FSK課程設(shè)計課件(新)

1、題目：題目：2FSK2FSK調(diào)制及解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)調(diào)制及解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)1 1. . 經(jīng)歷工程設(shè)計與實現(xiàn)過程，為后續(xù)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計奠經(jīng)歷工程設(shè)計與實現(xiàn)過程，為后續(xù)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計奠定工作基礎(chǔ)；定工作基礎(chǔ)； 2.2.掌握掌握2FSK的調(diào)制與解調(diào)的實現(xiàn)方法；的調(diào)制與解調(diào)的實現(xiàn)方法； 3.3.遵循本系統(tǒng)的設(shè)計原則，理順基帶信號、傳輸頻帶及遵循本系統(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；兩個載頻三者間相互間的關(guān)系； 4.4.加深理解加深理解2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的工作原理，學(xué)會對調(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。工作過程進(jìn)行

2、檢查及對主要性能指標(biāo)進(jìn)行測試的方法。設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容： 1. 根據(jù)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；調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理設(shè)計實現(xiàn)方案； 2. 理順低通濾波器理順低通濾波器3db帶寬與基帶信號傳輸速率間的關(guān)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；系，兩個載頻間隔和基帶信號速率間的關(guān)系； 3. 用硬件電路或軟件模擬實現(xiàn)設(shè)計方案。用硬件電路或軟件模擬實現(xiàn)設(shè)計方案。 4. 著眼于時間、頻率、頻譜、頻帶，觀察著眼于時間、頻率、頻譜、頻帶，觀察2FSK信號。在信號。在時域，觀察單元電路各點的波形、眼圖、誤碼；在頻域，時域，觀察單元電路各點的波形、眼圖、誤

3、碼；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；個載頻頻率； 5. 根據(jù)實驗記錄的波形和數(shù)據(jù)，分析根據(jù)實驗記錄的波形和數(shù)據(jù)，分析2FSK調(diào)制解調(diào)過程調(diào)制解調(diào)過程和性能。和性能。技術(shù)要求技術(shù)要求( (硬件硬件) )： 1.兩載頻兩載頻 f1、f2 由一個方波振蕩器產(chǎn)生。由一個方波振蕩器產(chǎn)生。 f1=8kHz 、 f2=4kHz，數(shù)字基帶信號時鐘，數(shù)字基帶信號時鐘頻率頻率fs=1kbit/s； 2.設(shè)計一個設(shè)計一個m序列產(chǎn)生器（序列產(chǎn)生器（15位），作為位），作為數(shù)字基帶信號；數(shù)字基帶信號； 3.解調(diào)采用非相干解調(diào)技術(shù)；解

4、調(diào)采用非相干解調(diào)技術(shù)；技術(shù)要求技術(shù)要求( (軟件軟件) )： 1.兩載頻兩載頻 f1、f2 分別是分別是 f1=8kHz 、 f2=4kHz，數(shù)字基帶，數(shù)字基帶信號時鐘頻率信號時鐘頻率fs=1kbit/s； 2.設(shè)計一個設(shè)計一個m序列產(chǎn)生器（序列產(chǎn)生器（15位），作為數(shù)字基帶信號；位），作為數(shù)字基帶信號； 3.設(shè)計方波移頻鍵控調(diào)制及非相干解調(diào)方案設(shè)計方波移頻鍵控調(diào)制及非相干解調(diào)方案; 4.設(shè)計正弦波移頻鍵控調(diào)制及相干解調(diào)方案（選做設(shè)計正弦波移頻鍵控調(diào)制及相干解調(diào)方案（選做2FSK的載波提?。?；的載波提?。?； 5.對上述兩套方案分別進(jìn)行中間信號分析及系統(tǒng)抗噪聲對上述兩套方案分別進(jìn)行中間信號分析及

