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2FSK的调制和解调(键控调制 相干解调)
用SYSTEMVIEW实现2FSK键控调制与相干解调实验报告01091036 贺冰涛01091037 罗名川用SystemView仿真实现2FSK键控的调制1、实验目的：（1）了解2FSK系统的电路组成、工作原理和特点；（2）分别从时域、频域视角观测2DPSK系统中的基带信号、载波及已调信号；（3）熟悉系统中信号功率谱的特点。
2、实验内容：以PN码作为系统输入信号，码速率Rb＝20kbit/s。
（1）采用键控法实现2FSK的调制；分别观测绝对码序列、差分编码序列，比较两序列的波形；观察调制信号、载波及2FSK等信号的波形。
（2）获取主要信号的功率谱密度。
3、实验原理：数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。
2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。
2FSK键控法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通。
键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。
2FSK信号的产生方法及波形示例如图所示。
图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，即是2FSK信号。
abcde 2FSK信号ttttt二进制移频键控信号的时间波形根据以上2FSK 信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为（5-1）其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列（5-2）（5-3）g(t)是持续时间为、高度为1的门函数；为对s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即（5-4）是的反码，即若 =0，则 =1；若=l，则 =0，于是（5-5）分别是第n个信号码元的初相位。
一般说来，键控法得到的与序号n无关，反映在上，仅表现出当与改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于与改变时的相位是连续的，故不仅与第n 个信号码元有关，而且之间也应保持一定的关系。
由式（5-1）可以看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s(t)为基带信号、为载频，另一路以为基带信号、为载频。
2fsk 信号的产生及解调原理
2fsk信号的产生及解调原理
2FSK（Frequency Shift Keying）信号的产生和解调原理如下：
1.产生原理：
*基带码元d(t)中码元为1时，波形为频率为f1的高频载波；基带码元d(t)中码元为0时，波形为频率为f2的高频载波。
*通过将基带码元与f1的高频正弦波相乘，可以生成2FSK 信号。
类似地，将基带码元的反码与f2的高频正弦波相乘，也可以生成第二个2FSK信号。
*将这两个2FSK信号相加，即可得到最终的2FSK信号。
2.解调原理：
*2FSK信号经过信道传输之后，通过带通滤波器将其分为上下两路，分别变成两路2ASK（Amplitude Shift Keying）信号。
*然后将这两路2ASK信号与对应的载波相乘，再经过低通滤波后抽样判决，即可恢复出原始的基带码元信号。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业技术人员。
2FSK调制解调原理及设计
2FSK调制解调原理及设计2FSK调制解调技术通常用于调制两个离散频率（频移）来表示二进制数据流中的0和1、其中一个频率用于表示0，另一个频率用于表示1、在调制过程中，将基带数字信号转换为模拟信号，并将其移频到所需的频率。
解调过程则通过检测输入信号的频率来还原原始的二进制数据流。
1.调制器设计：调制器将二进制数据流转换为模拟信号，并在不同的频率上调制这些信号。
常见的调制器设计包括频率锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）。
PLL使用反馈回路来产生一个输出信号，其频率与输入信号的相位差很小。
DDS则使用数字信号直接合成所需的频率。
2.频率选择器：频率选择器用于选择调制信号的频率。
通过控制频率选择器的开关或滤波器，可以选择不同的频率来代表0和1、频率选择器可以是可编程的，以便在需要时切换不同的调制频率。
3.解调器设计：解调器将传输信号转换为数字信号，使数据能够被读取和处理。
解调器通常包括一个带通滤波器和一个判决器。
带通滤波器用于滤除不需要的频率成分，使解调信号只包含所需的频率分量。
判决器则用于将接收到的信号映射到二进制数据流中的0和14.错误检测和纠正：在接收端，通常还需要实施错误检测和纠正机制来提高数据传输的可靠性。
常见的错误检测和纠正方法包括奇偶校验、循环冗余检测（CRC）和海明码。
2FSK调制解调技术在数字通信系统中得到了广泛的应用，特别是在无线通信领域。
它具有简单可靠的特点，适用于低复杂度的通信系统。
同时，2FSK调制解调技术也可以扩展为多级FSK调制解调技术，以提高数据传输速率和信号带宽利用率。
总之，2FSK调制解调是一种常见且有效的数字调制解调技术，其原理和设计涉及调制器设计、频率选择器、解调器设计以及错误检测和纠正等关键步骤。
这种技术在数字通信系统中具有广泛的应用，并且可以根据需要进行扩展和优化。
2FSK调制与解调电路
一、设计基本原理和系统框图2FSK 系统分调制和解调两部分。
①调制部分：2FSK 信号的产生方法主要有两种。
第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。
第二种方法是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，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，即由调频器产生的2FSK 信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的2FSK 信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续，如(d)图所示。
