2FSK課程設(shè)計課件(新)

題目：2FSK調(diào)制及解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)一.設(shè)計目的:

1.經(jīng)歷工程設(shè)計與實現(xiàn)過程，為后續(xù)進行畢業(yè)設(shè)計奠定工作基礎(chǔ)；2.掌握2FSK的調(diào)制與解調(diào)的實現(xiàn)方法；3.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工作過程進行檢查及對主要性能指標(biāo)進行測試的方法。二.設(shè)計內(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.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； 3.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2FSK信號。在時域，觀察單元電路各點的波形、眼圖、誤碼；在頻域，觀察已調(diào)信號、調(diào)制信號的頻譜，測算傳輸帶寬；測量兩個載頻頻率；5.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。三.技術(shù)要求(硬件)：

1.兩載頻f1、f2由一個方波振蕩器產(chǎn)生。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），作為數(shù)字基帶信號；3.解調(diào)采用非相干解調(diào)技術(shù)；四.技術(shù)要求(軟件)：

1.兩載頻f1、f2分別是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），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;4.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?。?；5.對上述兩套方案分別進行中間信號分析及系統(tǒng)抗噪聲性能分析并做對比。四.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；查閱器件手冊，提出使用器材；選做MULTISIM仿真；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、完善方案；撰寫課程設(shè)計報告。四.設(shè)計步驟（軟件）：

根據(jù)技術(shù)要求在SYSTEMVIEW軟件中設(shè)計模塊功能框圖；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、完善方案；撰寫課程設(shè)計報告。五.設(shè)計安排：

1.

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。進實驗室時上交（占3--4天時間）；2.在實驗室實現(xiàn)方案及調(diào)試（占4--5天時間）；3.撰寫課程設(shè)計報告（占1--2天時間）。六.課程設(shè)計報告的要求：

1.給出最后完成的方案并作詳細的電路分析；2.介紹測試項目、測試方法、整理測量數(shù)據(jù)、分析性能指標(biāo)；3.總結(jié)設(shè)計、調(diào)試過程中的收獲和體會，同時提出相應(yīng)建議；七.參考資料：現(xiàn)代通信原理與技術(shù).張生輝、曹麗娜.西安電子科技大學(xué)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《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

八.2FSK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。

在二進制數(shù)字調(diào)制中，若載波的頻率隨二進制數(shù)字基帶信號在f1和f2兩個載頻間切換，則產(chǎn)生二進制移頻鍵控制信號（2FSK信號）。二進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）是方波2FSK信號的時間波形。（一）二進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，則二進制移頻鍵控制信號的時域表達式為：

（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（詳見通原課本P198分析）：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）

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(獲得最佳抗噪聲性能)，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九、在設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題:

（1）方波2FSK調(diào)制器方案介紹:

二進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