122SnffT（式）（式）（式）（式）（6式）式）（二）（二）2FKS 信号的解调方法信号的解调方法

15、二进制移频键控信号的解调可采用相干解调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，提取统中，提取f1和和f2会大大增加系统的复杂度。采用会大大增加系统的复杂度。采用非相干解调的原理图如图非相干解调的原理图如图3所示所示, ,它是一种过零检测它是一种过零检测的方法，整个解调过程的时间波形如图的方法，整个解调过程的时间波形如图4所示。所示

16、。 mFSK（ t）abcdef限 幅 器微 分整 流脉 冲形 成 器低 通滤 波 器图图3 过零检测过零检测abcdef图图4 4 过零检测法的时间波形过零检测法的时间波形九、在设计时应注意的几个问题九、在设计时应注意的几个问题: : （1）方波）方波2FSK调制器方案介绍调制器方案介绍: 二进制移频键控信号的产生原理图如图二进制移频键控信号的产生原理图如图5 5所所示。示。图图5 5 数字移频键控信号产生原理图数字移频键控信号产生原理图 按（按（8式）和（式）和（5式），两载频式），两载频 f1、f2 和和fs 应应折中选取，另外根据国际电报电话咨询委员会折中选取，另外根据国际电报电话咨询

17、委员会（CCITT）的建议，传输速率为）的建议，传输速率为1200波特以下波特以下的设备采用的设备采用FSK，因而本实验的码元速率选在，因而本实验的码元速率选在1kHz左右，这样左右，这样 f1、f2 和和 fs 三个频率的取值分三个频率的取值分别为别为f1 ？、？、 f？和？和f？ 。 (2)、信源的具体电路、信源的具体电路(参见图参见图6):(3)(3)、2FSK2FSK调制器的电路调制器的电路: :图图8 8 2FSK调制器的电路调制器的电路 （4 4）2FSK2FSK信号的解调方案信号的解调方案 从前面原理的介绍中，我们知道从前面原理的介绍中，我们知道2FSK调制信调制信号的解调用非相

18、干过零检测法，由图号的解调用非相干过零检测法，由图3可见，必可见，必须有六个单元模块来完成。考虑到须有六个单元模块来完成。考虑到2FSK信号的信号的产生和解调集于同一面包板内，已调信号未经信产生和解调集于同一面包板内，已调信号未经信道传输，没有畸变、没有信道的干扰，因而采用道传输，没有畸变、没有信道的干扰，因而采用数字电路完成限幅、微分、整流和脉冲形成四大数字电路完成限幅、微分、整流和脉冲形成四大功能是较简单的，解调器的解调框图如图功能是较简单的，解调器的解调框图如图9所示。所示。图图9 9 2FSK 2FSK信号解调器的组成框图信号解调器的组成框图图图10 10 解调器的电路图解调器的电路图

19、 脉冲形成电路用双脉冲形成电路用双J-K触发器触发器74LS107、二极管、二极管、阻容等元件组成。具体电路如图阻容等元件组成。具体电路如图10 。 该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是：该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是： =1=1或或Q=0。当当CP端有输入信号触发时，输入信号的下降沿使电端有输入信号触发时，输入信号的下降沿使电路状态发生改变路状态发生改变: :Q=1，=0=0。这时。这时J-K触发器清零端的电压触发器清零端的电压VRD将降低，当降至将降低，当降至1.4V左右时，触发器清零，电路又回到左右时，触发器清零，电路又回到稳定状态，此时，二极管导通，电容稳定状态，此时，二极管导通，电容C经二极管正向电阻经二极管正向电阻rD 反向充电，因为反向充电的时常数反向充电，因为反向充电的时常数充充= rD C较小，因而触发较小，因而触发器清零端的电压会很快上升至高电位上，保证器清零端的电压会很快上升至高电位上，保证Q端维持低电端维持低电平。显然