5、系統(tǒng)抗噪聲性能分析并做對比。性能分析并做對比。四四. . 設(shè)計步驟（硬件）：設(shè)計步驟（硬件）：根據(jù)技術(shù)要求及功能框圖設(shè)計電原理圖；查閱器根據(jù)技術(shù)要求及功能框圖設(shè)計電原理圖；查閱器件手冊，提出使用器材；選做件手冊，提出使用器材；選做MULTISIM仿真；仿真；擬定測試項目、提出測試所用儀器及測試方法；擬定測試項目、提出測試所用儀器及測試方法；在面包板上插接、調(diào)測、改進(jìn)、完善方案；在面包板上插接、調(diào)測、改進(jìn)、完善方案；撰寫課程設(shè)計報告。撰寫課程設(shè)計報告。四四. . 設(shè)計步驟（軟件）：設(shè)計步驟（軟件）：根據(jù)技術(shù)要求在根據(jù)技術(shù)要求在SYSTEMVIEW軟件中設(shè)計模塊軟件中設(shè)計模塊功能框圖；功能框圖；擬

6、定測試項目、提出測試方法；擬定測試項目、提出測試方法；在軟件中設(shè)置各模塊參數(shù)，調(diào)試，聯(lián)調(diào)，改進(jìn)、在軟件中設(shè)置各模塊參數(shù)，調(diào)試，聯(lián)調(diào)，改進(jìn)、完善方案；完善方案；撰寫課程設(shè)計報告。撰寫課程設(shè)計報告。 1. 研究相關(guān)原理，查閱所用器件手冊或軟件中研究相關(guān)原理，查閱所用器件手冊或軟件中功能模塊說明，畫出實現(xiàn)電路圖，給出設(shè)計方案。功能模塊說明，畫出實現(xiàn)電路圖，給出設(shè)計方案。進(jìn)實驗室時上交（占進(jìn)實驗室時上交（占3-4天時間）；天時間）； 2. 在實驗室實現(xiàn)方案及調(diào)試（占在實驗室實現(xiàn)方案及調(diào)試（占4-5天時間）；天時間）； 3. 撰寫課程設(shè)計報告（占撰寫課程設(shè)計報告（占1-2天時間）。天時間）。六六. .課

7、程設(shè)計報告的要求：課程設(shè)計報告的要求： 1.給出最后完成的方案并作詳細(xì)的電路分析；給出最后完成的方案并作詳細(xì)的電路分析； 2.介紹測試項目、測試方法、整理測量數(shù)據(jù)、分介紹測試項目、測試方法、整理測量數(shù)據(jù)、分析性能指標(biāo)；析性能指標(biāo)； 3.總結(jié)設(shè)計、調(diào)試過程中的收獲和總結(jié)設(shè)計、調(diào)試過程中的收獲和 體會，同時體會，同時提出相應(yīng)建議；提出相應(yīng)建議；七七. .參考資料：參考資料：現(xiàn)代通信原理與技術(shù)現(xiàn)代通信原理與技術(shù). 張生輝、曹麗娜張生輝、曹麗娜 . 西安電子科技大學(xué)出版西安電子科技大學(xué)出版社社現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理. 曹志剛、錢亞生曹志剛、錢亞生 . .清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社實用電子電路手冊實

8、用電子電路手冊. （數(shù)字電路部分）（數(shù)字電路部分）.高等教育出版社高等教育出版社實用電子電路手冊實用電子電路手冊. （模擬電路部分）（模擬電路部分）.高等教育出版社高等教育出版社SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計 羅衛(wèi)兵 等 編著, 西安電子科技大學(xué)出版社 SystemView通信仿真開發(fā)手冊戴妍峰 編著,國防工業(yè)出版社 八八. .2FSK調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制解調(diào)原理在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通在實際信道中，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)字帶通傳輸特性的信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對

9、載波進(jìn)行調(diào)制，完成頻譜搬移，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變換成頻帶信號后，才能在帶通傳輸特性的信道中傳輸。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)字基帶信號在數(shù)字基帶信號在 f1和和f2兩個載頻間切換，則產(chǎn)生兩個載頻間切換，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控制信號（二進(jìn)制移頻鍵控制信號（2FSK信號）。二進(jìn)制移信號）。二進(jìn)制移頻鍵控制信號的產(chǎn)生方法如圖頻鍵控制信號的產(chǎn)生方法如圖1所示。圖所示。圖1（a）是）是采用數(shù)字鍵控的實現(xiàn)方法，圖采用數(shù)字鍵控的實現(xiàn)方法，圖1（b）是方波）是方波2FSK信號的時間波形。

