频移键控数字调制器电路设计.docx

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频移键控数字调制器电路设计

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2012年秋季学期

《通信系统基础实验》设计项目

设计报告

设计题目：

频移键控数字调制器电路设计

专业班级：

通信工程（10）级（4）班

成员名单：

张亚东学号10250407

李少雄学号10260417

张瑞芬学号10250437

指导教师：

陈昊

一、设计实验目的

1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。

2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、设计指标

一般的数字调制技术，如幅度键控（ASK）、移相键控（PSK）和移频键控（FSK）三种。

本实验要求掌握正弦振荡器、调制器等单元电路。

掌握调制的基本原理。

通过实际的方案分析进行比较，初步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，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。

2.1对数字调制技术的要求

1.在信道衰落条件下，误码率要尽可能低。

2.发射频谱窄，对相邻信道干扰小。

3.能提供较高的传输速率。

4.易于集成。

2.2对数字调制技术的指标

1.根据2FSK特点，信源输入以及对应的频率确定为f1=16kHZ,f2=8kHZ。

2.了解2FSK信号调制解调的原理。

三、系统总述

在数字通信系统中，由于数字信号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传输或长距离电缆传输，因而同模拟调制一样，需要将基带信号进行高频正弦调制，即数字调制。

与模拟调制相比，数字调制并无本质区别，都属于正弦波调制，但是数字调制系统也有自身的特点，其技术要求与模拟调制系统也有不同。

一般来说，数字调制技术可分为两种类型：

一是利用模拟方法实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值特点去键控载波，从而实现数字调制，这种方法通常称为键控法。

常用的数字调制方式有振幅键控（2ASK）、移频键控（2FSK）、移相键控（2PSK）等。

本实验是一个频移键控数字调制器电路设计。

功能是实现一个数字基带信号，经过调制信号的调制，输出一个2FSK的模拟信号，并用Multisim软件进行仿真可得出调制波形。

先进行详细的理论分析，然后通过仿真图中的示波器的图形观察电路中每一个阶段的其输出波形，看与理论分析的结果是是否一致。

如果是一致的，说明设计的该电路符合本实验设计的要求。

我们要对Multisim有大概的了解，怎么实现仿真的的过程，这都是我们需要学习的东西。

在调制的时候是用变频器对输入信号进行变频，输入两个不同的频率的信号，再通过正弦振荡器对数字基带信号进行变频处理，用模拟开关对两个信号进行控制，最后输出2FSK调制信号。

数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。

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。

从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。

模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。

2FSK键控法则是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。

移频键控（FSK）是数字通信中最常用的一种调制方式。

FSK方法简单，易于实现，并且解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能较强,键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现。

缺点是占用频带较宽，频带利用不够经济。

FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。

本文介绍的重点就是用multisim模块仿真应用2FSK信号的调制过程，应用的即是分频变频技术。

本课程设计基于multisim动态仿真环境，并通过实物连通示波器看输出的波形。

根据2FSK调制原理，设计了频移键控数字调制器电路。

利用multisim功能模块，建立FSK调制系统仿真模型，经过仿真分析，其结果与理论分析结果相同。

在仿真过程中，充分发挥了multisim功能强大，建模简单，参数易于调整的特点。

结果表明，基于的multisim仿真模型，能够反映出2FSK调制解调系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供了强有力的工具，也为理论学习提供了一条非常好的途径。

4、单元电路原理分析

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的频率源的真的作为输出。

键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。

4.1模拟开关电路

输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。

当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。

此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到2FSK已调信号。

如图4-1所示:

图4-1模拟开关

4.2变频电路

变频电路是将输入的二进制数字基带信号通过控制载频转换成已调信号，即2FSK调制信号。

电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过开关K901、K902送入。

两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关。

其中LC选频电路函数：

，选频网络如图4-2所示：

图4-2变频电路图

五、整体详细电路的设计与仿真

2FSK信号产生的方法一般有两种：

一种叫直接调频法，另一种叫频移键控法。

所谓直接调频法，就是将输入的基带脉冲去控制一个振荡器的某种参数，而达到改变振荡频率的目的。

虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高；键控法就是利用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。

