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2FSK调制解调的仿真设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.23M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、设计基本原理和系统框图 2FSK 系统分调制两部分 （1）调制部分：2FSK 信号的产生方法主要有两种。第一种是用进制基带矩形脉冲信号 去调制一个调频器，如（a）图所示，使其能够输出两个同频的码元。第二种方法是用一个 受基带脉冲控制上网开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如（b）图所示。这 两种方法产生的 2FSK 信号的波形基本相同。只有一点差异，即由调频产生的 2FSK 信号， 在相邻码元之间的相位是连续的，如（c）图所示；而法产生的 2FSK 信号，则分别由两个 独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元得相位不一定是连续的，如（d）图所示。 本次设计用键控法实现 2FSK 信号。 （a）调频法 （b）键控法 （c）相位连续 （d）相位不连续 （2）解调部分：2FSK 信号的接收主要分为相干和非相干两类。本次设计采用非相干法（即 包络解频法），其方框图如下。用两个窄带分路滤波器分别滤出频率为 f1 和 f2 的高频脉冲， 经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决 输出基带数字信号。 FSK 信号包络解调方框图 设频率 f1 代表数字信号 1；f2 代表数字信号 0；则抽样判决器的判决准则： X1-X2>0 X1-X2<0 判决输入为 f1 信号 判决输入为 f2 信号 式中 X1 和 X2 分别抽样判决时刻两个包络检波的输出值，这里的抽样判决器，要比较 X1、、 X2 的大小，或者把差值 X1-X2 与零电平比较。因此，有时称这种比较判决器电平为零电平。 当ＦＳＫ信号为 f1 时，上支路相当于接收“１”码的情况，其输出 X1 为正弦波加窄带 高斯噪声的包络，它服从莱斯分布，而下支路相当于接收“０”码的情况，输出 X2 为窄带 高斯噪声的包络，它服从瑞利分布，如果ＦＳＫ信号为 f2，上、下支路的情况正好相反，此 时上支路输出的瞬间值服从瑞利分布，下支路的瞬间值服从莱斯分布。 无论输出的ＦＳＫ信号是 f1 或 f2，两路输出的判决准则不变，因此可以判决出ＦＳＫ信
    号。 二、各单元道路设计 ２.１２ＦＳＫ调制单元 要ＮＲＺ码经过２FSK 调制成为 2ＦＳＫ信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关 电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。键控法此时的 FSK 信号频率稳定度可以做得 很高并且没有过渡频率，它的转换速度快，波形好。 （1）时钟脉冲产生和分频器 品振模块由品体 4096 和反相器 7474 组成，其输出一个矩形脉冲，矩形脉冲经过分 频器 7474，进行一次分频，把信号送给数字键控开关。一次分频输出信号经过二次分频后， 也送入数字键控开关，这样两个独立的振荡器就设计好了。因为一套通过选择不同频率的高 频振荡信号来实现 FSK 的调制。所以我们采用 2 个 D 触发器 7474 来进行分频。其中，U1A 是进行 2 分频的操作，而将它们的输出信号作为第 2 个 D 触发器的时钟信号，所以 U2A 是 进行 4 分频的操作。 （2）滤波电路和数字键控开关 由于分频器产生的信号存在干扰，必须设计滤波电路，滤去不需要的干扰成分，由芯片 4053 构成数字键控开关，4053 是以个三路二选一模拟开关，通过两路输入信号进行输出选 择，其功能表如下：
    输 入 导 LNH C H Ｌ 通 I0/O0 L H I1/O1 通 道 O/I O/I X 无 H 如果用数字信号（从 4053——ABC 端输入）来键控两个不同的载波频率，即信号的符号是 用二进制的，基带信号是用“0”和“1”电平来表示的。“1”对应于载波频率 f1,"0"对应于 f2。这种称为二进制频移键控（2FSK）。而其 S(t)= Acos(1t+ 1 ) Acos(0t+ 0) 当发送“1”时 当发送“0”时 振幅和初始相位不变，故其表达式为： 式中，A——振幅（ ）是个常数，表明码元的包络是矩形脉冲，W1 和 W0 为两个不同的频 率码元的角频率，其电路图设计如下： 2.2 FSK 解调单元 2FSK 信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零点检测法等，在 这个课程设计我们采用包络检波法。 （a）带通滤波器 此电路通过上、下两个带通滤波器，滤去带外噪声，滤除高次谐波并将校信号放大。 上支路只准许频率为 f1 的高频信号通过，下支路只准许为 f2 的高频信号通过。这里我们用 放大器 741 和电容电阻构成。 （b）包络检波器和抽样判决器 由窄带滤波器输出高频信号通过变容二极管构成的检波器，包络检波器将各自的包络取出 至抽样判决器。抽样判决器在抽样脉冲到达对包络的样值 1 和 2 （上边为 1V1，下边路为 2V2）进行判决，判决准则是当抽样值满足 1>2 判为 f1 频率代表的数字基带信号，即“1”码； 当 1<2 时判为 f2 频率代表的数字基带信号，即“0”码，其电路设计图如下：
    若发送端调制有“1” cos1t"，0"cos2 t 信道噪声 n(t)是高斯白噪声，则信道中传输 cos1t 时 y1(t)为 cos1t 与高斯白噪声 n(t)的混合信号，即 y1(t)=cos1t+n(t)。此信号通过中心频率 f1 的窄 带滤波器，输出 cos1t 和窄带高斯白噪声混合信号；通过中心频率 f2 的窄带滤波器输出时窄 带高斯白噪声，注意上下两路噪声的中心频率不同。上下两路通过各自的包络其进行抽样判 决，若 1>2，判输出“1”，这是正确接收，若噪声使 1<2 时，判决输出“0”这是错误接收。 这样使能得到对应于原数字信号的基带脉冲信号，从而达到解调的目的。 三、系统仿真 本次设计新系统仿真采用 SystemView，它 是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的 可视化开发环境。它可以构造各种复杂的模拟数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线 性、非线性控制系统的设计和仿真。本次设计主要是对系统的发端和收端进行仿真，其 2FSK 调制器的输出端、收端的输入点（即加了噪声后接收到得信号），解调器的输出端等几个地 方进行测试，其仿真电路图及仿真波形分别如下图： （A）系统仿真电路图 （B）NRZ 码元波形
    （C）键控法产生的 2FSK 波形 （D）上路经过包络检波的波形 （E）下路经过包络检波后的波形 （F）信号经解调后的波形 四、总结与体会 两周的课程设计在忙忙碌碌中一晃而过。刚开始，我们头绪不是很清楚，不知道从哪里 入手，但是通过对资料的查阅和同学间的讨论，有了思绪。跑图书馆查资料、确定了基本设 计方案、对所有芯片功能进行查找、调试、上机仿真等。经历了一次次的困惑，却积累了一 定的知识。在整个课程设计中的过程中遇到的问题主要有以下三点：第一，基础知识的不牢 固，主要表现在一些常用的电路的形式和功能不清楚，对书本上的内容理解不够透彻；第二，
    对一些常用的应用软件缺少应用，体现在华电路图和系统仿真的时候，对这些软件操作的不 熟练，浪费了很多时间。第三，相关知识掌握不够全面，缺少系统设计额仿真的经验。 这次课程设计进一步端正了我的学习态度，学会了实事求是，严谨的作风，提高了动 手能力。对自己要严格要求，不能够一知半解要力求明明白白。急于求成是不好的，不仅会 浪费时间还会适得其反。在我看来，懂得少并不可怕，可怕的是不向别人虚心学习。没有人 生下就知道什么，也没有人生下来就很聪明。即使是天才，也要通过后天的努力，才获得成 功的。我觉得动手之前，头脑里必须清楚怎么做，通过我的不懈努力，在这方面我总会得到 提高，这一点我坚信。因为别人能做到的，我也一定能做到。 在此次的课程设计中我最大的体会就是进一步认识到了理论联系实践的重要性。一份耕 耘一分收获。通过一个星期的实习，让我明白科学的思维方法和学习方法是多么重要，只有 这样才能够让自己工作更完美。 总而言之，在此次课程设计让我学到了好多平时在课堂上学不到得东西，增加了我的知 识运用能力，为我走向社会奠定了一个号的基础。 通过Ｓｙｓｔｅｍｖｉｅｗ这个软件的学习，使我对通信原理又有了进一步的认识。在 以往的学习中我多是注重理论知识没注重实践。这是我们学生的悲哀！ 五、参考文献 １、樊昌信编著：通信原理教程，国防工业出版社； ２、罗卫兵、孙桦、张捷编著：ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ动态系统分析及通信系统仿真设 计，西安电子科技大学出版社 ３、鲜继清、张德明主编：现代通信系统，西安电子科技大学出版社 ４、金光浪 编著，通信原理课程设计指导书 ５、康华光主编，电子技术基础模拟部分，高等教育出版社
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