频移键控调制与解调实验报告

预习报告成绩： 指导教师审核（签名）： 2012年 5 月 30 日

预习报告

一、 实验目的

1. 掌握用键控法产生2FSK 信号的原理及实现方法。

2. 掌握2FSK 过零检测解调的原理。

二、 实验内容

1． 观察2FSK 信号波形。

2． 观察2FSK 过零检测解调器各点信号波形。 3． 观察2FSK 解调信号波形。

三、 实验器材

1． 信号源模块 2． 数字调制模块 3． 数字解调模块

4． 同步信号提取模块

5． 20M 双踪示波器 一台 6． 频率计（可选） 一台

四、 实验思考题

1． 分析2FSK 的调制和解调原理。

2． 改变74HC123的哪些外围元件参数对FSK 解调正确输出有影响?

3． 用过零检测法进行FSK 解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生了延迟?

五、 实验原理

1．2FSK 调制原理。

2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f 0时代表传0，载频为f 1时代表传1。显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以f 0和f 1为载频的两种2ASK 信号的合成，其一般时域数学表达式为

t w nT t g a t w nT t g a t S n s n n s n FSK 102cos )(cos )()(⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑ (5—1)

式中，的反码，即是n n a a f w f w ,2,21100ππ==

⎩⎨

⎧-=⎩⎨

⎧-=P

a P a n n ，概率为，概率为，概率为，概率为1P 1011P

2FSK 信号的典型时域波形如图5-1所示，

因为2FSK 属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为

S s R f

f T f f h /0

101-=-= （5—2）

显然，h 与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对己调波带宽有很大影响。2FSK 信号与2ASK 信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h<1时，2FSK 信号的功率谱与2ASK 的极为相似，呈单峰状：当h>>1时，2FSK 信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为

s FSK R f

f B 20

12+-= (Hz) （5—3）

图5-1 2FSK 信号的典型时域波形

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（0—>1或1—>0）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 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分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图5-2所示：

图5-2 2FSK 调制原理框图

由图可知，从“FSK 基带输入”输入的基带信号分成两路，当基带信号为“1”时，输出第一路载波：当基带信号为“0”时，输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK 调制信号。

2．2FSK 解调原理

2FSK 有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图5-3所示。

图5-3 2FSK解调原理框图

这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对2FSK 信号进行解调的原理框图如图5-3(c)所示。其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在2．5V上。2FSK调制信号从“FSK-IN”输入。判决电压设置在2．5V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形1将2FSK信号变为TTL电平：整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从

同步信号恢复模块引入。

实验报告成绩：指导教师审核（签名）： 2012 年 5 月 30 日

实验报告

六、实验步骤

1．将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步信号提取模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWERl、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。

3．将信号源模块产生的码速率为15．625KHz的NRZ码和32KHz正弦波(幅度为3V 左右)、64KHz 的正弦波(幅度为3V左右)分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK基带输入”、“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”。以信号输入点“FSK基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点"FSK基带输入”和点“FSK调制输出”的波形。

4．将“FSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观察信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码。将该点波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN",再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“FSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。

5．改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。

七、输入、输出点参考说明

1．输入点参考说明

FSK基带输入：FSK基带信号输入点。

FSK载波输入1：FSK第一路载波信号输入点。

FSK载波输入2：FSK第二路载波信号输入点。FSK-IN：FSK调制信号输入点。

FSK-BS：FSK解调位同步信号输入点。

2．输出点参考说明

FSK调制输出：FSK调制信号输出点。单稳输出1：FSK调制信号经单稳(UA04A 74HCl23)的信号输出点。

单稳输出2：FSK调制信号经单稳(UA04B 74HCl23)的信号输出点。

过零检测：FSK解调信号经过零检测后的信号输出点。

FSK-OUT：FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经抽样判决)。

FSK解调输出：FSK解调信号输出点

八、实验数据记录

图TP901

图TP901测得频率为31.95KHZ的方波,占空比为50%,有失真可能是实验箱的问题