11-通信原理 FSK 调制系统 实验指导书

实验、二进制频移键控技术（2FSK ）实验（二）
——2FSK 调制系统设计与仿真
一、 实验目的
1. 通过实验深入理解、掌握二进制频移键控技术（2FSK ）的调制原理。

2. 掌握（2FSK ）调制系统模型的构建技术。

3. 掌握（2FSK ）调制技术的设计与实现方法。

4. 深入理解、掌握二进制频移键控（2FSK ）调制系统各模块间参数的设置及相互间的关联与影响。

5. 能够按不同用户的技术指标需求，进行（2FSK ）调制系统的设计。

6. 掌握（2FSK ）调制系统的测试方法。

7. 掌握对（2FSK ）调制系统的相关参数、信号波形及频谱进行分析的方法。

二、 实验仪器（软/硬件环境及所需元器件模块）
1. PC 机一台
2. 安捷伦科技EESof 软件ADS ：AdvancedDesignSystem –2005A
3. 计算机操作系统：Win2000,WinXP,HPUnix11.0,SunUnix5.8等
4. 元器件模块：
（1） Sinusoid 正弦波信号发生器（Sinusoidsignalgenerator ）；
（2） Data 数字序列信号发生器（Datagenerator ）；
（3） 信号类型转换器（SignalConverters ）：
TimedToFloat 信号类型转换器、FloatToTimed 信号类型转换器；
（4） TimedSink 信号收集器（TimedDataCollector ）；
（5） SpectrumAnalyzer 频谱分析仪（Spectrumanalyzer ）；
（6） DF 数据流控制器(DataFlowController)；
（7） Mpy2乘法器（2-InputMultiplier ）；
（8） VAR 变量和方程式模块(器件)
（VariablesandEquationsComponent ）。

三、 实验原理
2FSK 是用两个不同频率的载波来传送二进制数字信号的。

2FSK 有两种形式
（1）相位连续的2FSK ，（2）相位不连续的2FSK 。

相位不连续的频移键控信号，更具有普遍性。

在2FSK 中，载波频率随着调制信号“1”或“0”而变，“1”对应于载波频率f1，“0”对应载波频率f2，或反之。

因此，2FSK 已调信号的时域表达式为： ()()()()()∑∑+-++-=k b k k b k FSK t kT t g a t kT t g a t S 22
11cos cos ϕωϕω(6.2-7)
式中112f πω=，222f πω=；k a 是k a 的反码，即若k a =1，则k a =0或反之。

g(t)为单个矩形脉冲,Tb 为脉冲的宽度；1ϕ、2ϕ分别是第k a 个码元信号的初相位。

一般来说，当1ω与2ω频率变换时刻，其相位是不连续的。

1．二进制移频键控信号的产生
2FSK 信号的产生，可以采用模拟调频法来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。

图6-6是数字键控法产生2FSK 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(t)控制。

由图6-6可知，s(t)为“1”时，正脉冲使门电路1接通，门2断开，输出频率为f1；数字信号为“0”时，门1断开，门2接通，输出频率为f2。

在一个码元Tb 期间输出ω1或ω2两个载波之
一。

因为两个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，电路简单，得到广泛应用。

图6-6数字键控法实现2FSK 信号的原理图
对应图6-6（a ）和(b)2FSK 调制器各点的时间波形如图6-7所示，图中波形g 可以看成是两个不同频率载波的2ASK 信号波形e 和波形f 的叠加，时域表达式为(6.2-7)式。

图6-72FSK调制器各点的时间波形
可见，2FSK信号由两个2ASK信号相加构成。

四、实验内容
1.设计一个（2FSK）调制系统。

采用乘法器的方法产2FSK信号。

2.应用ADS软件：AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的（2FSK）
调制系统模型。

3.应用ADS软件：AdvancedDesignSystem–2005A对所设计的（2FSK）
调制系统进行测试及分析。

(1).记录各点的测试数据。

(2).测试、观察、画出（2FSK）调制系统各关键点的时域波形，并对其
进行比较、分析。

1.(3).测试、观察、画出（2FSK）调制系统的基带信号和已调信号的频域波形，
并对其进行比较、分析。

2.实验步骤
3.应用ADS软件：AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的（2FSK）
调制系统。

要求采用乘法器的方法产2FSK信号。

（1）开始运行ADS：
执行“程序->AdvancedDesignSystem2005A->RFDesigner”，
（2）新建一个工程文件：
（3）创建项目文件：
在原理图窗口中，执行“File-〉NewDesign…”并命名为：“学生姓名”，如图（图2.6）。

在“TypeofNetwork”中，选中“DigitalSigalProcessingNetwork”，其
它的不变点击OK。

2.构建（2FSK）调制系统模型及参数设置
(1).寻找元器件
（2）配置系统模型中各模块及参数设置
(a).需要的元器件有：正弦波发生器，DATA信号发生器，信号类型转换器，信号收集器，DF数据流控制器，乘法器，加法器，限幅器,VAR变量和方程式器件。

