2FSK调制及解调器的设计与实现

1、2FSK调制及解调器的设计与实现学号：01085064姓名：梁东进2FSK调制与解调一、 设计目的1. 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；2.掌握2FSK的调制与解调的实现方法；3.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；4.加深理解2FSK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。二、设计内容1. 根据2FSK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3db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；3. 用硬件电路或软件模拟实现设计方案。4. 着眼

2、于时间、频率、频谱、频带，观察2FSK信号。在时域，观察单元电路各点的波形、眼图、误码；在频域，观察已调信号、调制信号的频谱，测算传输带宽；测量两个载频频率； 5. 根据实验记录的波形和数据，分析2FSK调制解调过程和性能。三、2FSK信号调制解调原理在实际信道中，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带通传输特性的信道中传输，必须用数字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

3、如图1所示。图1（a）是采用数字键控的实现方法，图1（b）是方波2FSK信号的时间波形。图1 （a）2FSK调制框图（1）式在图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：式中，A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)1=2f1，2=2f2，1和2是两个载频的初始相角；m1(t) 和 m2(t)是周期开关函数，定义为：且m1(t)和m2(t)满足下列关系式：图1（b）2FSK调制波形二进制移频键控信号的解调可采用

4、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。本方案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，整个解调过程的时间波形如图4所示。图3过零检测图4过零检测法的时间波形四、2FSK调制解调的电路1、振荡信号及时钟信号的产生用反相器74LS04D和电阻电容产生16K方波信号，调节电位计，可以得到16KHz方波电路图如下所得信号如下对此16KHz信号进行二分频得到8KHz信号，再二分频得到4KHz信号，再四分频的1KHz的时钟信号，如下图2、基带信号

5、m序列的实现实现电路如上图所示，首先根据,确定n=3,经查表知反馈函数为（即74LS194的），为了使电路具有自启动特性，在反馈方程中加全0校正项，即，实现电路如下图所。clr信号由复位电路产生。3、选通开关选通开关选用CD4051，CD4051是八通道模拟开关，选通电路如下当m序列为0，选通4KHz，当m序列为1，选通8KHz；输出端输出的就是2FSK信号。4、限幅电路采用二极管限幅电路，电路图如右图，两个二极管采用锗管，压降约为0.3V，两个0.7V的参考电压用电阻分压加射随电路构成。5、 微分电路微分电路采用简单RC微分电路，为保证微分效果，取较小的电阻电容，微分结果是输入方波峰峰值的两

6、倍，故采用电阻分压，使输入输出信号幅度保持一致。微分电路的微分效果如右图所示6、 全波整流电路采用经典的全波整流电路，增益为1，整流效果稳定，电路图如下如所示，7、 脉冲成形电路8、低通滤波器为了获得良好的幅频特性，相加器输出端所接的低通滤波器的带外衰减应很快，达40dB/十倍频程。采用二阶巴特沃斯滤波器，电路图如下由截止频率公式，知截止频率为该滤波器的幅频特性曲线如下图，1KHz的增益为-2.945dB，符合要求。五、用Systemview进行系统仿真1、载波为方波，非相干解调Systemview系统仿真的仿真图如下其中token0、token1、token2、token3构成调制部分，to

7、ken0为伪随机序列，控制token3，幅度为1V。token1为4KHz方波，token2为8KHz方波，token3为选通开关。token0为1时8KHz方波选通；为0时，4KHz方波选通。实现了2FSK调制，波形图如下2FSK调制序列Token8、9、11、13、14分别对应过零检测解调原理框图各个部分，微分后的波形为全波整流波形脉冲成形波形PN序列和解调出来的结果从图中可以看出结果和PN序列是一致的。无噪声时眼图（token15）： 眼图中可以看出，无噪声时信号很好，眼图较理想。抗噪声曲线与2FSK非相干解调理想曲线：从图中可以看出仿真曲线与理想曲线的趋势是一致的，但是和理想曲线是有一

8、定差距的，差距的原因是各个模块的参数设定没能达到很好的协调，这方面还需努力！2、载波为正弦波，相干解调Systemview系统仿真的仿真图如下Token0、1、2、3构成调制部分，token8、9、10、11、12、13、14构成解调部分。Token1为4KHz正弦波，幅度为1V，token2为8KHz正弦波，幅度为1V。仿真波形如下调制波形与解调结果（无噪声）无噪声时的眼图（token27）：从图中可以看出，无噪声时眼睛张开较大，最大信号失真量较小，噪声容限较小，也就是抗噪声性能较差。抗噪声曲线与2FSK相干解调理想曲线从图上可以看出，仿真结果和理想曲线还是有差距的，原因是和各个模块的参数设置不够协调。六、总结通过这次课程设计，我有很多收获.首先,这次课程设计用到软件有Sytemview，multisim，Altium Designer等，对2FSK的知识也做出了要求。其次，我新学到了很多东西，基本学会使用Systemview这个仿真软件。最后，感谢老师和同学的帮助，克服了一些困难，但我也明白了合作的力量。当然从课程设计中还发现了自己理论能力不扎实，以后要多的理论联系实际。参考文献:1张辉，曹丽娜.现代通信原理与技术.2版.西安：西安电