一般来说，键控法采用两个独立的振荡器,得到的是相位不连续的2FSK信号；而且直接调频法f1,f2由同一个谐振电路产生，则得到相位连续的2FSK信号。

2FSK信号便是0符号对应于载频f1，1符号对应于载频f2（与f1不同的另一个载频）的一调制波形，而f1与f2的改变是瞬间完成的。

5.1整体电路设计的方案论证

方案一:

模拟调频法。

即直接利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。

如图5-1所示：

S（t）

2FSK

图5-1模拟高频器

直接调频法是频移键控通信方式早期采用的实现方法。

其优点是调制方便，设备简单，得出的是2FSK信号，相位连续。

方案二：

键控法。

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通。

本课程设计采用键控法产生2FSK信号，即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，如图5-2所示：

图5-2键控法

2FSK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，但设备要复杂些，得出的是2FSK信号，相位不连续。

本实验采用开关法产生2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生的信号，故相邻码的相位不一定是连续的，数字基带信号以及2FSK调制信号如图5-3所示:

图5-3数字基带信号以及2FSK调制信号图

5.2频移键控数字调制器电路调制的整体电路图的设计

如图5-4所示

图5-4整体电路原理图设计

由调制电路原理图可知，输入的基带信号分成两路，分别去控制之不同的载频，根据基带信号的“0”和“1”选择模拟开关，在输出端可得到已调的fsk信号。

5.3整体电路设计的multisim的仿真

电路振荡电路输出波形如5-5图所示:

图5-5振荡电路输出波形

如图是两种不同频率的方波信号。

变频电路输出波形如图5-6所示:

图5-6变频电路输出波形

如图示两种不同频率的载波信号

频移键控数字调制器电路的仿真效果图如图5-7所示:

图5-72FSK的仿真效果图

如图为经过调制后的FSK信号和未尽调制的的数字信号的对比。

六、设计总结

通过这次对频移键控数字调制器电路的实验，让我们学到了很多新的知识，对自己的知识面有了很大的扩展，对各元器件的功能都有了进一步的了解，而且对Multisim的仿真软件的应用有了进一步的认识，很多模块的实用性功能对我们的专业知识的学习很有帮助。

本通信原理实验设计中调制电路采用的是键控法。

由于对课本的学习，了解了对2FSK调制的基本原理，因此对电路的设计有了基础的认识。

但对各电路的分解的具体设计不是很清楚。

通过查阅资料和自己的努力下最终设计出一个完整的频移键控数字调制器电路。

通过设计，让我们组对整个过程的理解得更加彻底，同时在电路设计的过程中，我们认真复习了很多相关的知识，尤其是在变频电路中各元件以及参数的设置，我们必须得明确。

这次设计进一步端了我们的学习态度，学会了实事求是，严谨的作风，提高了动手能力。

对自己要严格要求，不能够一知半解，要力求明明白白。

急于求成是不好的，我们都有所感受。

如果省略了那些必要的步骤，急于求成，不仅会浪费时间，还会适得其反。

我们觉得动手之前，头脑里必须清楚该怎么做，这一点是很重要的。

就目前来说，我们的动手能力虽然差一点，但我们想，通过我们一起的不懈努力，在这方面，我们总会得到提高。

这一点，我们很坚信。

因为别人能做到的，我们相信自己也一定能做到。

总之，设计本通信实验设计电路图，通过整个过程，使我们明确了解决工题

的一半思路和多元性方法，培养了我们的工程思维方式。

让我们深深体会到，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手的能力和独立思考的能力。

七、参考文献

[1].《通信原理》主编：

樊昌信国防工业出版社，2007

[2].《通信原理基本教程》主编：

王秉钧北京大学出版社，2005

[3].《简明电子元器件手册》主编：

于安红上海交通大学出版社，2005

[4].《电子线路设计、实验、测试》主编：

谢自美华中理工大学出版社，1998

[5].《通信原理》主编：

江晓林哈尔滨工业大学出版社，2010