移動通信 實驗二2FSK

2FSK調(diào)制與解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)老師：孫壕王國林一.實驗?zāi)康?

1.掌握FSK調(diào)制與解調(diào)的工作原理及電路組成；2.掌握2FSK的調(diào)制與非相干解調(diào)的實現(xiàn)方法；3.掌握FSK信號的頻譜特性。遵循本系統(tǒng)的設(shè)計原則，理順基帶信號、傳輸頻帶及兩個載頻三者間相互間的關(guān)系；4.加深理解2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的工作原理，學(xué)會對2FSK工作過程進(jìn)行檢查及對主要性能指標(biāo)進(jìn)行測試的方法。二.實驗內(nèi)容：1.根據(jù)2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理設(shè)計實現(xiàn)方案；2.著眼于時間、頻率、頻譜、頻帶、觀察2FSK信號。在時域，觀察單元電路各點的波形、眼圖、誤碼率；在頻域，觀察已調(diào)信號、調(diào)制信號的頻譜，測算傳輸帶寬；測量兩個載頻頻率；3.理順低通濾波器3db帶寬與基帶信號傳輸速率間的關(guān)系，兩個載頻間隔和基帶信號速率間的關(guān)系；4.根據(jù)實驗記錄的波形和數(shù)據(jù)，分析2FSK調(diào)制解調(diào)過程和性能。1、觀察FSK調(diào)制與解調(diào)信號波形。2、觀察FSK信號頻譜。三.技術(shù)要求：

1.兩載頻f1、f2由一個方波振蕩器產(chǎn)生。其中f1=8kHz、f2=4kHz，數(shù)字基帶信號時鐘頻率fs=1kbit/s；2.設(shè)計一個m序列產(chǎn)生器（15位或31位），作為數(shù)字基帶信號；3.解調(diào)采用非相干解調(diào)技術(shù)（在時間充足的情況下，也可以采用鎖相解調(diào)）；

四.實驗步驟：

1、根據(jù)實驗要求及功能框圖設(shè)計電原理圖；查閱器件手冊，提出使用圖幅塊，搭建仿真平臺；2、擬定測試項目、提出測試所用參數(shù)及測試方法；3、在設(shè)計窗口調(diào)測、改進(jìn)、完善方案；分析窗口查看。4、撰寫實驗報告。五.參考資料：通信原理.樊昌信、張甫翊等.國防工業(yè)出版社通信系統(tǒng)仿真.馮育濤.國防工業(yè)出版社通信原理及系統(tǒng)實驗.樊昌信、宮錦文、劉忠成編著電子工業(yè)出版社現(xiàn)代通信原理.曹志剛、錢亞生..清華大學(xué)出版社實用電子電路手冊.（數(shù)字電路部分）.高等教育出版社實用電子電路手冊.（模擬電路部分）.高等教育出版社六.2FSK調(diào)制解調(diào)原理

在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，完成頻譜搬移，變換成頻帶信號后，才能在帶通傳輸特性的信道中傳輸。

在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若載波的頻率隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號在f1和f2兩個載頻間切換，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控制信號（2FSK信號）。二進(jìn)制移頻鍵控制信號的產(chǎn)生方法如圖1所示。圖1（a）是采用數(shù)字鍵控的實現(xiàn)方法，圖1（b）是2FSK信號的時間波形。（一）二進(jìn)制移頻鍵控制信號的產(chǎn)生方法

圖1（a）2FSK信號產(chǎn)生原理圖圖1（b）2FSK信號的時間波形在圖1（a）中，兩個載頻受輸入的二進(jìn)制基帶信號控制，在一個碼元TS期間，輸出f1或f2兩載頻之一。若二進(jìn)制基帶信號的“1”對應(yīng)于載頻f1，“0”對應(yīng)于載頻f2，則二進(jìn)制移頻鍵控制信號的時域表達(dá)式為：

（1式）

式中，A為兩個載波的幅度（數(shù)字電路的輸出幅度，設(shè)兩幅度正好相等)ω1=2πf1，ω2=2πf2，θ1和θ2是兩個載頻的初始相角；m1(t)和m2(t)是周期開關(guān)函數(shù)，定義為：

（２式）（３式）且m1(t)和m2(t)滿足下列關(guān)系式：（４式）

相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號的功率譜可以近似表示成兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控功率譜密度的疊加，如圖2所示。圖２相位離散的2FSK信號的功率譜示意圖

從圖2中可以看出：1、2FSK的頻譜由連續(xù)譜和離散譜所組成，其中離散譜位于兩個載頻f1和f2處，連續(xù)譜由兩個中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加形成；2、若兩個載波頻差小于fs,則連續(xù)譜在f0處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于fs

，則連續(xù)邊譜距離拉開，出現(xiàn)雙峰；3、若以二進(jìn)制移頻鍵控信號功率譜第一個零點之間的頻率間隔作為2FSK信號的帶寬，則2FSK信號的頻帶寬度B2FSK為