10、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（一）二進(jìn)制移頻鍵控制信號的產(chǎn)生方法 圖圖1 1（a a）2FSK2FSK信號產(chǎn)生原理圖信號產(chǎn)生原理圖圖圖1 1（b b） 2FSK2FSK信號的時間波形信號的時間波形在圖在圖1（a）中，兩個載頻受輸入的二進(jìn)制基帶）中，兩個載頻受輸入的二進(jìn)制基帶信號控制，在一個碼元信號控制，在一個碼元 TS 期間，輸出期間，輸出 f1 或或 f2 兩兩載頻之一。若二進(jìn)制基帶信號的載頻之一。若二進(jìn)制基帶信號的“1”對應(yīng)于載頻對應(yīng)于載頻 f1，“0”對應(yīng)于載頻對應(yīng)于載頻 f2，則二進(jìn)制移頻鍵控制信，則二進(jìn)制移頻鍵控制信號的時域表達(dá)式為：號的時域表達(dá)式為： 21

11、11222( )( ) cos()( ) cos()FSKetAm ttAm tt（1式）式） 式中，式中，A為兩個載波的幅度（數(shù)字電路的輸出為兩個載波的幅度（數(shù)字電路的輸出幅度，設(shè)兩幅度正好相等幅度，設(shè)兩幅度正好相等)1=2f1，2=2f2，1和和2是兩個載頻的初始相角；是兩個載頻的初始相角；m1(t) 和和 m2(t)是是周期開關(guān)函數(shù)，定義為：周期開關(guān)函數(shù)，定義為： S11S212t T 2( )02 t T 2SSTm tTS12S22t T20( )2 t T21SSTm tT（式）（式）（式）（式） 且m1(t)和m2(t)滿足下列關(guān)系式： 11221, 2,SSm t mTm tm

12、m t mTm t（式）（式） 相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號的功率相位不連續(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，如圖鍵控功率譜密度的疊加，如圖2所示。所示。oosffosffoffFSKSf2sf0 . 8sf0.5h 0.7h 1h 圖相位離散的圖相位離散的2FSK信號的功率譜示意圖信號的功率譜示意圖從圖從圖2中可以看出（詳見通原課本中可以看出（詳見通原課本P198P198分析）：分析）：1 1、2FSK的頻譜由連續(xù)譜和離散譜所組成，其中離散譜的頻譜由連續(xù)譜和離散譜所組成，其中離散譜位于兩個載頻位于

13、兩個載頻 f1 和和 f2處，連續(xù)譜由兩個中心位于處，連續(xù)譜由兩個中心位于 f1 和和 f2 處的雙邊譜疊加形成；處的雙邊譜疊加形成；2 2、若兩個載波頻差小于、若兩個載波頻差小于 fs , ,則連續(xù)譜在則連續(xù)譜在 f0 處出現(xiàn)單峰；處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于若載頻差大于 fs ，則連續(xù)邊譜距離拉開，出現(xiàn)雙峰；，則連續(xù)邊譜距離拉開，出現(xiàn)雙峰；3 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、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率間隔作為2FSK信號的帶寬，則信號的帶寬，則2FSK信號的頻帶寬信號的頻帶寬度度B2FSK為為2122FSKsBfff （式）（式） 研究結(jié)果表

14、明，在設(shè)計移頻鍵控系統(tǒng)時，為了獲得研究結(jié)果表明，在設(shè)計移頻鍵控系統(tǒng)時，為了獲得最佳分路特性最佳分路特性( (獲得最佳抗噪聲性能獲得最佳抗噪聲性能) )，通常選用的兩個，通常選用的兩個載頻載頻 f1和和 f2在碼元周期在碼元周期 TS內(nèi)具有正交特性，即內(nèi)具有正交特性，即 上式在上式在 f1 和和 f2 間隔為間隔為1 / 2TS的整數(shù)倍時都能滿足，的整數(shù)倍時都能滿足，即即 （n=1,2,） 工程上一般取工程上一般取 f1 - f2=(35) / Ts11220cos() cos()0sTttdt122SnffT（式）（式）（式）（式）（6式）式）（二）（二）2FKS 信號的解調(diào)方法信號的解調(diào)方法

