FSK通信系統(tǒng)的設計

1、目錄1二進制頻移鍵控的原理1 1.1一般原理與實現(xiàn)方法1 1.2 FSK信號的解調(diào)32單元電路設計6 2.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)6 2.2 2FSK解調(diào)系統(tǒng)73總體電路圖設計94仿真結(jié)果105系統(tǒng)元件11 5.1電子開關(guān)CD406611 5.2 元件清單126實物制作與調(diào)試13 6.1 調(diào)試步驟13 6.2 注意事項13 6.3 故障診斷147心得體會15參考文獻161二進制頻移鍵控的原理數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強，因此在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。11一般原理與實現(xiàn)方法數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進制頻

2、移鍵控記作2FSK。數(shù)字調(diào)頻信號可以分相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩上振蕩器頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號；若兩上振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載波進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應于載頻，而符號“0”對應于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信

3、方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖1.1所示。圖中s(t)為代表信息的二進制矩形脈沖序列， 即是2FSK信號。 圖1.1 2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的數(shù)字表達式可以表示為 （1-1） 其中，s(t)為單極性非歸零矩形脈沖序列 （1-2）（1-3） g(t)是持續(xù)時間為 、高度為1的門函數(shù)； 為對s(t)逐碼元取反而形成的脈沖序列，即 （1-4）是的反碼，即若 =0，則 =1；若

4、 =l，則 =0，于是 （1-5）分別是第n個信號碼元的初相位。一般說來，鍵控法得到的 與序號n無關(guān)，反映在 上，僅表現(xiàn)出當與改變時其相位是不連續(xù)的；而用模擬調(diào)頻法時，由于與改變時的相位是連續(xù)的，故不僅與第n個信號碼元有關(guān)，而且之間也應保持一定的關(guān)系。 由式（1-1）可以看出,一個2FSK信號可視為兩路2ASK信號的合成，其中一路以s(t)為基帶信號、 為載頻，另一路以 為基帶信號、為載頻。 下圖給出的是用鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖，兩個獨立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進制信號，按“1”或“0”分別選擇一個載波作為輸出。 圖1.2用鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖2FSK的的典型時域

5、波形：圖1.3 2FSK的典型時域波形圖1.2 FSK信號的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。 1. 包絡檢波法包絡檢波法可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應的2ASK信號帶寬；中心頻率不同,分別為（、）起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應 ，下支路對應，經(jīng)包絡檢測后分別取出它們的包絡s(t)及；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路s(t)及 的抽樣值分別用表示，則抽樣判決器的判決準則為 圖1.4包絡檢波法原理框圖2.

6、 相干檢測法 相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖1.5所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。 圖1.5相干檢測法原理框圖3. 過零檢測法單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。2FSK輸入信號經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng)微分

7、及全波整流形成與頻率變化相應的尖脈沖序列，這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號的頻率越高。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就完成了頻率幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。 圖1.6過零檢測法原理框圖4. 差分檢測法差分檢波法基于輸入信號與其延遲的信號相比較，信道上的失真將同時影響相鄰信號，故不影響最終鑒頻結(jié)果。實踐表明，當延遲失真為0時，這種方法的檢測性能不如普通鑒頻法，但當信道有較嚴重延遲失真時，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。 2單

8、元電路設計設計一個二相移頻鍵控（2FSK）調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。已知條件：1.載波信號主頻F=11800HZ,，載頻F1=2950HZ，載頻F2=1475HZ。2.數(shù)字基帶信號為7位M序列，傳輸速率約400bit/s。3.不考慮傳輸信道的加噪，可采用直接傳輸。2.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)主要由主載波振蕩器、分頻器、序列發(fā)生器、調(diào)制器、相加器和有源帶通濾波器等構(gòu)成。其調(diào)制電路的組成框圖如圖2.4所示：主載波振蕩器主要提供2FSK的載波和信碼的定時信號，可用集成電路（555）構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的振蕩頻率為11800Hz載波，要求輸出頻率可調(diào)。序列產(chǎn)生電路序列發(fā)生器用D觸發(fā)器構(gòu)成四級移位寄存器組成，

9、形成長度為23-1=7位碼長的偽隨機碼序列，碼率約為400bit/s。圖2.1 序列產(chǎn)生圖分頻器將主載波按設計要求，一般用D觸發(fā)器構(gòu)成適當?shù)姆诸l電路，獲得載頻f1、f2和序列所需的時鐘信號。圖2.2 八分頻圖2.3 四分頻調(diào)制器調(diào)制器可以采用直接選用集成模擬開關(guān)圖2.4調(diào)制部分電路圖2.2 2FSK解調(diào)系統(tǒng)本次課程設計采用非相干解調(diào)法，其電路原理圖如圖2.5所示：對于非相干檢測法，其系統(tǒng)電路構(gòu)成如圖所示。在了解與掌握了2FSK非相干檢測法系統(tǒng)電路的基礎上，進行自己的設計與實驗。需要設計的單元電路有：圖2.5解調(diào)部分電路圖高通濾波器要求采用RC無源電路，構(gòu)成三階高通濾波器。已知2FSK的中心頻率