本次设计用键控法实现2FSK 信号。
(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接收两类，本次设计采用非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。
用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为1f 和2f 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1f 代表数字信号1；2f 代表数字信号0，则抽样判决器的判决准则：式中x1和x2分别为抽样判决时刻两个包络检波器的输出值。
这里的抽样判决器，要比较x1、x2的大小，或者说把差值x1-x2与零电平比较。
因此，有时称这种比较判决器的判决电平为零电平。
当FSK 信号为1f 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2f ，上、下支路的情况正好相反，此时上支路输出的瞬时值服从瑞利分布，下支路输出的瞬时值服从莱斯分布。
无论输出的FSK 信号是1f 或2f ，两路输出的判决准则不变，因此可以判决出FSK 信号。
二、各单元电路设计2.1 2FSK调制单元要将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。
2FSK的调制与解调
摘要在本二进制移频键控调制解调电路中，其中调制系统由模拟开关电路以及两个射随、选频电路组成。
解调是用非相干解调，即包络检波法。
在设计过程中，采用模块化的设计方法，并使用了Multisim工具软件，在计算机屏幕上仿真实验，绘制电路图所需的元件、芯片以及导线均可在屏幕上选取，提高了设计效率。
本方案的优点是产生的FSK信号频率稳定度好，转换速度快，波形好。
关键词：射随/选频电路；模拟开关；包络检波；仿真目录摘要前言 (4)一、2FSK的调制解调原理介绍 (5)2.1 2FSK的调制原理..................................^ (5)2.2 2FSK信号的解调原理 (6)二、各单元电路设计 (8)3.1 2FSK调制单元 (8)3.1.1 射随、选频电路 (8)3.1.2 模拟开关电路 (8)3.2 2FSK解调单元 (9)三、总体电路与电路仿真 (10)4.1 总体电路设计 (10)4.2 调制和解调的仿真结果图 (10)参考文献 (13)设计总结 (14)附件1：各元件引脚图 (15)附件2：元器件清单 (16)前言在通信系统的设计、实验过程中，通信信号仿真具有灵活性好、经济等诸多优点，通信中的一个基本概念就是调制，是指用携带有用信息的调制信号去控制高频载波信号。
数字调频又称移频键控（frequency shift keying,FSK）,它是用不同的载波来传送数字信号的。
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，这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，广泛的应用于低速数据传输通信系统中。
2FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频率键控法。
直接调频法是用数字基带信号直接控制载波振荡器的振荡频率。
虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。
而频率键控法则不同，它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而实现FSK调制。
2FSK调制解调电路的设计
一总体设计思路1.1总体设计原理时分复用（TDM）的基本原理是将传输时间分割成若干个互不重叠的时刻，各个信号按一定顺序占和各自的时隙，在发送端按顺序将各个信号进行复接；在收端，按照一定的顺序将各个信号分接。
与频分复用相比，时分复用便于信号的数字化和实现数字通信，而制造调试的过程也相对比较容易，更适合采用集成电路实现。
2FSK时分复用通信系统由数字信源单元，数字调制单元，2FSK解调单元，位同步单元，帧同步单元及数字终端6个主要模块组成。
其利用的是载波的频率不同传输信号。
在2进制的状况下，利用频率为f1 载波来表示信号1，频率为f2的频率来表示信号0，实现信息的传递。
首先，由信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ）和位同步信号BS，再次，在调制模块中用键控法产生2FSK信号，然后对产生的2FSK的信号用过零检测法进行解调。
波形在数字通信系统中，发端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元，而在接收端必须有准确的抽样判决时刻才能正确判决所发送的码元，所以应在接收端插入位同步。
同时，在时分复用通信系统中，为了正确的传输信息，必须在信息码流中加入一定数量的帧同步码。
1.2 系统框图图1.1 系统框图图中m(t)为时分复用数字基带信号,为NRZ 码,发滤波器及收滤波器的作用与基带系统相同,本实验假设信道是理想的,收发端都无带通滤波器.'()n t()1D t()2D t ()1m t()2m t 复接器 2FSK 调制 发滤波器信 道 收滤波器2FSK 解调 复接器 位同步位同步二 模块设计原理及框图2.1 2FSK 调制单元要将NRZ 码经过2FSK 调制成为2FSK 信号主要有两种方法：第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元；而另一种方法是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。
在此，我们采用第二种方法（键控法）。
2FSK调制解调电路设计
2FSK调制解调电路设计引言：频移键控调制（Frequency Shift Keying, FSK）是一种数字调制方式，通过改变载波频率的方式来传输信号。
2FSK（2 Frequency Shift Keying）是一种常见的FSK调制方式，其基本原理是通过输入的数字信号决定载波频率的两个离散状态，从而实现数字信息的传输。
在本文中，我们将介绍2FSK调制解调电路的设计。
一、2FSK调制电路设计：1.信号波形产生器：首先，我们需要设计一个信号波形产生器来生成数字信号。
该数字信号表示要传输的信息，通常是基带信号。