15、二進(jìn)制移頻鍵控信號的解調(diào)可采用相干解調(diào)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)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，提取統(tǒng)中，提取f1和和f2會大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。采用會大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。采用非相干解調(diào)的原理圖如圖非相干解調(diào)的原理圖如圖3所示所示, ,它是一種過零檢測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的方法，整個解調(diào)過程的時間波形如圖4所示。所示

16、。 mFSK（ t）abcdef限 幅 器微 分整 流脈 沖形 成 器低 通濾 波 器圖圖3 過零檢測過零檢測abcdef圖圖4 4 過零檢測法的時間波形過零檢測法的時間波形九、在設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題九、在設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題: : （1）方波）方波2FSK調(diào)制器方案介紹調(diào)制器方案介紹: 二進(jìn)制移頻鍵控信號的產(chǎn)生原理圖如圖二進(jìn)制移頻鍵控信號的產(chǎn)生原理圖如圖5 5所所示。示。圖圖5 5 數(shù)字移頻鍵控信號產(chǎn)生原理圖數(shù)字移頻鍵控信號產(chǎn)生原理圖 按（按（8式）和（式）和（5式），兩載頻式），兩載頻 f1、f2 和和fs 應(yīng)應(yīng)折中選取，另外根據(jù)國際電報電話咨詢委員會折中選取，另外根據(jù)國際電報電話咨詢

17、委員會（CCITT）的建議，傳輸速率為）的建議，傳輸速率為1200波特以下波特以下的設(shè)備采用的設(shè)備采用FSK，因而本實驗的碼元速率選在，因而本實驗的碼元速率選在1kHz左右，這樣左右，這樣 f1、f2 和和 fs 三個頻率的取值分三個頻率的取值分別為別為f1 ？、？、 f？和？和f？ 。 (2)、信源的具體電路、信源的具體電路(參見圖參見圖6):(3)(3)、2FSK2FSK調(diào)制器的電路調(diào)制器的電路: :圖圖8 8 2FSK調(diào)制器的電路調(diào)制器的電路 （4 4）2FSK2FSK信號的解調(diào)方案信號的解調(diào)方案 從前面原理的介紹中，我們知道從前面原理的介紹中，我們知道2FSK調(diào)制信調(diào)制信號的解調(diào)用非相

18、干過零檢測法，由圖號的解調(diào)用非相干過零檢測法，由圖3可見，必可見，必須有六個單元模塊來完成?？紤]到須有六個單元模塊來完成?？紤]到2FSK信號的信號的產(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)框圖如圖功能是較簡單的，解調(diào)器的解調(diào)框圖如圖9所示。所示。圖圖9 9 2FSK 2FSK信號解調(diào)器的組成框圖信號解調(diào)器的組成框圖圖圖10 10 解調(diào)器的電路圖解調(diào)器的電路圖

19、 脈沖形成電路用雙脈沖形成電路用雙J-K觸發(fā)器觸發(fā)器74LS107、二極管、二極管、阻容等元件組成。具體電路如圖阻容等元件組成。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：該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是： =1=1或或Q=0。當(dāng)當(dāng)CP端有輸入信號觸發(fā)時，輸入信號的下降沿使電端有輸入信號觸發(fā)時，輸入信號的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生改變路狀態(tài)發(fā)生改變: :Q=1，=0=0。這時。這時J-K觸發(fā)器清零端的電壓觸發(fā)器清零端的電壓VRD將降低，當(dāng)降至將降低，當(dāng)降至1.4V左右時，觸發(fā)器清零，電路又回到左右時，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)反向充電，因為反向充電的時常數(shù)充充= rD C較小，因而觸發(fā)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端維持低電端維持低電平。顯然