fsk数字信号的解调

陕西理工学院课程设计1通信原理课程设计课程：通信原理题目：FSK数字信号的解调所属院(系)：物理与电信工程学院专业班级：通信1103班姓名：姚芬芬学号：1113024094指导老师：熊国庆完成地点：物理与电信工程实验室2013年03月5日陕西理工学院课程设计2陕西理工学院课程设计任务书学生姓名姚芬芬学号1113024094级班通信1103班专业通信工程设计题目FSK数字信号的解调指导教师姓名熊国庆合作人员赵京菊青青设计（论文）内容：（1）设计指标①输入10011001实现的数字调频信号；②采用锁相环或其他方式，实现上述数字信号的解调；（2）设计要求①设计电路在matlab环境中；②利用simulink完成设计电路的仿真（包括元器件型号及参数选择）；③制作电路。参考文献：[1].龙光利.侯宝生.王战备.通信原理[M].清华大学出版社.2012[2].曾兴雯.高频电子线路[M].高等教育出版社，2009[3].张笑天.杨奋强.MATLAB7.X基础教程【M】.西安电子科技计大学出版社.2012[4].龙光利.通信原理实验指导书[M].龙光利著.2013[5].熊伟候传教.Multisim7电路设计及仿真应用[M].清华大学出版社，2005[6]．郑继禹,张厥盛,万心平.锁相技术[M].西安电子科技大学出版社，1994陕西理工学院课程设计3目录摘要....................................错误!未定义书签。1绪论................................错误!未定义书签。2方案设计...............................错误!未定义书签。2.1方案比较.............................错误!未定义书签。2.2方案论证.............................错误!未定义书签。3MATLAB中的电路仿真....................错误!未定义书签。4用multisim进行电路仿真................错误!未定义书签。5FSK数字解调的硬件设计..................错误!未定义书签。6所遇问题及解决方法......................错误!未定义书签。7总结..................................错误!未定义书签。8致谢..................................错误!未定义书签。附录ABC................................错误!未定义书签。陕西理工学院课程设计4利用相关芯片实现FSK信号的调制与解调电路的设计摘要：频移键控（FSK）操作方法简单，易于实现；在解调的过程中不须恢复本地载波，也可进行异步传输；并且抗噪声和抗衰落性能也都较强。因此，频移键控（FSK）的调制与解调技术在通信行业中得到了广泛地应用，且主要适用于低、中速数据的传输。本文主要介绍锁相环芯片的基本特点、工作原理和用途，并详细的阐述了利用锁相环芯片实现FSK信号的调制与解调工作的基本原理和主要设计过程。在技术方面，主要介绍FSK调制与解调的相关原理和基本技术。最后对整个实验设计过程进行总结分析，并深入探讨了课题的主要研究工作及意义，加深了对数字移频键控的调制与解调方法的理解；更加深入的学习了锁相环的设计原理，并加强了对锁相环的应用。关键词：锁相环；FSK；调制；解调UsingChiptoAchieveFSKSignalModulationandDemodulationCircuitDesignAbstract:Frequencyshiftkeying(FSK)operationmethodissimple,easytoimplement;Intheprocessofdemodulation,neednottorestorethelocalcarriercanalsobeusedforasynchronoustransmission;Andantinoiseandfadingresistanceisstrong.Therefore,frequencyshiftkeying(FSK)modulationanddemodulationtechnologyhasbeenwidelyusedinthecommunicationsindustry,andismainlysuitableforlowandmediumspeeddatatransmission.thebasiccharacteristicsofFSKsignal,theworkingprincipleandpurpose,andexpoundsindetailtheuseofFSKsignalmodulationanddemodulationoftheworkandthemaindesignprocess.Intermsoftechnology,mainlyintroducestheFSKmodulationanddemodulationprincipleandbasictechnology.Finallytosummarizethewholeprocessofdesignofexperimentisanalyzed,anddiscussedthemainresearchworkandsignificanceoftopics,deepenedtheFSKdigitalmodulationanddemodulationwaysofunderstanding;Morein-depthstudy,thedesignprincipleofphase-lockedloop,andstrengthentheapplicationofphase-lockedloop.Keywords:Phase-lockedloop;FSK;Modulation;Demodulation陕西理工学院课程设计5第一章诸论随着现代社会的不断进步，电子计算机和电子科学技术不断地普及到我们的家庭中。通信对我们来说显得越来越至关重要，也与我们密不可分。在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。因此，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。又由于基带数字信号包含了丰富的低频部在新分,如果要远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道无线或光纤信道传输时,必须对数字信号进行载波调制,使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上,这就称为数字调制。它可以分别对载波的幅度、频率、相位进行调制,于是有ASK(移幅键控)、FSK(移频键控)、PSK(移相键控)等调制方式。图1-1数字调制系统的基本结构在接收端，通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。在输出端则可以采用非相干解调法、相干解调法、过零检测法、鉴频法和差分检波法等将其信号解调出来，本论文将详细介绍fsk信号的解调，并将其仿真、硬件包括其中。对于通信技术而言，通信的质量问题是非常关键的，而又由于频移键控（FSK）的调制和解调原理都相对比较简单，易于实现，并且解调不须恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。因此，FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用，并且主要适用于用于低、中速数据传输。所以，作为数字通信原理的一门入门学科，透彻的理解频移键控（FSK）后可以更好地理解其他较复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下坚实的基础。陕西理工学院课程设计6第二章方案设计2.1方案比较数字调频信号的解调方法很多，如相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。而下面就相干检测法、非相干检测法、锁相环法、过零检测法和差分检测法进行介绍。2.1.1过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法方框图及各点波形如图2.2.4所示。在图中，2FSK信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率——幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。图2.1.1过零检测法方框图及各点波形图2.1.2相干检测法相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图2.2.2所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。陕西理工学院课程设计7图2.1.2FSK相干检测方框图2.1.3锁相环法锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图所示。图2.1.3锁相环基本组成2.1.4非相关检测法2FSK信号的包络检波法解调方框图如图2.1.4所示，其可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同，分别为1f、2f起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应，下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路及的抽样陕西理工学院课程设计8值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为图2.1.42FSK信号包络检波方框图2.1.5差分检波法差分检波法的原理如图2.1.5所示，输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调制器），另一路经时延τ送到乘法器，相乘后再经低通滤波器提取信号。解调的原理可作如下说明：设输入为tA)cos(0，它与时延之波形的乘积为))(cos()cos(00tAtA若用低通滤波器除去倍频分量，则其输出为)()2(02COSAV可见，V是角频率偏移的函数，但却不是一个简单的函数关系。现在我们是当地选择使0cos0则有0sin=1，故此有sin)2(2AV当20时或sin)2(2AV当20时若角频偏较小；1，则有)2(2AV当20时或)2(2AV当20时BPFBPF半波全波整流半波全波整流LPFLPF抽样判决器定时脉冲陕西理工学院课程设计9由此可见，当满足条件0cos0及1时，输出电压V将与角频偏呈线性关系。这是鉴频特性所要求的。差分检波法基于输入信号与延迟的信号相比较，信道上的延迟失真，将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当有较严重延迟失真使，它的性能要比鉴频法优越。不过差分检波法的实现将要受条件0cos0的限制。图2.1.5差分检波原理2.2方案论证由于锁相环解调的电路图简单，且分析方法也比较易懂。除此之外，它还具