2FSK通信原理实验报告

试验课程名称： 通信原理 试验工程名称实验者同组者

FSK通信系统调制解调综合试验电路设计专业班级

试验成绩组 别试验日期 年 月 日一局部：试验预习报告〔包括试验目的、意义，试验根本原理与方法，主要仪器设备及耗材，试验方案与技术路线等〕一、试验目的通过2FSK通信系统综合设计试验，加强对2FSK调制器与解调器通信技术电路理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算环节。学会对所学根本理论学问的综合运用；进一步提高分析解决实际问题的力气，制造一个动脑动手、独立开展电路试验的时机，熬炼分析、解决通信技术电路问题的本领，真正实现由课本学问向实际力气的转化；通过典型电路的设计与制作，初步体验从事通信产品研发的过程；增加学生的实际力气；把握使用Multisim软件的操作方法。二、设计内容与要求依据2FSK调制器与解调器的组成原理，设计出整个2FSK传输系统的实现方案与电路；技术指标：16KHZ；②f1=8KHZ; f2=4KHZ。 数字基带信号时钟频率fs=1000bit/s；③m序列产生器7位或15位，作为数字基带信号，传输速率f=100bit/s；④调制器承受键控方式；解调器可承受非相干解调〔过零检测〕〔在时间充分的2FSK〕试验要求：要求把握调制系统〔多谐振荡器、分频器、波形变换〔方波-正弦波〕电路、M序列发生器〕与解调系统〔限幅器、微分整流电路、脉冲展宽电路、比较器、抽样判决器以及压控振荡器等单元电路〕设计方法；把握调制、解调的根本原理。通过实际的方案分析进展比较，初步把握简洁有用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术标准，能按综合试验设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确地反映设计和试验成果，能正确的绘制电路图。三、FSK调制与解调系统整体方案设计3.1调制设计方案设信息源发出的是由二进制符号0，1组成的序列，且假定0符号消灭的概率为p，1消灭的概率为1-p，它们彼此独立，那么，2FSK信号便是1符号对应于载频ω1，而0对应于载频ω2〔与ω1不同的另一个载频〕的已调波形，而且ω1、ω2的转变是瞬间就能完成的。简洁想到，2FSK可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进展调频,使其能够输出2个不同频率的码元。2FSK3-12FSK把握简洁有用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术标准，能按综合试验设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确地反映设计和试验成果，能正确的绘制电路图。三、FSK调制与解调系统整体方案设计3.1调制设计方案设信息源发出的是由二进制符号0，1组成的序列，且假定0符号消灭的概率为p，1消灭的概率为1-p，它们彼此独立，那么，2FSK信号便是1符号对应于载频ω1，而0对应于载频ω2〔与ω1不同的另一个载频〕的已调波形，而且ω1、ω2的转变是瞬间就能完成的。简洁想到，2FSK可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进展调频,使其能够输出2个不同频率的码元。2FSK3-12FSK3-12FSK信号的原理图图中两个振荡器的载波输出受输入的二进制基带信号s(t1-1s(t)为“1”时，正脉冲使门电路12断开，输出频率为f1；数字信号为“0”时，门12f2。在一个码元Tbω1ω2频率的振荡器是独立的，故输出的2FSK信号：在码元“0”“1”转换时刻，相邻码元的相位有可能是不连续的。这种方法的特点是转换速率快，波形好，频率稳定度高，电路简洁，得到广泛应用。3-1〔a〕和(b)，2FSK1-2g2ASK信号波形e和波形f2FSK2ASK加构成。其信号的时域表达式：S FSK k

b 1 1 k

b 2 2图3-2 2FSK调制器各点的时间波形本次综合设计试验调制局部正是承受此方法设计的。整个调制系统包括：载波振荡器、分频器、反相器、调制器与加法器等单元电路组成。1.2解调设计方案数字频率键控〔2FSK〕信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过零检测法。过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴穿插的次数来测定信号频率。解调系统组成原理框图如图3-3所示电路：a 限幅 b 微分 c 整流 d脉冲展宽e LPFf 抽样判决g图3-32FSK过零检测解调电路原理框图