（５式）

由以上的分析可知，在設(shè)計移頻鍵控系統(tǒng)時，為了獲得最佳分路特性，通常選用的兩個載頻f1和f2在碼元周期TS內(nèi)具有正交特性，即

上式在f1

和f2間隔為1/2TS的整數(shù)倍時都能滿足，即

（n=1,2,…）

工程上一般取│f1-f2│=(3~5)/Ts（７式）（８式）（6式）（二）2FKS

信號的解調(diào)方法

二進(jìn)制移頻鍵控信號的解調(diào)可采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)。從最佳解調(diào)的觀點看，相干解調(diào)具有最佳的抗干擾性能，但相干解調(diào)必須依賴于解調(diào)端恢復(fù)準(zhǔn)確頻率和相位的參考載波，在移頻鍵控系統(tǒng)中，提取f1和f2會大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。采用非相干解調(diào)的原理圖如圖3所示,它是一種過零檢測的方法，整個解調(diào)過程的時間波形如圖4所示。圖3過零檢測圖4過零檢測法的時間波形七、在設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題:

（1）2FSK調(diào)制器方案介紹:

二進(jìn)制移頻鍵控信號的產(chǎn)生原理圖如圖5所示。

圖5數(shù)字移頻鍵控信號產(chǎn)生原理圖

按（8式）和（5式），兩載頻f1、f2和fs應(yīng)折中選取，另外根據(jù)國際電報電話咨詢委員會（CCITT）的建議，傳輸速率為1200波特以下的設(shè)備采用FSK，因而本實驗的碼元速率選在1kHz左右，這樣f1、f2和fs三個頻率的取值分別為f1＝？、f２＝？和fｓ＝？。

(2)、信源的具體電路(參見圖6):圖6.信源的具體電路(3)、2FSK調(diào)制器的電路:圖82FSK調(diào)制器的電路（4）2FSK信號的解調(diào)方案從前面原理的介紹中，我們知道2FSK調(diào)制信號的解調(diào)用非相干過零檢測法，由圖3可見，必須有六個單元模塊來完成?？紤]到2FSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)集于同一面包板內(nèi)，已調(diào)信號未經(jīng)信道傳輸，沒有畸變、沒有信道的干擾，因而采用數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖形成四大功能是較簡單的，解調(diào)器的解調(diào)框圖如圖9所示。圖92FSK信號解調(diào)器的組成框圖圖10解調(diào)器的電路圖脈沖形成電路用雙J-K觸發(fā)器74LS107、二極管、阻容等元件組成。具體電路如圖10。

該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是：=1或Q=0。當(dāng)CP端有輸入信號觸發(fā)時，輸入信號的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生改變:Q=1，=0。這時J-K觸發(fā)器清零端的電壓VRD將緩慢降低，當(dāng)降至1.4V左右時，觸發(fā)器清零，電路又回到穩(wěn)定狀態(tài)，此時，二極管導(dǎo)通，電容C經(jīng)二極管正向電阻rD反向充電，因為反向充電的時常數(shù)τ充=rDC較小，因而觸發(fā)器清零端的電壓會很快上升至高電位上，保證Q端維持低電平。顯然，輸入信號的下降沿作用后，清零端電平下降到1.4V左右的時間長度與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度τ放=W1C，調(diào)節(jié)W1可以改變形成脈沖的寬度。調(diào)節(jié)W1使脈沖形成電路上下兩支脈沖的寬度分別小于T1/2（T1=1/f1），保證兩路脈沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過窄，因為形成脈沖的寬度將影響低通濾波器輸出幅度的幅度。（5）、低通濾波器的設(shè)計

為了獲得良好的幅頻特性，相加器輸出端所接的低通濾波器的帶外衰減應(yīng)很快，達(dá)40dB/十倍頻程。實驗中采用巴特沃斯低通濾波器，其電路如圖11所示。圖11低通濾波器電路圖

圖11所示的低通濾波器為二階有源低通濾波器。能提供40dB/十倍頻程衰減量，其截止頻率為

通帶增益H0=R3/R1,H0取10，先確定C2，再依C1=KC2來算C1，上式中

(6)、用鎖相環(huán)實現(xiàn)相干解調(diào)

二進(jìn)制移頻鍵控信號也可以采用模擬調(diào)頻方法來產(chǎn)生。第二章非線性調(diào)制器中曾利用過的LM565即可制作2FSK調(diào)制器。在使用VCO完成2FSK調(diào)制時要注意兩點：首先應(yīng)使VCO工作的中心頻率在2FSK信號的中心頻率上，這由LM565

“8”腳和“9”腳的外接電阻和電容決定的；由于在同一定時電容下VCO的頻率有10：1的調(diào)諧范圍，加之要限制FSK信號的頻帶，因而加入“14”腳的數(shù)字基帶信號幅度不可過大，采用LM565產(chǎn)生2FSK信號的實驗線路如圖13所示。圖13采用模擬調(diào)頻方法來產(chǎn)生2FSK信號