10、：f=,且濾波器的通帶頻率：f=，所以有： C=,R= 低通濾波器低通濾波器為一般RC濾波器電路，電路元件參數(shù)計算請參閱高頻電子線路中檢波器相關(guān)章節(jié)。電壓比較器電壓比較器用運算放大器構(gòu)成遲滯比較器，參考電壓給定為0.22V。3總體電路圖設計圖3.1總體電路圖4仿真結(jié)果將示波器分別連接P1,P2點，可得M序列與2FSK信號的波形圖：圖4.1 2FSK信號波形仿真圖 將示波器分別連接P1,P3點，可得M序列與2FSK信號解調(diào)后的波形圖：圖4.2 2FSK信后就解調(diào)后波形仿真圖5系統(tǒng)元件5.1電子開關(guān)CD4066CD4066 集成電路內(nèi)部主要由四路功能完全相同的電子開關(guān)組成，各組開關(guān)分別受其相應引腳

11、輸入的電平控制，使電子開關(guān)接通或斷開。它們的控制引腳為13腳(控制與間開關(guān))、腳(控制與間開關(guān))、腳(控制與間開關(guān))、12腳(控制與11間開關(guān))。圖1.7 四雙向模擬開關(guān)4066的邏輯符號圖輸入C開關(guān)狀態(tài)1導通0Z 圖1.8 4066功能表當模擬開關(guān)的電源電壓采用雙電源時，例如=5V，=5V（均對地0V而言），則輸入電壓對稱于0V的正、負信號電壓（5V5V）均能傳輸。這時要求控制信號C=“1”為+5V，C=“0”為-5V，否則只能傳輸正極性的信號電壓。5.2 元件清單表5.1 2FSK系統(tǒng)元件清單序號品名型號數(shù)量序號品名型號數(shù)量1電子開關(guān)CD406618電容0.6uF32電阻1k19電容47u

12、F33電阻10k110電容0.47uF14電阻2k111四輸入非門74ls0415電阻50312運放Rm74116電阻900113運放Rm31117二極管16實物制作與調(diào)試6.1 調(diào)試步驟電子電路調(diào)試方法有兩種，即分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成若干個模塊，對每個模塊分別進行調(diào)試。模塊的調(diào)試順序最好是按信號的流向，一塊一塊的進行，逐步擴大調(diào)試范圍，最后完成總調(diào)。整體調(diào)試法是把整個電路組裝完畢后，不進行分塊調(diào)試，實行一次性總調(diào)。調(diào)試的內(nèi)容應包括靜態(tài)與動態(tài)調(diào)試兩部分。靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒有外加輸入信號的條件下，測試電路各點的電位。動態(tài)調(diào)試包括調(diào)試信號幅值、波形、相位關(guān)系、頻率

13、、放大倍數(shù)及時序邏輯關(guān)系等。萬用表可以測量交、直流電壓，交、直流電流，電阻及值，還常用于判斷二極管、穩(wěn)壓管、晶體管和電容的好壞與引腳。示波器用于觀察與測量電路各點波形幅度、寬度、頻率及相位等動態(tài)參數(shù)。所選用示波器的頻帶必須大于被測信號的頻率，否則，被觀察的波形會嚴重失真。調(diào)試中常需外加一定波形的信號，這時需用到信號發(fā)生器，如正弦波、三角波、方波及單脈沖波等，以測試電路的工作情況。任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認真檢查電路連線是否有錯誤。檢查的方法是對照電路圖，按一定的順序逐級對應檢查。特別要注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的

14、引腳是否接錯，焊點是否牢固等等。一定要調(diào)試好所需要的電源電壓數(shù)值，然后才能給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀察波形和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲音、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后再測量每個集成塊的電源引腳的電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。6.2 注意事項電路經(jīng)靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試正常之后，即可對課題要求的技術(shù)指標進行測試。應認真測量和記錄測試數(shù)據(jù)，并對測試數(shù)據(jù)進行分析，最后做出測試結(jié)論，確定電路的技術(shù)指標是否符合設計要求。采用分塊調(diào)試方法時，對那些非信號流向上的電路應首先單獨進行調(diào)試，之后

15、才能按信號流向順序進行分塊調(diào)試。測試前，應熟悉所使用儀器的使用方法，測試時應注意儀器的地線與被測試電路的地線是否接好。測試過程中，不論是更換元器件，或是更改連線，一定要先關(guān)斷電源，待更換完畢經(jīng)檢查無誤后方可再通電。測試過程中，要認真細致觀測勤于記錄。6.3 故障診斷檢察元器件引腳電源電壓。確定電源是否是否正常。檢查電路關(guān)鍵點上電壓的波形和數(shù)值是否合乎要求。判斷故障來自故障模塊本身還是負載。對照電路圖，仔細檢查故障模塊內(nèi)電路是否有錯。檢查、元器件是否已損壞、儀器是否有問題及使用是否得當。重新分析電路原理圖是否存在問題。是否應該對參數(shù)等做出合理的修改。7心得體會在此次課設中，我深刻體會到了自己知識

16、的缺乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實中還存在有很多問題。在設計電路時，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來實現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。原來，我們學習的電路只是一個理論知識，通過這次實習。使我的理論知識上升到了一個實踐的過程。同時在實踐中也加深了我們對理論知識的理解。為我們提供一個學以致用的平臺，更好地鞏固和復習以前所學的知識，是一次很好的學習過程。這次通信原理課程設計的幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的

17、知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。參考文獻1 樊昌信,吳成柯.通信原理 第五版.北京：國防工業(yè)出版社,20032 曹志剛.現(xiàn)代通信原理與技術(shù) .北京：清華大學出版社,20013 錢亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：

18、清華大學出版社,19944王興亮.通信系統(tǒng)原理教程.西安：西安電子科技大學出版社,20075 沈振元.通信系統(tǒng)原理.西安：西安電子科技大學出版社,1993tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN6