二进制数字调制1
实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的
实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的1、了解二进制移频键控2FSK 信号的产生过程及电路的实现方法。
2、了解非相干解调器过零检测的工作原理及电路的实现方法。
3、了解相干解调器锁相解调法的工作原理及电路的实现方法。
二、实验内容1、了解相位不连续2FSK 信号的频谱特性。
2、了解2FSK（相位不连续）调制，非相干、相干解调电路的组成及工作理。
3、观察2FSK 调制，非相干、相干解调各点波形。
4、改变f1、f2的频率大小，观察不同调制指数下的调制解调效果。
（选作）5、利用实验模块的电路，设计出其它解调方法，并自行验证。
（选作）三、预习要求1)画出实验电路中2FSK调制器采用的原理框图；2)根据实验指导书的相关资料，说明本实验2FSK调制的载波频率分别是多少？用什么方法产生的？3)本实验2FSK载波是方波还是正弦波？如何实现的？4)用什么方法可以将方波变成正弦波？5)FSK调制器可以用哪两种基本方法实现？本实验用的是哪一种？6)用什么方法实现的FSK信号的相位是连续的？7)实验中，信息的码速率是多少？可以用什么方法测量？8)可以用什么方法来测量2FSK的两个载波频率？9)当用“10101010………”不断重复的信息码进行FSK调制，用计数法测量FSK调制输出信号的频率，测量得到的频率可能是多少？为什么？10)本实验中，2FSK 信号带宽是多少？如何计算的？公式中的各个量代表什么？11)本实验中，2FSK 信号的频谱会是单峰还是双峰？为什么？12)用示波器同时观测FSK调制器的输入数据、FSK调制器输出的已调信号，要能稳定的观测应该用这两个信号中的哪一个作为示波器的触发信号？13)画出2FSK过零检测解调的原理框图；14)实验中，FSK过零检测解调方案采用数字电路如何实现；15)脉冲的宽度相同，有些时刻的脉冲密一些，有些时刻的脉冲少一些，可以用什么具体的方法区分出每一个单位时刻内脉冲是多还是少？16)测试接收端的各点波形，需要与什么波形对比，才能比较好的进行观测？示波器的触发源该选哪一种信号？为什么？17)采用过零检测解调的方法时，将f1和f2倍频的电路是如何设计的？18)采用过零检测解调的方法时，解调电路中哪一点的波形是f1和f2的倍频？19)2FSK 信号经过整形变成方波2FSK 信号，频谱有什么变化？为什么？20)解调时将f1和f2倍频有何好处？如何通过仪器测量来说明？21)2FSK 信号解调时将f1和f2倍频之后，频谱有什么变化？为什么？22)解调电路各点信号的时延是怎么产生的？23)解调出的信码和调制器的绝对码之间的时延是怎么产生的？24)解调的信号为什么要进行再生？25)理论上，能否实现出一个没有时延的解调器？为什么？26)解调的信号是如何实现再生的？27)再生过程中，是什么环节会对解调的输出造成延时？为什么？28)画出2FSK 锁相PLL 解调的原理框图；29)PLL 解调2FSK 信号的原理是什么？30)为什么2FSK 锁相解调可以实现相干解调？31)要实现2FSK 锁相解调，锁相环需要工作在什么跟踪方式？为什么？32)解调电路中T31（放大出）没有信号输出，可能的原因有哪些？33)T19（2FSK 过零检测出）信号异常，如何判断故障点在哪？34)解调输出信号与发送端的数据信号对比，为什么会有延时，是哪些原理造成的？四、实验原理二进制频率调制（2FSK ）是数据通信中使用较早的一种通信方式。
2psk
2PSK分析1 一般原理与实现方法数字相位调制又称相移键控，记作PSK (Phase Shift Keying)。
二进制相移键控记作2PSK。
它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。
在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控（2PSK）信号。
绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。
二进制相移键控中，通常用相位0和π来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为（1）这里，s(t)与2ASK及2FSK时不同，为双极性数字基带信号，即（2）式中，g(t)是高度为1，宽度为的门函数；（3）因此，在某一个码元持续时间内观察时，有，或π（4）当码元宽度为载波周期的整数倍时，2PSK信号的典型波形如图1所示。
图1 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图2示。
图（a）是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图（b）是产生2PSK信号的键控法框图。
图2 2PSK调制器框图就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。
而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。
2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调，其方框图如图3。
工作原理简要分析如下。
图3 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为（5）式中为2PSK信号某一码元的初相。
时，代表数字“0”；时，代表数字“1”。
与同步载波相乘后，输出为（6）经低通滤波器滤除高频分量，得解调器输出为（7）根据发端产生2PSK信号时（0或π）代表数字信息（“1”或“0”）的规定，以及收端x(t)与的关系的特性，抽样判决器的判决准则为（8）其中x为x(t)在抽样时刻的值。
数字信号调制
二进制频移键控
1 0 0 1 t t t
Acos(ω 2t+θ 2)
t
As(t)cos(ω 1t+θ 1)
t
As(t)cos(ω 2t+θ 2)
t
2FSK信号
t
数字信号调制
2FSK解调方法
二进制频移键控
带通 滤波器
1
相乘器
低通 滤波器 定时脉冲
e2 FSK (t )
cos 1t cos 2 t
某一时刻四个发送端发送的信号分别为1，1，-1，1；
则接收端X是如何提取出发送端C的信号的？
数字信号调制
移动通信
应用
码分多址CDMA（Code Devision Multiple Access）
接收端X收到的信号为： Z*i,m= （-1，-1，-1，1，1，-1，1，1）+ （-1，-1，1，1，-1，1，1，-1）+ （1，-1，1，-1，-1，-1，1，1）+
数字调制
引言
数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。
数字信号调制
2ASK
二进制幅移键控
二进制幅移键控（2ASK）是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频 率和相位保持不变。用二进制数字信号的“1”和“0”控制载波的通和 断，所以又称通—断键控OOK（On—Off Keying）。
移动通信
应用
1G：模拟制式的移动通信系统，利用了FDMA技术实现语音通信。 2G：风靡全球十几年的数字蜂窝通信系统。2G是包括语音在内的全数字化 系统。GSM(Globalsystemformobilecommunication)是第一个商业运营 的2G系统，GSM采用TDMA技术。
ASK,OOK,FSK,GFSK简介
ASK,OOK,FSK,GFSK 简介ASK 是幅移键控调制的简写，例如二进制的，把二进制符号 0 和 1 分别用不同的 幅度来表示，就是 ASK 了。
而 OOK 则是 ASK 调制的一个特例，把一个幅度取为 0，另一个幅度为非 0，就是 OOK 了。
例如二进制符号 0 用不发射载波表示，二进制 1 用发射 1 表示。
ASK 跟 OOK 的频谱都比较宽。
FSK 是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。
例如 2KHz 表 示符号 0，3KHz 表示符号 1。
GFSK 是高斯频移键控的简写，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号 的频谱宽度。
ASK 定义“移幅键控”又称为“振幅键控”（Amplitude Shift Keying），记为 AS K， 是调制技术的一种常用方式。
如果数字调制信号的可能状态与二进制信息符号或它的相应基带信号状态一一对应， 则称其已调信号为二进制数字调制信 号。
用二进制信息符号进行键控，称为二进制振幅键控，用 2ASK 表示。
图 1：移幅键控原理图 在“移幅键控”方式中，当“1”出现时接通振幅为 A 的载波，“0”出现时 关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。
移幅键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二 进制数码而已。
移幅就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特 是通过载波的幅度来传递的。
二进制振幅键控（2ASK），由于调制信号只有 0 或 1 两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是 当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。
原理如图 1 所示，其中 s（t）为基带矩形脉冲。
一般载波信号用余弦信 号， 而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键 控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近，实现 2ASK。
二进制频移键控(2FSK)调制电路设计
《通信系统基础实验》课程设计性实验报告设计课题：二进制频移键控（2FSK）调制电路设计专业班级：通信工程3班学生姓名：王文龙学号： 08250319指导教师：陈昊在实际通信系统中，大部分信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即以正弦波作为载波的数字调制系统。
和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式。
调频信号即2FSK 信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，由于这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。
2FSK信号的产生可利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。
这正是频率键控通信方式早期采用的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。
2FSK信号的另一产生方法便是采用键控发法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选择。
2FSK它是利用载频频率变化来传输数字信息。
数字载频信号又可分为相位离散和相位连续两种情形。
若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。
本实验电路利用移频键控法，由振荡器产生不同的载频频率作为两个不同频率的载频信号，即为相位不同的数字调频信号，由基带信号对不同频率的载波信号进行选择。
一、设计实验目的 (1)二、设计指标 (1)三、2FSK调制电路设计思路 (1)四、单元电路设计原理分析 (2)五、整体电路图设计与仿真 (3)六、硬件组装与测试 (5)总结 (6)参考文献 (6)附件1：硬件电路图及实验结果： (7)附件2：各元件引脚图： (8)附件3：元器件清单： (9)一、设计实验目的1、理解FSK调制的工作原理及电路组成；2、掌握系统各功能模块的基本工作原理；3、利用Multisim软件对数字通信的原理进行仿真，观察仿真并进行波形分析；4、学会对2FSK调制器的工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法。
第6章 正弦载波数字调制系统
绝对码
1
1
1
0
0
1
0
0
相对码
载波
DPSK信号
