移频键控FSK调制与解调实验

实验二 移频键控FＳＫ调制与解调实验

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。

三、实验器材

1、 信

一块 2、 ③

一块 3、 ④

一块 4、 ⑦

一块

5、 20M双踪示波器 一

台 6、 连

若干

接

号

模

号

模

块

号

模

号

源

模

块

块

块

线

四、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f0时代表传０，载频为f1时代表传1。显然，2ＦSK信号完

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全可以看成两个分别以f0和f1为载频、以an和an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

ar21 0 1 1t0 Ts 2Ts 3Ts 4TsS2FSK(t)A0-At

图10-１ 2ＦSＫ信号的典型时域波形

S2FSK(t)ang(tnTs)cos0tang(tnTs)cos1tnn（10－1)

式中,02f0,12f1,an是an的反码，即

ﻩ

0an11an0概率为P概率为1－P

概率为P概率为1－P因为2FＳＫ属于频率调制,通常可定义其移频键控指数为

hf1f0Tsf1f0/Rs（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

B2FSKf1f02Rs(Hz）

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（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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１0-2所示:

FSK调制电路128K同步正弦波FSK载波A(载波A输入)隔离电路模拟开关1TH7PN(8K)倒相电路（基带信号输入）FSK载波B(载波B输入)隔离电路FSK-NRZ模拟开关2相加器FSK-OUT信号源CPLD64K同步正弦波图1０-２ ２FＳK调制原理框图

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。 2、 2FSK解调原理

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带通滤波器包络检波器调制信号输入位同步信号抽样判决器解调信号输出带通滤波器包络检波器(a)(a)非相干方式

cosω2t带通滤波器相乘器低通滤波器调制信号输入位同步信号抽样判决器解调信号输出带通滤波器相乘器低通滤波器 cosω1t(ｂ）相干方式

(b)单稳1调制信号输入整形1相加器低通滤波器抽样判决解调信号输出整形2单稳2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“F

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ＳKＩＮ”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。

五、测试点说明

1、 输入点参考说明 ＦＳＫ调制模块：

FＳＫ－NRＺ：FSK基带信号输入点。 ＦSK载波Ａ:A路载波输入点。 FSK载波B:B路载波输入点。 ＦSK解调模块：

FＳＫIＮ：FSK调制信号输入点。 FＳK-BS:FＳK解调位同步时钟输入点。 2、 输出点参考说明 FＳK调制模块:

TH7:FSK-NRZ经过反相后信号观测点。 FSＫ－OＵT：FSＫ调制信号输出点。 FSＫ解调模块:

ＴH7：ＦＳＫ调制信号经整形1(Ｕ6 LＭ339)后的波形观测点。 TH8:FSK调制信号经单稳（U10A 74LＳ１2３)的信号观测点。 TＨ9:ＦSK调制信号经单稳（U10B 74ＬS123)的信号观测点。 ＴH10:FSK调制信号经两路单稳后相加信号观测点。 TH1１:FＳK信号经低通滤波器后的输出信号

FSK-DOUT:FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决)。 OUT2:FSK解调信号输出点。

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六、实验步骤

(一）FＳK调制实验

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 信号源:PN(8Ｋ） 目的端口 模块３：FSＫ-NＲZ 信号源:1２８Ｋ同步正弦波 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 模块3:载波Ａ 提供FSK调制Ａ路载波，幅度为4Ｖ 连线说明 S4拨为“1100”,PＮ是 8K伪随机码 * 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 模块３:ＦSK-OUT 模块４：FＳK-DOUT 模块7:BＳ 目的端口 模块4:FSKIN 模块7:DIＮ 模块3：FSK－BS 连线说明 ＦSK解调输入 锁相环法位同步提取信号输入 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，

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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。

七、实验报告要求

1、 分析实验电路的工作原理,叙述其工作过程。

2、 根据实验测试记录,在坐标纸上画出各测量点的波形图,并分析实验现象。 3、 写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。

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