位定时输入的FSK信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微分电路得到双向尖脉冲，然后率成正比，即与输入信号成正比。所以经过低通滤波器输出的平均重量的变化反映了输入信号频率的变化，这样把码元“1”与“0”在幅度上区分开来，恢复出数字基带信号。其原理框图及各点波形如图3-4所示。3-4过零检测电路信号波形四、系统中各种单元电路设计以及仿真1、主载波振荡器电路设计与工作原理2FSK调制系统所需的载波和信码定时信号成电路〔555〕构成多谐振荡器。本试验系统要求产生的主载波振荡频率为16KHZ载波，要求输出频率可调。为简化试验电路，本次试验系统选用门电路构成多谐振荡器。该门电路的估算振荡周期是:T2.2RC。4-14-1主载波振荡器电原理图4-1R(R1)C(C1)延时网络，由于RC可无视tpd。接通电源时，C的充放电使“A”点电压发生变化。每当”A”点到达阈值电压VT=1.4VVo电路产生了振荡。并且调整R1可以转变RCRS(R2)起隔离作用，把电CU3c4-24-2主载波信号波形图2、分频器电路设计与工作原理将主载波按设计技术指标要求，一般用D触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f216KHZ8KHZf1；将8KHZ4KHZ信号作f24KHZ1KHZ信号作为fs，为M生器供给编码时钟信号。分频器的实际电路如图4-34~1PR

U2A 10~2PR

U2B

4~1PR

U3A

10~2PR

U3B

1KHZ16KHZCP入

2 1D 1Q5 122D

2Q9 2

1Q5 122D

2Q93 1CLK~1Q6 112CLK~2Q8 3 1CLK~1Q6 112CLK~2Q8~1CLR ~2CLR ~1CLR ~2CLR1 74LS74D

13

1 74LS74D 13 74LS74D8KHZ 4KHZ4-4

4-3分频器电原理图四级伪随机码Q3Q2Q1Q011110111001100010001100001000010100111000110101101011010110111103、mm〔随机特性c〕可重复实现。本次综合设计要求用D触发器构24-1=15位码长的伪随机码序列，1000bit/s。图4-5是试验系统中4级伪随机序列码发生器电原理图。1 1 1 14-544级D4带有两个反响抽头的41，该电路输出的信码序列为：111101011001000。4-64

4-6基带信号波形图2FSK信号的产生通常有两种方式：〔1〕频率选择法；〔2〕载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换〔01或10〕时刻，2FSK2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣重量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们承受的是载波调频法，其调制器电路原4-74-7门电路与电子开关构成的调制器电原理图由图可知，假设用门电路构成调制器，其工作过程是：从“信\IN”输入的基带信号分成两路，1〔74LS00〕反相后接至OOK2〔74LS00〕的把握端，另1路直接接至OOK1端。从“载波f1”和“载波f2”输入的载波信号分别接至OOK1和OOK2的输入端。当基带信号为“1”时，们电路OOK1翻开，OOK20”时，OOK1关闭，OOK22FSK调制信号。波形如4-8图4-8 2FSK信号波形过零检测2FSK信号解调电路设计与工作原理从前面原理的介绍中，我们知道2FSK调制信号的解调假设用非相干过零检测法，由图可2FSK信号未经信道传输，没有畸变、没有信道的干扰，因而承受数字电路完成限幅、微分、整流和脉冲形成四大功能是较简洁的，其参考电路如图4-9所示。电路输出信号波形如图4-10所示。4-9限幅、微分、整流、展宽电路原理图由图可见，该脉冲形成电路用双J-K触发器74LS107、二极管、阻容等元件组成。该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是：=1或Q=0。当CP输入信号的下降沿使电路状态发生转变:Q=1，=0J-KVRD慢降低，当降至1.4V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C经二极管正向电阻rD反向充电，由于反向充电的时常数τ充=rDC较小，因而触发器清Q1.4VτW1C，调整W1转变形成脉冲的宽度W1使脉冲形成电路上下两支脉冲的宽度分别小于T12T1=1/f，保证两路脉冲叠加后不混叠，但也不能使脉宽过窄，由于形成脉冲的宽度将影响低通滤波器输出幅度的幅度。图4-10 限幅、微分、整流、展宽电路输出信号波形低通滤波器电路设计与工作原理为了获得良好的幅频特性，脉冲展宽电路输出端所接的低通滤波器的带外衰减应很快，40dB/十倍频程。试验中要求承受巴特沃斯低通滤波器，其电路如图4-114-12图中所示的低通滤波器为二阶有源低通滤波器。能供给40dB/十倍频程衰减量，由截止频率公式：

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1RRCC12124-114-12电压比较器电路组成与工作原理是将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的四周，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域4-134-14它由通用电压比较器芯片LM311参考电压Vb；当输入信号电压Vi≥Vb输出为1 当输入信号电压Vi≤Vb输出为04-134-14抽样判决器电路组成与工作原理〔由位定时脉冲把握〕对接收滤波器的输出波形进展抽样判决，以恢复