通信原理 移频键控FSK调制与解调系统实验报告

移频键控FSK调制与解调系统设计实验

一．实验目的

1．加深对数字调制中移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。

2．学会综合地、系统地应用已学到的知识，对移频键控FSK调制与解调系统电路的设计与仿真方法，提高独立分析问题与解决问题的能力。

二．实验任务与要求

构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求是：

主载波频率：11800HZ

载波1频率：2950HZ（四分频）

载波2频率：1475HZ（八分频）

数字基带信号NRZ：7位M序列，传输速率约为400波特。（32分频）

FSK调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路(或集成模拟开关)与采用集成模拟乘法器，利用键控法实现。

FSK解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现。

传输信道不考虑噪声干扰，采用直接传输。

整个系统用EWB软件仿真完成。

三、2FSK 调制与解调系统原理与电路组成

数字频移键控是用载波的频率的变化来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类。直接调频法和移频键控法。注意到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的，因此有相位连续的FSK 及相位不连续的FSK之分。并分别记作CPFSK及DPFSK。

根据实验任务的要求,本次设计实验采用的是相位连续的FSK调制器与非相干解调器,其电路结构如图1-1所示.：

图1-1 2FSK调制与解调系统电路原理图

1）2FSK 调制系统设计

本次综合设计实验的调制系统主要由主载波振荡器、分频器、Ｍ序列发生器、调制器、相加器构成。其调制电路的组成框图如图1-2所示

由图可以看出，当信码为“１”时，

分频链作４分频，即输出频率 图1-2 FSK 调制器电路组成框图

为2950Hz 载波，信码为“０”时，分频链作８分频，输出频率为1475Hz 载波。如此一来，多谐振荡器输出的载波，通过不同次数的分频，就得到了两种不同频率的输出，经相加器后，从而在输出端得到不同频率的已调信号，即FSK 信号，完成了数字基带信号转换为数字频带信号的过程。

①主载波振荡器电路设计

主要提供2FSK 的载波和信码的定时信号，本设计使用集成电路（555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz 载波，其电路如图1-3。。

已知由（555）构成多谐振荡器的振荡频率为：

则R1=3.6K

R2=4.7K （可调） 图1-3 555 定时器接成的多谐振荡器 C=0.033uf

②分频器电路设计

将主载波按设计要求，用D 触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和Ｍ序列所需的时钟信号，因一级D 触发器可实现二分频（选用74LS74双D3片），所以2FSK 系统所需的四、八及32分频器电路如图1-4所示：

图1-4 分频器电路

③Ｍ序列发生器电路设计

实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试的方便，一般都用M 序列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。本次设计采用三级线性移位寄存器（选用74LS74双D2片），形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列，码率约为400bit/s ，如图1-5所示：

输出的信码为：

1110010

C

R R T f )2(1121+=

=

图1-5 M 序列发生器电路图

④调制器电路设计

本次设计的2FSK 调制器采用集成模拟电子开关实现，实际电路如图1-6。

图1-6

2）2FSK 解调系统

本次综合设计实验的解调系统采用分离滤波法中的非相干检测法。 对于非相干检测法，其系统电路构成如图1-7所示。

图1-7 2FSK 非相干解调电路原理图

①高通滤波器

采用RC 无源电路，构成三阶高通滤波器。已知2FSK 的中心频率：2

21f f f +=,且

滤波器的通带频率：RC

f H κ21

=，所以有：fR C 1

=

fC R 1

=。

则有C1=C2=C3=0.6uf R1=R2=R3=50Ώ

②低通滤波器

低通滤波器选用一般RC 滤波器电路，因信码速率为400波特，其电路元件参数： R=1k

C=1uF

③电压比较器

电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，目的是防止干扰，参考电压设定为0.22V。

3）2FSK调制与解调系统总电路原理图

根据以上各单元电路的设计，得总电路如图1-8所示。

图1-8 2FSK调制与解调电路原理图

四、2FSK 调制与解调系统实验数据

1．FSK调制器（发送单元）的实验数据测量

①多谐振荡器输出的载波信号

②四分频器输出信号与波形变换输出信号

③八分频器输出信号与波形变换输出信号

④32分频器输出信号

⑤M序列输出信号（1110010）

⑥FSK调制输出信号的检测

“全1”码，调制器的输出信号波形(f=2950HZ)

“全0”码，调制器的输出信号波形(f=1475HZ)

M序列调制器的输出信号波形(2FSK)

2．FSK解调器（接收部分）的实验数据测量

①2FS输入信号与高通滤波器输出波形。

②高通滤波器输入信号与检波器、低通输出信号波形检测。

③M序列数据与电压比较器解调输出信号波形

五、元件清单

序号元器件名称型号规格数量备注

1 555定时器7555 1 构成多谐振荡器

2 模拟电子开关4066 1 用于调制电路

3 双D触发器74LS7

4 4 构成序列发生器和分

频器

4 4二输入异或门74ls86 1

5 可调电感0.9mH/50% 2

6 二极管DIODE 2

7 双运算放大器LM358 2

8 2三输入与非门74ls10 1

9 4二输入或门74ls32 1

10 变阻器 4.7kΩ/1% 1

11 电阻50mΩ 3 400Ω 1 10kΩ 2 3.5kΩ 1

12 电容0.01μF 1 0.033μF 1 0.6μF 4 1μF 2 10μF 2

六、实验体会与建议

通过这次实验，我学习了解了FSK调制与解调系统的结构与特性，加深了对课本理论知识的理解。同时熟悉了EWB仿真软件的相关操作，提高了动手能力。