2FSK通信原理实验报告

实验课程名称：__通信原理_____________

掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按综合实验设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确地反映设计和实验成果，能正确的绘制电路图。

三、FSK 调制与解调系统整体方案设计

3.1 调制设计方案

设信息源发出的是由二进制符号0，1 组成的序列， 且假定0 符号出现的概率为p ，1 出现的概率为1- p ，它们彼此独立，那么，2FSK 信号便是1 符号对应于载频ω1，而0 对应于载频ω2（ 与ω1不同的另一个载频） 的已调波形，而且ω1、ω2的改变是瞬间就能完成的。容易想到，2FSK 可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频,使其能够输出2 个不同频率的码元。

2FSK 信号的产生，可以采用模拟调频法来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图3-1是数字键控法产生2FSK 信号的原理图：

图3-1数字键控法实现2FSK 信号的原理图

图中两个振荡器的载波输出受输入的二进制基带信号s(t)控制。由图1-1可知，s(t)为“1”时，正脉冲使门电路1接通，门2断开，输出频率为f1；数字信号为“0”时，门1断开，门2接通，输出频率为f2。在一个码元Tb 期间输出ω1或ω2两个载波之一。由于两个频率的振荡器是独立的，故输出的2FSK 信号：在码元“0”“1”转换时刻，相邻码元的相位有可能是不连续的。这种方法的特点是转换速率快，波形好，频率稳定度高，电路简单，得到广泛应用。

对应图3-1（a ）和(b) ，2FSK 调制器各点的时间波形如图1-2所示，图中波形g 可以看成是两个不同频率载波的2ASK 信号波形e 和波形f 的叠加。可见，2FSK 信号由两个2ASK 信号相加构成。其信号的时域表达式：

()()()()()

∑∑+-++-=

k

b k k

b k FSK t kT t g a t kT t g

a

t S 2211cos cos ϕωϕω

图3-2 2FSK 调制器各点的时间波形

本次综合设计实验调制部分正是采用此方法设计的。整个调制系统包括：载波振荡器、分频器、反相器、调制器与加法器等单元电路组成。

1.2 解调设计方案

数字频率键控（ 2FSK ） 信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过零检测法。 过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。解调系统组成原理框图如图3-3所示电路：

g

f

e

d

c

b

a

位定时

抽样判决

LPF

脉冲展宽整流

微分

限幅

图3-3 2FSK 过零检测解调电路原理框图

输入的FSK 信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微分电路得到双向尖脉冲，然后整流得到单向尖脉冲，每个尖脉冲表示一个过零点，尖脉冲的重复频率就是信号频率的两倍。将尖脉冲去触发一单稳电路， 产生一定宽度的矩形脉冲序列，该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比，即与输入信号成正比。所以经过低通滤波器输出的平均分量的变化反映了输入信号频率的变化，这样把码元“ 1”与“ 0”在幅度上区分开来，恢复出数字基带信号。其原理框图及各点波形如图3-4所示。

图3-4 过零检测电路信号波形

四、系统中各种单元电路设计以及仿真

1、主载波振荡器电路设计与工作原理

载波振荡器的功用是提供2FSK 调制系统所需的载波和信码定时信号，它可用门电路或集成电路（555）构成多谐振荡器。

本实验系统要求产生的主载波振荡频率为16KHZ 载波，要求输出频率可调。为简化实验电路，本次实验系统选用门电路构成多谐振荡器。

已知该门电路的估算振荡周期是: T 2.2R C 。经计算其实际电路如图4-1所示：

图4-1 主载波振荡器电原理图

由图4-1电路可知，在三个与非门之间加入了一个R(R1)C(C1)延时网络，由于RC 较大，可忽略tpd 。接通电源时，C 的充放电使“A ”点电压发生变化。每当”A ”点到达阈值电压V T =1.4V 时，电路就会翻转，电路不停的自动翻转，就会在Vo 端输出一系列的矩形脉冲，即电路产生了振荡。并且调整R1可以改变RC 值，使振荡频率改变。RS(R2)起隔离作用，把电容C 的输出与U3c 的输入隔离开。电路振荡波形如图4-2所示：

图4-2 主载波信号波形图

2、分频器电路设计与工作原理

将主载波按设计技术指标要求，一般用D 触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和Ｍ序列所需的时钟信号。本实验系统，将主载波16KHZ 进行二分频得8KHZ 信号作f1；将8KHZ 载波进行二分频得4KHZ 信号作f2；再将4KHZ 四分频得1KHZ 信号作为fs ，为M 序列发生器提供编码时钟信号。分频器的实际电路如图4-3所示：

U2A

74LS74D

1D

2

1Q

5

~1Q

6~1CLR

1

1CLK 3

~1PR

4U2B

74LS74D

2D

12

2Q

9

~2Q

8~2CLR 13

2CLK 11

~2PR

10U3A

74LS74D

1D

2

1Q

5

~1Q

6~1CLR 1

1CLK 3

~1PR

4U3B

74LS74D

2D

12

2Q

9

~2Q

8

~2CLR

13

2CLK 11

~2PR

1016KHZCP 入

8KHZ

4KHZ

1KHZ

图4-3 分频器电原理图 分频电路输出信号波形如图4-4所示：

四级伪随机码 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 0 1 1 1 0

1

1