移频键控FSK调制与解调系统设计实验.doc

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移频键控FSK调制与解调系统设计实验

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一．实验目的
数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。通过此综合实验，应达到：
1．进一步加深对数字调制中的移频键控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，提高独立解决问题的能力。
二．实验要求
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：15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Multisim软件仿真完成。
三．实验原理与设计思路
1．实验原理
数字频率调制又称频移键控，记作FSK(FrequencyShiftKeying),二进制频移键控记作2FSK。
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。由于数字消息只有有限个取值，相应地，作为己调的FSK信号的频率也只能有有限个取值。那么，2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2(与f1不同的另一载频)的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现，后者较为方便。
1）FSK调制信号的产生
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。
所谓直接调频法，就是用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，使输出得到不同频率的已调信号。用此方法产生的2FSK信号对应着两个频率的载波，在码元转换时刻，两个载波相位能够保持连续，所以称其为相位连续的CPFSK信号。直接调频法产生的移频键控信号虽易于实现，但由于是同一振荡器产生两个不同频率的信号，在频率变换的过渡点相位是连续的，其频率稳定度较差。而且这种方法产生的FSK信号频移不能太大，否则振荡不稳，甚至停振，因而实际应用范围不广，仅适用于低速传输系统。
频率键控法又称为频率转换法，它是用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。由于产生f1和f2载频是由两个独立的振荡器实现，则输出的2FSK信号的相位是不连续的。这种方法的特点是转换速度快，波形好，频率稳定度高，电路不甚复杂，在实用中可以用一个频率合成器代替两个独立的振荡器,再经分频链，进行不同的分频，也可得到2FSK信号。故得到广泛应用。
图1频率键控调制器
此外，实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控，如图1所示。
由图可见，晶振输出的主载波，通过不同次数的分频(或倍频)器，可得到两种不同频率的载波，其相位也不完全相等。当数字基带信号g(t)为高电位时，与非门1关闭。与非门2打开，输出频率为f2的信号。当g(t)为低电位时与非门1打开，与非门2关闭，输出频率为f1的信号。这样，经过相加器相加后，就可输出2FSK信号。这种方法实现移频键控电路集成化程度高、体积小、可靠性高。
2）数字调频FSK信号的解调
数字调频信号的解调方法很多，可以分为线性鉴频法和分离滤波法两大类。线性鉴频法有模拟鉴频法、过零检测法、差分检测法等，分离滤波法又包括相干检测法、非相干检测法以及动态滤波法等。非相干检测的具体解调电路是包给检测法，相干检测的具体解调电路是同步检波法。下面仅就过零检测法与非相干检测法做以介绍。
（1）过零检测法
单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法又称为零交点法，计数法。其原理方框图及各点波形图见图2。 图2过零检测法方框图及各点波形图
考虑一个相位连续的FSK信号a，经放大限幅得到一个矩形方波b，经微分电路得到双向微分脉冲c,经全波整流得到单向尖脉冲d,单向尖脉冲的密集程度反映了输入信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点的数目。单向脉冲触发一脉冲发生器，产生一串幅度为E宽度为τ的矩形归零脉冲e..脉冲