通信原理实验报告综合实验FSK和PSK调制解调

实验报告

课程名称：通信原理综合设计实验学生姓名：

学号：

专业班级：

2016年06月21日

实验一 7位伪随机码1110010设计

一、实验目的

1、了解数字信号的波形特点

2、掌握D触发器延时设计数字电路的原理及方；

3、熟悉Multisim 13.0软件的使用

二、设计要求

设计7位伪随机码1110010，要求输出波形没有毛刺和抖动，波形稳定效果较好，可用于后续的综合设计实验。

三、实验原理与仿真电路及结果

要求产生7位伪随机码，根据M=2n-1=7,所以n=3，需要3个D触发器，在32KHz正弦波或方波的时钟信号触发下，第三个D触发器输出端产生1110010的7位伪随机绝对码。仿真电路及波形结果如下：

图一、7位伪随机码1110010产生电路

图二、7位伪随机码1110010波形

观察结果波形发现，伪随机码波形频率较之信号源波形（32KHz）减小了，但幅值不变

仍为5v.

四、实验心得与体会

本实验原理较为简单，通过本次设计实验，我重新复习了数字电路逻辑设计中的D触发器产生特定数字序列的知识，老师也给出了提示，基本上是直接改动电路图就能实现，只要电路图搭建正确，原理符合逻辑，基本上都能仿真出来。伪随机码在后续实验中经常用到，模拟随机信号，但不是真正的随机信号，在通信中应用研究中很有意义，也为我们后续综合设计实验提供基本的信号。

实验二 2FSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2FSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、学会低通滤波器和放大器的设计

3、掌握LM311设计抽样判决器的方法、判决门限的合理设定

4、进一步熟悉Multisim13.0的使用

二、设计要求

设计2FSK调制解调电路，载波f1=32KHz，f2=64KHz，基带信号位7位伪随机绝对码（1110010）要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出来的基带信号尽量延时小、判决准确。

三、实验电路与结果

3.1实验总电路图

图一、FSK调制、解调总电路

3.2调制电路

1）实验所用的32KHz和64KHz载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下：

图二、32KHz正弦载波信号生成电路

图三、64KHz正弦载波信号生成电路2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图四、基带信号1110010生成子电路3）32KHz、64KHz载波信号、基带信号、已调信号波形：

图五、载波、基带及已调信号波形

3.3解调电路

1）解调部分电路如下：

图六、FSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并分别用32KHz、64KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的32KHz和64KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同的32KHz（生成伪随机码的信号源频率）的低通滤波器，滤出含有基带信号的“混合”波形，最后将这两路信号接入LM311比较器，根据课本知识，这

一步实现的是两路信号的比较，谁大输出谁，最终输出解调信号。

电路中，LM311比较器处接了两个上拉电阻和下拉电阻，作用分别是使解调信号可正常输出和矫正美观解调波形。另32KHz的低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图七、32KHz低通滤波器

图八、FSK解调信号与基带信号波形对比

以上蓝色是解调出来的波形，黄色为伪随机码输出，观察波形结果发现，开始仿真时会有一两个判决错误，可能是滤波电路没有达到稳定的原因，后面稳定之后，波形就很好了，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。不过

解调信号与基带信号存在一定的相位差，这可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，FSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是FSK调制与解调的综合性设计实验，首先载波信号调用实验一中的方波高低通生成正弦波方法得到，基带信号调用实验四中的伪随机码方法生成。另外实验增加的难度在于，运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中两个载波频率的波形并进行低通滤波得到两路初解调信号，然后利用LM311芯片完成两路信号的比较，同课本介绍的包络检波一样，输出较大的一路，完成信号的解调。实验过程中出现不少问题，我碰到的问题比较奇葩，用子电路组成大电路仿真总是达不到理想效果，所以直接简单粗暴在一个电路图里将调制解调全做完。自己做仿真一定要将原理想清楚，遇到问题冷静分析和查找问题出处，总的来说这个实验还是比较容易实现的，基本都在调滤波器的参数，其他部分都是现成的电路。

实验完成后，我思考的问题是，为什么要通过比较器来得到解调信号。4066开关电路不像实验五中的科斯塔斯环一样锁定频率精准，锁住了频率即输出1，否则输出0。对于32kHz 的信号，利用64KHz的方波控制开关也同样会有部分信号流过，且这部分信号低通滤波较难滤除干净，所以采用比较信号大小的方法来决定信号的输出，剔除掉这部分干扰信号完成解调。在实验一2KHz低通滤波器设计的基础上，将其修改成所需截至频率的滤波器较容易实现，一般经验性的操作是将电容调小一个数量级，然后再观察波形调整电阻来实现。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及FSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。

实验三 PSK、2DPSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2DPSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、了解实现信号0相和π相波形间转换的电路

3、掌握低通滤波器的参数设置和LM311抽样判决器的判决电压设置

4、熟练运用Multisim13.0,学会用软件实现简单的电路调试

二、设计要求

1.设计2DPSK调制解调电路，载波f=512KHz，基带信号位7位伪随机相对码。要求

调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出的基带信号尽量延时小，判决准确。

2.采用子电路设计方法。

3.用4066芯片实现解调信号。

三、实验电路与结果

3.1实验总电路图

图一、PSK调制、解调总电路

3.2调制电路

1）实验所用1024KHz的载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下图所示：

图二、1024KHz正弦载波信号生成电路2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图三、基带信号1110010生成子电路3）实验中同、反相子电路图：

图四、同相放大电路

图五、反相子电路4）1024KHz载波信号、同、反相信号、基带信号：

图六、1024KHz载波、同、反相信号、基带信号波形图其中，图一为1024KHz载波波形，中间红色波形分别为同相和反相信号波形。5）已调信号波形：

图七、已调信号波形

3.3解调电路

1）解调部分电路如下：

图八、PSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并用512KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的同反相1024KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同截至频率的低通滤波器（理论值为32KHz，即与生成伪随机码的信号源频率一致），滤出含有基带信号的“混合”波形。参考“混合”波形的幅值设置一个合理的判决门限电压值（本实验中给的是1v），与所得的“混合”信号一起接入LM311比较器中比较，最后得到解调信号。

电路中，LM311比较器处接了下拉电阻，作用是使解调信号可正常输出解调波形。另解调低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图九、解调低通滤波器电路

图十、判决前后波形对比

图十一、PSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。但解调信号与基带信号间存在一定的相位差，这与FSK实验中一样，可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，PSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是PSK调制与解调的综合性设计实验，相比FSK调制解调设计实验，本实验相对简单一些。实验的重点在于：运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中同反相的两个载波信号并经过低通滤波得到初解调信号。通过参考初解调信号的幅值给定一个合理的判决门限电压值，然后与初解调信号一起接入LM311芯片进行信号比较，得到解调信号。

实验完成后，我思考的问题是，通过给定一个判决门限值与初解调信号比较是怎样实现信号解调的。接入4066解调芯片的信号都是含有1024KHz频率的信号，故开关电路一直都会有信号流过。但是已调信号的相位跳变点正是直接携带基带信号信息的，当这个跳变点遇上1024KHz的方波时，经过开关电路即会产生幅值的前后变化，故我们可以设置一个处于幅值变化之间的某个电压值作为判决门限值，这样即可实现同反相载波的区分，解调出基带信号的，我选择的判决电平是0V，信号刚好在0电平上下变化。