可以使用微处理器、FPGA或其他数字电路来实现波形产生器。
2.带通滤波器：接下来，我们需要设计一个带通滤波器来选择一个特定频率范围内的频率。
2FSK调制需要选择两个离散频率用于传输数据，所以我们需要设计一个可以在这两个频率范围内切换的带通滤波器。
3.频率切换电路：在2FSK调制中，我们需要能够在两种不同的频率之间切换的载波信号。
为了实现这一点，我们可以使用一个开关电路，根据输入的数字信号来选择不同的频率。
4.调制电路：最后，我们将基带信号和切换后的载波信号相乘，利用频谱合并来实现2FSK调制。
这个乘法操作可以通过模拟乘法器或数字乘法器来实现。
二、2FSK解调电路设计：1.频谱分离电路：为了将调制信号中的两个频率分离开来，我们需要设计一个频谱分离电路。
这个电路可以通过使用带通滤波器和差分器来实现，带通滤波器选择一个频率范围内的信号，差分器可以根据输入信号的相位差来判断频率是高频还是低频。
2. 相位检测电路：在2FSK解调中，我们需要检测信号的相位来确定接收到的信号是1还是0。
相位检测电路可以使用锁相环（Phase Locked Loop, PLL）或其他相位检测技术来实现。
3.信号解码器：最后，我们需要设计一个信号解码器来将解调得到的数字信号转化为原始信息。
这个解码器可以通过使用微处理器或其他数字电路来实现。
2FSK调制解调电路的设计
2FSK调制解调电路的设计引言：调频键控(Frequency Shift Keying, FSK)是一种常见的数字调制解调技术，其原理是通过改变载波频率来传输数字信号。
二进制FSK(2FSK)是最基本的FSK调制方式，其中两个不同的频率代表了二进制中的0和1、本文将介绍2FSK调制解调电路的设计。
一、2FSK调制电路1.频率可调的带通滤波器频率可调的带通滤波器用于接收输入信号，并将频率转换为两个不同的预设频率。
该滤波器通常由一个带可调中心频率的VoltageControlled Oscillator (VCO)和一个窄带滤波器组成。
输入信号经过一级放大后进入VCO，VCO将输入信号频率转换为预设频率。
滤波器用于滤除不需要的频率成分，只保留希望传输的频率分量。
2.相位锁定环路(PLL)相位锁定环路是2FSK调制电路的核心。
它由一个相频比较器(Phase-Frequency Detector, PFD)、一个环路滤波器(Loop Filter)、一个VCO和一个除频器(Divider)组成。
相频比较器用于比较参考信号和VCO输出信号的相位差，产生一个频率和相位误差的输出。
这个输出信号经过环路滤波器后，将调整VCO的输出频率，使其与参考信号的相位差最小化。
除频器将VCO输出的频率除以一个预设的常数，得到一个比输入信号低的频率，在输入信号的两种频率之间切换。
二、2FSK解调电路2FSK解调电路主要由一个鉴频器和一个比较器组成。
1.鉴频器鉴频器用于提取输入信号中的频率信息，并将其转换为与输入信号频率相同的模拟信号。
鉴频器通常由一个窄带滤波器和一个包络检波器组成。
窄带滤波器用于滤除不需要的频率成分，只保留输入信号中的目标频率分量。
包络检波器将滤波后的信号变为其包络信号，将其转换为模拟信号。
2.比较器比较器用于将模拟信号转换为数字信号，实现2FSK信号的解调。
比较器通常由一个阈值电路和一个数字信号输出端口组成。
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一．2FSK 调制原理：
1、2FSK 信号的产生：
2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。
例如，1码用
频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。
故其表示式为
)cos()
cos(2112
2)
(t A t
A FSK
t 时发送时
发送"1""0"式中，假设码元的初始相位分别为1和2；11
2f π和222f π为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。
2FSK 信号的产生方法有两种：
（1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。
如图1-1（a ）所示。
（2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。
如图1-1（b ）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，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。
(a)
(b)
2FSK 信号产生原理图
由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发
送的两个2ASK 信号之和，即
)
cos(
])([
)cos(])([
)cos(
·)()cos()()(2
2
1
12
21
12t
nT t
g a t
nT t g a t
t g t
t g t n
s n n
s n FSK
其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。
P ,0P
11概率，概率n
a P 1,0P
1概率，概率n
a 其中，n a 为n a 的反码，即若1n a ，则0n
a ；若0n
a ，则1n
a 。
2、2FSK 信号的频谱特性：
由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可
以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即
)]
()
()
()
([]
|)(||
)(||)(||)([|)()
()
(221116
12
22
22
12
11622221f f
f f
f f
f f T f f
Sa T f f Sa T f f Sa T f f
Sa f S f S f S S S S S T ASK ASK FSK S 2FSK 信号带宽为s s FSK R f f f f f B 2||2||21
212式中，s s f R 是基带信
号的带宽。
二．2FSK 解调原理：
仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。
其非相干检测解调框图如下
M 信号非相干检测解调框图当k=m 时检测器采样值为：。