图 6 - 152DPSK信号调制过程波形图
开关电路 cos ct 0° e2 DP S K(t)
1 80 °移相 码变换
s(t)
图 6 - 162DPSK信号调制器原理图
e2 DP S K(t)
带通 滤波器
a
相乘器 cos ct b
式为
e2 FSK (t ) = [邋an g (t - nTS )]cos( w1t + F n ) + [
n n
bn g (t - nTS )]cos( w2t + qn )
ak a b c s(t) s(t)
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FSK信号
t
图 6- 6 二进制移频键控信号的时间波形
则二进制振幅键控信号可表示为
e2 ASK an g (t nTS ) cos wct
n
2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所 以又称为通断键控信号（OOK信号）。 对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)
和相干解调(同步检测法) 。
1 s(t) Tb 载波信号
功率谱密度的叠加。
相位不连续的二进制移频键控信号的时域表达式为
e2 FSK (t ) s1 (t )cos 1t s2 (t )cos 2t
根据二进制振幅键控信号的功率谱密度，我们可以得到 二进制移频键控信号的功率谱密度P2FSK(f)为 P
数字调制基本原理及调制质量参数
2FSK调制的实现
振荡器1
f1
选通开关
模拟 调频器 基带信号 2FSK信号
基带信 号
反相器
相加器
e 2FSK(t )
振荡器2
模拟调频方法
f2
选通开关
键控法
CPFSK
占用带宽
>
调制指数： h=| f1-f2|*Tb
Tb为码元长度
调制指数增大，带宽增加，但调制指数过小意味着两个信号 频率过于接近，不利于分辨信号。
{bn } 为 “ ⊕ ”为模２加符号。 {a n } 为绝对码， 相对码，也称差分码。
四相调制QPSK
（基站Æ移动台）
GMSK
QPSK信号实际上是把两个BPSK信号相加。但由于QPSK信 号的比特率是BPSK的两倍，所以QPSK的频带利用率要比 BPSK高出一倍。
用基带滤波器的方法进行限带
升余弦滤波器
模拟调制和数字调制的区别
模拟还 是数字 信号？
基带信号
调制
已调信号V(t)
数字信号 模拟信号
载波信号 (通常使用正弦信号)
模拟调制和数字调制的区别
数字调制的优势
1. 可以提高机器的处理速度； 2. 更好的抗干扰能力； 3. 更易于加密处理; 4. 更高的频谱利用率； 5. 与数据业务兼容； 6. 更低的成本。
"1" "0"
¾2ASK 是用 “0” 、 “1” 码基带矩形脉冲去键控一个 连续的载波，使载波时断时续地输出。 ¾最早使用的载波电报就是这种情况。
MASK信号
3A 2A A O t 2 3 0 1
TB
多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用 率来换取的，随着M值的增加，当信号受到噪声和干扰的 损害时，接收信号错误概率也将随之增大。
二相编码调制
二相编码调制
二相编码调制（Binary Phase Shift Keying，BPSK）是一种数字通信调制技术，用于在无线通信和数字通信领域中将数字信息编码成模拟信号。
BPSK中，数据被编码为不同相位的载波信号，具体过程如下：
1.数据编码：将数字信息转化为二进制比特序列。
每个比特
通常表示为1或0。
2.载波生成：生成一个正弦波载波信号，以固定频率和振幅
进行调制。
例如，正弦波的频率为f，振幅为A。
3.二进制输入与相位映射：根据数据编码的比特序列，将1
映射为一个相位偏移(通常是0度)，将0映射为另一个相位偏移（通常是180度）。
这意味着每个比特在相位上有两种可能的值。
4.调制：将相位映射的结果应用于载波信号。
相位映射为1
的比特会在载波信号的相位上产生一个相位偏移，而相位映射为0的比特则不改变载波信号的相位。
5. 发送：通过信道将调制后的信号发送到接收端。
6. 接收：在接收端，接收到的信号经过解调和检测，将其转化为数字数据。
7.
解调：使用相干解调技术，将接收到的信号与本地的相干参考信号进行比较，以恢复原始的相位信息。
8. 检测：将恢复的相位信息转化为二进制数据，得到接收端的数字信息。
二相编码调制的优点之一是它相对简单，容易实现并能够在低信噪比环境中有效工作。
然而，它对信道噪声和多径效应相对敏感，并且传输速率通常较低。
因此，在实际应用中，BPSK通常与其他调制技术结合使用来提高性能和提供更高的数据传输速率。
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导入新课：
现在许多人用手机，大家也知道手机工作在900MHz、1800MHz，而话音信号的频率一般为0.3-3.4KHz，那么话音信号是怎么变成900MHz、1800MHz的射频信号的呢？这就需要调制，在数字通信系统中采用数字调制。
本模块介绍数字调制的有关内容。
讲授新课：
课题一二进制数字调制
一、二进制数字调制原理
1、二进制振幅键控（2ASK）
（1）调制
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。
二进制振幅键控信号的产生方法如图所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图(b)是采用数字键控的方法实现：
图1 2ASK信号的产生框图
则二进制振幅键控信号可表示为：
（2）波形
图2 2ASK 信号波形
（3）解调
由图1可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。
所以，对2ASK 信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图所示，(a)为非相干方式（b）为相干方式。
2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图所示。
图3 二进制振幅键控信号解调器原理框图
图4 2ASK信号非相干解调过程的时间波形
(4) 频谱和带宽
二进制振幅键控信号表示式与双边带调幅信号时域表示式类似。