武汉理工FSK调制与解调系统设计实验.docx
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武汉理工FSK调制与解调系统设计实验
实验课程名称:
通信原理实验_
实验项目名称
移频键控FSK调制与解调系统设计实验
实验成绩
实验者
专业班级
组别
同组者
实验日期
一、实验目的、意义
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、设计任务与要求
1.设计任务:
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)
2.设计要求:
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EWB软件仿真完成。
三、2FSK调制与解调系统原理与电路组成
1.方案论证(2FSK调制与解调系统原理的简要说明)
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。
实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控,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。
图1频率键控调制器
2.单元电路设计
1)主载波振荡器电路设计
主要提供2FSK的载波和信码的定时信号,可用集成电路(555)构成多谐振荡器,产生的振荡频率为11800Hz载波,要求输出频率可调。
已知由(555)构成多谐振荡器的振荡频率为:
则R1=3.6K
R2=2.8K(可调)
C=0.01uF
图2555定时器接成的多谐振荡器
2)M序列产生电路
实际的数字基带信号是随机的,为了实验和测试的方便,一般都用M序列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。
本次设计采用三级线性移位寄存器(选用74LS74双D2片),形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列,码率约为400bit/s,如图3所示:
图3M序列发生器电路图
3)分频器
将主载波按设计要求,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(电路设计方法参见实验四或其它有关资料)。
8分频器
4分频器
4)调制器
调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路(或直接选用集成模拟开关)与采用集成模拟乘法器。
这里使用与门和或门,
图4调制电路
5)波形变换电路
由于555产生的是正弦波,因此要有一个积分电路将其转化为正弦波,如图5
图5波形变换电路
6)非相干解调电路
对于非相干检测法,其系统电路构成如图5.5所示。
在了解与掌握了2FSK非相干检测法系统电路的基础上,进行自己的设计与实验。
需要设计的单元电路有:
图62FSK非相干解调电路原理图
高通滤波器
采用RC无源电路,构成三阶高通滤波器。
已知2FSK的中心频率:
且滤波器的通带频率:
,所以有:
,。
则有C1=C2=C3=0.6ufR1=R2=R3=50Ώ
低通滤波器
低通滤波器选用一般RC滤波器电路,因信码速率为400波特,其电路元件参数:
R=0.5KΩC=1uF
电压比较器
电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器,目的是防止干扰,参考电压设定为0.22V。
3.总体电路原理图与元件清单
(1)总体电路原理图
图6总体电路原理图
(2)元器件清单
序号
元器件名称
型号规格
数量
备注
1
运算放大器
2
2
555定时器
1
3
D触发器
74LS
8
4
固定电阻
10K
2
5
固定电阻
3.6k
2
6
固定电阻
500Ω
1
7
固定电阻
50Ω
3
8
可变电阻
2.8K/50%
1
9
固定电容
0.01uf
1
10
固定电容
1uf
1
11
固定电容
10uf
1
12
固定电容
0.6uf
3
13
可变电感
0.9mH/50%
1
14
二极管
1
15
门电路
若干
四、实验内容与测试数据
1.FSK调制器的测量
1)检测,调整多谐振荡器输出的载波信号
测量点
测量波形
频率数
备注
P1
11800Hz
主时钟
2)调测分频器的分频比
测量点
测量波形
频率数
备注
P1、P2
1474Hz
8分频
P1、P4
2590Hz
4分频
P3&P5
M序列
3)M序列发生器产生的为随机码的检测
测量点
测量波形
频率数
备注
时钟输入
386Hz
M序列定时脉冲
P3
386Hz
M序列
4)FSK调制输出信号的测量
测量点
测量波形
频率数
备注
P5
1474Hz
信码为“0”
P5
2950Hz
信码为“1”
P3、P5
1474Hz/
2950Hz
信码为“M序列”
2.FSK解调器的测量试验(非相干解调电路的测量)
测量点
测量波形
备注
P5、P6
高通滤波器输出波形
P7、P8
检波器输出信号形
及低通输出波形
P3、P9
电压比较器输出信号波形
五、实验小结
通过这次实验,我对FSK调制解调系统有了更深刻的认识,仿真用的是multisim软件,通过仿真来弥补实验未得到的结果,收益颇多。
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- 关 键 词:
- 武汉理工 FSK 调制 解调 系统 设计 实验