(b).按照寻找元器件的第二种方法搭建，
正弦波发生器“元件名”为Sinusoid。

双击如图（图2.8）中的正弦函数，出现如图（图2.9）并按图进行参数修改。

TSemp=Tsemp，Vpeak=1.0V，Frequency=1MHz，Phase=0.0，DecayRatio=0，Delay=0.0sec，DurationTime=1usec，Repetitionlnterval=1usec。

其中Tsemp是变量，会在VAR变量和方程式器件中赋值。

当有不明白的地方时可以点击如图（图2.9）右下角的help帮助进行了解。

当“Displayparameteronschematic”前面打对勾时
证明需要显示。

图2.9
DATA信号发生器“元件名”为Data；并按如图（图 2.10）进行参数修改。

Rout=50.0m0hm，RTemp=-273.15，TSemp=Tsemp，BitTime=BitTime，SequencePattern=8，Repeat=Yes。

其中Tsemp、BitTime是变量，会在VAR变量和方程式器件中赋值。

图2.10
信号
类型转换器（1.黑色箭头表示时系数，2.蓝色箭头表示
浮点数）“元件名”为TimedToFloat用两个，
FloatToTimed用一个，注意蓝的要和蓝的箭头接，黑的
要和黑色箭头接，颜色一定要一致。

信号类型转换器
TimedToFloat的作用是把模拟信号变为数字信号如图
（图2.11），FloatToTimed是反过来。

信号类型转换器不需要修改参数。

图2.11
信号收集器“元件名”为TimedSink用
三个，如图（图2.12）。

“元件名”为SpectrumAnalyzer用一个。

如图（图2.12）。

图2.12
加法器，“元件名”为Add2，这是一个数
字加法器。

如图（图2.13）
图2.13
DF数据流控制器“元件名”为DF，并按如图（图 2.13）进行参数设置。

DefaultNumericStart=0，DefaultNumericStop=100，DefaultTimeStart=0usec，DefaultTimeStop=100usec。

并在“display”窗口中在这四项打上对勾，OK进行显示。

图2.13
乘法器“元件名”为Mpy2，这是一个数字乘法器。

如图（图2.14）
图2.14
VAR变量和方程式器件“元件名”为VAR，并按如图（图2.15）进行参数修改。

Tstep=0.1usec，BitTime=10usec。

图
2.15
限
幅器“元件名”为Limiter如图（图2.16），并按
如图（图2.17）进行参数设置。

Nlimit=-0.0001V，
Plimit=1V，Gain=1。

（图2.16）
图2.17
（3）构建系统连接图
点击图标把找到的元器件进行连接，连接方式如图（图2.18）,保存即可。

图2.18
3．运行仿真程序并分析仿真结果：
在原理图窗口中，单击Simulate运行程序，运行完后，单击出现
显示窗口，点击并拉出图框，在“PlotType”窗口中，加入T3（数据流）、T10（下限幅以后的波形）、T20（上限幅以后的波形），进行图形演示如图（图5.11）。

图形加入方法见实验一。

图5.11
T22（上限幅与频率1相乘以后的波形）、T23（下限幅与频率2相乘以后的波形）、T21（输出波形）如图（图5.12）
图5.12
结果比较：T3（数据流）、T12（上面的余弦波形）、T13（下面的余弦波形）T21（输出波形）
在原理图窗口中，单击Simulate运行仿真程序，结果正确时，出现如
图（图2.17）结果，单击图标，出现显示窗口，点击并拉
出图框，在“PlotType”窗口如图（图2.18）中，加
入T3（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5
（PSK已调输出波），显示仿真结果图形如图（图2.19）。

点击和图标，进行T3（输入数据流）、T4（本
地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出波）图形
的局部放大显示，如图（图2.20）所示。

图2.17
图2.18
图2.19
图2.20
五、实验报告
1.保存构建的（2FSK）调制系统模型结构图
2.列出模型中各器件所设置的参数
3.保存实验仿真结果波形图。

4.分析、比较（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出
波）图形。

七、注意事项
1.注意设计过程中要适时保存设计结果。

2.注意适时保存设计的仿真结果。

八、思考题
1．若改变系统设置的参数，对仿真结果会产生什么影响？
2．若采用图(b)和(c)数字键控（相位选择）的方法产生2FSK信号，如何构建系统模型及仿真实现。

3．2FSK已调信号经带通滤波器输出后，其频谱将怎样变化？
九、2FSK已调信号经带通滤波器输出后，其频谱变化：
51015202530354045050
-60
-40
-200
-80
20
freq, MHz
d B m (S 2)。