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通信原理移频键控FSK调制与解调实验.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.39M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    重 庆 交 通 大 学 学生实验报告 实验课程名称 通信原理 B 开课实验室 语音楼 106 学 院 信息科学与工程学院 年级 2016 专 业 班 物联网工程 2 班 学 生 姓 名 **** 学 号 ************ 开 课 时 间 2018 至 2019 学年第 1 学期 总 成 绩 教师签名
    实验项目名称 移频键控 FSK 调制与解调实验 姓名 ******** 学号 ********* 实验日期 2018/11/21 教师评阅： 1、实验目的明确 A□B□C□D□； 2、操作步骤正确 A□B□C□D□； 3、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）符合要求 A□B□C□D□； 4、实验结果及分析总结全面 A□B□C□D□； 签名： 年 月 日 实验成绩： 一、实验目的 1、 掌握用键控法产生 FSK 信号的方法。 2、 掌握 FSK 过零检测解调的原理。 二、实验主要内容及原理 实验内容： 1、 观察 FSK 调制信号波形。 2、 观察 FSK 解调信号波形。 3、 观察 FSK 过零检测解调器各点波形。 实验原理： 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的，被调载波的频率随二进制序列 0、1 状态而变化，即 载频为 0f 时代表传 0，载频为 1f 时代表传 1。显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以 0f 和 1f 为载频、以 na 和 na 为被传二进制序列的两种 2ASK 信号的合成。2FSK 信号的典型时域波形如图 10-1 所示，其一般时域数学表达式为
    ar2 1 0 1 1 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts S2FSK(t) A 0 -A t t 图 10-1 2FSK 信号的典型时域波形 S 2 FSK )( t      n ( tga n  nT s )    cos  0 t      n ( tga n  nT s )    cos  1 t （10-1） 式中， 2 f  0 0 ， 2 f  1 1 ， na 是 na 的反码，即 an  0   1  P 概率为 1 概率为 － P an  1   0  概率为 P 1 － 概率为 P 因为 2FSK 属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为 h  f 1  Tf 0 s  f 1  f /0 R s （10-2） 显然，h 与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已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 B 2 FSK  f 1  f 0  2 R s （Hz） （10-3） 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  或 1 1  ）时刻，2FSK 信号的相位通常 0 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 10-2 所示：
    理框图 图 10-2 2FSK 调制原 由图可知，从“FSK-NRZ”输入的基带信号分成两路，1 路经 U5（LM339）反相后接至 U4B（4066）的控制端， 另 1 路直接接至 U4A（4066）的控制端。从“FSK 载波 A”和“FSK 载波 B”输入的载波信号分别接至 U4A 和 U4B 的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关 U4A 打开，U4B 关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A 关闭，U405B 打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到 FSK 调制信号。 2FSK 解调原理 带通 滤波器 包络 检波器 调制信号输入 位同步信号 解调信号输出 抽样 判决器 带通 滤波器 包络 检波器 （a）非相干方式 cosω2t (a) 相乘器 带通 滤波器 调制信号输入 低通 滤波器 位同步信号 解调信号输出 抽样 判决器 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 cosω1t (b) （b）相干方式
    调制信号输入 整形1 单稳1 单稳2 相加器 低通 滤波器 整形2 抽样 判决 解调信号输出 位同步信号 （c）过零检测法 图 10-3 2FSK 解调原理框图 FSK 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 10-3 所示。 这里采用的是过零检测法对 FSK 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 FSK 信号进行解调的原理 框图如图 10-3（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“FSKIN”输入。U6（LM339）的判决电压设置在 2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形 1 将 FSK 信号变为 TTL 电平；整形 2 和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过电位器 W2 进行调节。单稳 1（74LS123）和单稳 2（74LS123）分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器 U7（74LS32）一起共同 对 TTL 电平的 FSK 信号进行微分、整流处理。电阻 R30 与 R31 决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。抽样判决 器的时钟信号就是 FSK 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。
    1、 信号源模块 2、 ③号模块 3、 ④号模块 4、 ⑦号模块 5、 20M 双踪示波器 6、连接线 三、实验器材 四、实验步骤 （一）FSK 调制实验 一块 一块 一块 一块 一台 若干 1、 将信号源模块和模块 3、4、7 固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。 2、 按照下表进行实验连线： 源端口 目的端口 连线说明 信号源：PN（8K） 模块 3：FSK-NRZ S4 拨为“1100”，PN 是 8K 伪随机码 信号源：128K 同步正弦波 模块 3：载波 A 提供 FSK 调制 A 路载波，幅度为 4V 信号源：64K 同步正弦波 模块 3：载波 B 提供 FSK 调制 B 路载波，幅度为 3V * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源 3、 将模块 3 上拨码开关 S1 都拨上。以信号输入点“FSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点 “FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。 4、 单独将 S1 拨为“01”或“10”，在“FSK-OUT”处观测单独载波调制波形。 5、 通过信号源模块上的拨码开关 S4 改变 PN 码频率后送出，重复上述实验。 6、 实验结束关闭电源。 （二）FSK 解调实验 1、 接着上面 FSK 调制实验继续连线： 源端口 目的端口 连线说明 模块 3：FSK-OUT 模块 4：FSKIN FSK 解调输入 模块 4：FSK-DOUT 模块 7：DIN 锁相环法位同步提取信号输入 模块 7：BS 模块 4：FSK-BS 提取的位同步信号 * 检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源 2、 将模块 7 上的拨码开关 S2 拨为“1000”，观察模块 4 上信号输出点“FSK-DOUT”处的波形，并调节模块 4
    上的电位器 W5（顺时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的 PN 码。 3、 用示波器双踪分别观察模块 3 上的“FSK-NRZ”和模块四上的“OUT2”处的波形，将“OUT2”处 FSK 解调 信号与信号源产生的 PN 码进行比较。 4、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。 五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等) 用双踪示波器同时观察点“FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。 1、 单独将 S1 拨为“01”或“10”，在“FSK-OUT”处观测单独载波调制波形。
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