设计性实验-2FSK调制、解调

设计性实验2FSK调制.解调实验1.掌握用移频键控法产生2FSK信号的原理及硬件实现方法；2.掌握用过零点检测法解调2FSK信号的原理及硬件实现方法；3.加深对位同步信号提取原理的理解，了解其4.了解锁相环对消除相位抖动的原理及作用o1.2FSK调制(发送)实验。2.2FSK解调(接收)实验。1.20MHZ双踪示波器2.函数信号发生器/计数器3.直流稳压电源4.万用表11111(一)实验原理移频键控，或称数字频率调制，是数字通信中使用较早可用两个不同的载频来传递数字信息，故移频键控常写作2FSK(FrequencyShiftKeying)>建议，传输速率为1200波特以下设备一般采用2FSK。2FSK方法简单、易于实现，解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此，2FSK已成为在模拟网上利用调制解调制器来传输数据端则完成与发端相反的转换。由于2FSK信号的信道中传输的是两个载频 的切换，那么其频谱是否就是这两个载频的线谱呢?或者说信道的频带只是这两个载频之差呢?答案是否定的。设2FSK的两个载频为f1、f2,其中心载频为fo=(fl+f2)/2;又设基带信号的速率(1)相位不连续2FSK频谱由连续谱和离散线谱组成，线谱出现在两个载频位置上((3)由此可见，传输2FSK信号所需的频带Af约为歹=『2-川+2歩本实验为传输25000波特基带信号的2FSK实验，通过改变分频链分频比的方式来实现移频键控。收端采用过零检测法恢复基带信号，并从恢复的基带信号中直*—df意图nn/\AA>2FSK发送部分如图5.2所示。图中包括方波源(晶振)、调制器、M序列发生调由带2FSK调图5.22FSK发送(调制)部分a.方波源方波源由4MHZ晶振产生，经4分频产生1MHZ方波，再经10分频，产生100KHZ,8分频产生125KHZ调制载波。M序列发生器由四级移位寄存器组成，形成长度为2-1=15的伪随机序列，充当信码。其信码定时信号是方波源输出的信号经40分频后得到。速率为25Kb/so2FSK调制器为全数字可变分频比的分频链。其逻辑图如图5.3所示。□□□M序列输入图5.32FSK调制器从图5.3可以看出，信码为"1"时，分频链作10分频，输出频率为100KHZ信号；信码为"0"时，分频链作8分频，输出频率为125KHZ信号。由于这时输出的为对称方波，所含频率分量较丰富，即要占据较宽的信道频带，为节省频带，在送入信道前，只取基频分量就可以了，所以在调制器后接有一带通滤波器，中心频率为112.5KHZ。这样，在发送部分的输出端，就得到相对于和"0"码的100KHZ和125KHZ的正弦波。但是，如果带通的中心频率发生偏移或带通的通带特性不平坦，都会给输出的2FSK信号带来寄生调幅，应尽量使之减小。2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1"来对应于载频fl,而"0”用来对应于另一相载频W2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源\vl、f2进行选择通。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图：相加相加1进制信息输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制fl=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出fl=32KHz,当基带信号为"0"时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz,于是可在输出端得到FSK已调信号。viL_ 12V~R8J,>震荡电路22kQ>震荡电路 心心47|jFTF<Mo R822kQR4VA51.5QA51nFBunnV4R21v22k0um)0015(AAecOC31?:₆C5-IH2NZ21SA0V5V547uFV2331005R7R622lauu10μFVo# U1图3.1模拟开关电路4066芯片六、2FSK的解调：数字频率调制的解调方法一般有三种：鉴频法、过零检测法和差分检波法。本实验采用过零检测法。2FSK接收(解调)部分方框图如图5.4所示，其中包括过零检测、位同步提取、抽样判决(码再生)等。3J微分整流低通位剧步雄取实验过零通K32工锁相环微分整流整过形一零测低通1匝圉与列揀时问迪择实抵图5.42FSK接收(解调)部分方框图图5.5是用过零检测法解调基带信号时各点的波形图。mim_n_nj叩叩叩叩叩叩叩叩叩叩」图5.5过零检测法解调基带信号时各点的波形图2FSK输入信号经限幅后产生矩形波序列2.1,经微分、整流后形成与频率变化相应的脉冲序列2.2,这个序列就代表着调频波的过零点。将其变换成具有一定宽度的矩形波2.3,并经低通滤波器滤除高次谐波，便得到对于原数字信号的基带信号在数据传输设备的接收端，位同步为码的再生所必需，而在数字通信中，常常是不发送导频或位同步信号的，这就必须直接从数字信号中提取位同步。本实验就采用这种直接从数字信号中滤波提取位同步的方法，其原理如图5.6所示。华图5.6滤波法提取位同步信号我们知道，一个不归零的随机二进序列，不能直接从该序列中滤出位同步信号，但是，若对该信号进行某种变换，例如变成归零脉冲后，则该序列中就有=的位同步信号分量，经一窄带滤器，就可滤出此信号分量，再将它经相位调整(移相器或延迟)就形成位同步脉冲。C、抽样判决(码再生)从过零检测低通滤波器输出的信号，必须进行抽样判决(码再生)才能恢复出和发端相同的非归零信码。抽样判决(码再生)电路用一比较器对解调获得的基带信号进行零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样定位，如图5.7所示。所不同的是，这种码元定时是由位同步提供的。这样，解调、同步和码再生就组成了一个较完整的数字通信接收系0解调信号比较器DQ位同步入图5.7码再生电路[a).有源低通滤波器本实验用4阶切比雪夫有源低通滤波器检测2FSK的基带信号，实验电路如图b).有源带通滤波器有源滤波器由RC滤波器与有源运放组成，选用具有带通特性的RC滤波器与有源运放就可以组成有源带通滤波器，实验电路如图5·9所示。具有带通特性的RC网络有RC并联网络、单T网络和双T网络，其中双T网络的特佳最好，因为其Q很高，可以组成通常很窄的带通滤波器，但它有一缺点，在0=血。点附近，相应有-90°到+90°的突变，这对我们是不利的，即要求频率及元器件都要非常稳定，否则，滤波为此，在本实验中，我们选用单T网络作为滤波网络。X1VSSVSS图5.9有源带通滤器单T网络的选频特性与n有关，n越大，特性越好，故本实验选n=100。RC的选由于单T网络频带不够窄，提取的位同步会有较大的抖动。必须经锁相环窄带以CD4046为基本形式的CMOS集成锁相环路在工程中应用非常广泛。其主要优点是功耗少，在lnw以下，但工作频率偏低。通常在1MHZ左右，随着集成工艺HEF4046B锁相环路由线性压控振荡器(VCO),两个鉴相器以及一个射随器组成。电路如图5.10所示。信号入142PD13416975VSSRSF射随HEF4046B所需要的外部电路很少，应用很简单。R3,C3是环路滤波器，陰是射随器的负载，当电源电压10V以下时，可用10KQ以上。当电源电压达15v时，应选择大于50KQ。RC决定振荡器最低频率fCR\=s时工作频率，&与出的比值决定了振荡器fmax与jmin之比oFSK