2FSK的调制与解调

摘要在本二进制移频键控调制解调电路中，其中调制系统由模拟开关电路以及两个射随、选频电路组成。解调是用非相干解调，即包络检波法。在设计过程中，采用模块化的设计方法，并使用了Multisim工具软件，在计算机屏幕上仿真实验，绘制电路图所需的元件、芯片以及导线均可在屏幕上选取，提高了设计效率。本方案的优点是产生的FSK信号频率稳定度好，转换速度快，波形好。关键词：射随/选频电路；模拟开关；包络检波；仿真2目录摘要前言.................................................................................................................4一、2FSK的调制解调原理介绍.....................................................................................................52.12FSK的调制原理..................................^...52.22FSK信号的解调原理..................................6二、各单元电路设计.............................................................................................83.12FSK调制单元............................................83.1.1射随、选频电路.......................................83.1.2模拟开关电路........................................83.22FSK解调单元............................................9三、总体电路与电路仿真...................................................................................104.1总体电路设计...........................................104.2调制和解调的仿真结果图................................10参考文献.......................................................13设计总结...............................................................................................................14附件1：各元件引脚图......................................................................................15附件2：元器件清单...........................................................................................163前言在通信系统的设计、实验过程中，通信信号仿真具有灵活性好、经济等诸多优点，通信中的一个基本概念就是调制，是指用携带有用信息的调制信号去控制高频载波信号。数字调频又称移频键控（frequencyshiftkeying,FSK）,它是用不同的载波来传送数字信号的。调频信号即2FSK信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，广泛的应用于低速数据传输通信系统中。2FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频率键控法。直接调频法是用数字基带信号直接控制载波振荡器的振荡频率。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。而频率键控法则不同，它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而实现FSK调制。2FSK是利用载频频率的变化来传输数字信息的。数字载频信号有相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。由于键控法的诸多优点，因此本实验电路利用移频键控法，由振荡器产生不同的载频频率作为两个不同频率的载频信号，即为相位不同的数字调频信号，由基带信号对不同频率的载波信号进行选择。4一、2FSK的调制解调原理介绍1.12FSK的调制原理FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法。直接调频法是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如（a图）所示，使其能够输出两个不同频率的码元。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。图1.1频移键控法有两个独立的振荡器。它是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，（b图）所示。图1.2以上两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只是由调频器产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续的，如（c）图所示;而开关法产生的2FSK信号则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位是不一定连续的，如（d）所示。图1.35综上所述，我们这次设计采用键控法产生2FSK信号。1.22FSK信号的解调原理2FSK信号的解调可分为相干解调和非相干解调两种方法。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规定与调制规定相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。本次设计采用非相干法（即包络解调法），其方框图如下。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为f1和f2的高频脉冲经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出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。图1.4设频率f1代表数字信号1；f2代表数字信号0，则抽样判决器的判决准则：x1-x20判决输入为f1信号X1-x20判决输入为f2信号式中x1和x2分别为抽样判决时刻两个包络检波器的输出值。6二、各单元电路设计2.12FSK调制单元要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。2.1.1射随、选频电路图2.1射随、选频电路电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过开关送入。两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关。LC选频电路函数：2.1.2模拟开关电路输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=8KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=4KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=8KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=4KHz，于是可在输出端得到FSK已调信号。4066模拟开关电路如下图所示：LCf217图2.24066模拟开关电路CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。引出端排列与CC4016一致，但具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低。2.22FSK解调单元2FSK信号的解调方法有：包络检波发、相干解调发、鉴频法、过零点检测法等，在这次课设中我们采用包络检波法。由于一路2FSK信号可视为两路2ASK信号，所以，2FSK信号也可以采用包络检波解调。性能分析模型如下所示:8图2.3解调原理框图与同步检测法解调相同，接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形和分别表示为下式:观察上述的公式和实验框图可把其实验框图和实验波形图一起表示,同学们可以再进一步了解一下包络检波器是一种线性不失真检波电路，其主要指标是：电压传输系数（检波效率）、输入阻抗。在选择检波器的元件参数时，二极管的导通电压尽可能小.9三、总体电路与电路仿真3.1总体电路设计以下电路即为本次设计的调制解调电路：图3.1Multisim仿真电路.经过放大、选频后送入模拟开关调制出2FSK信号。然后将调制信号送入解调器，经滤波、整流后解调处所用信号。3．2调制和解调的仿真结果图10图3.2调制电路仿真结果其中上面的正弦波即为调制出的2FSK信号，下面的为输入的同频率的方波信号，与2FSK信号做对比。11图3.3解调电路仿真结果以上即为出的波形图，其中蓝色的线表示的是判决门限电平，与绿色的作对比。当解调出的波大于判决门限电平时，输出“1”，反之则输出“0”。红色的线即代表输出结果。12参考文献：[1]侯丽敏.通信电子线路.清华大学出版社.2008[2]谢阮清.解月珍.通信电子线路.北京邮电大学出版社.2000[3]沈琴.非线性电子线路.高等教育出版社.2004[4]谢嘉奎,冯军.电子线路线性部分.北京:高等教育出版社,2010.[5]许杰.模拟电子线路.北京:国防工业出版社,2006.[6]张肃文.高频电子线路.北京:高等教育出版社,2009.[7][美]JackRSmith.现代通信电路.人民邮电出版社，2006.[8]黄智伟.射频电路设计.北京：电子工业出版社，20006[9]张肃文.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社,1993[10]曾兴雯.高频电路原理与分析[M].西安：西安电子科技大学出版社，200213四、设计总结本次课程设计的目的是让我们掌握电子系统的一般设计方法，掌握2FSK调制器的调制原理以及2FSK调制器的设计方法，同时也让我们巩固了本学期所学的理论知识并能够指导实践。通过这次课程设计，我们学到了很多在课本上学习不到的知识，也让我们收获了很多。还记得刚拿到任务书的时候，我们几乎是集体到图书馆去借书，但是到了那里我们才发现不知道该拿哪一本才能对我们的帮助最大化。直到以后的几天里，我们才对这此设计的内容及任务有了明确的认识，以至于在以后的设计过程中，我们顺利的完成了此次设计。这次设计我们还用了软件的仿真，仿真过程告诉我们，当需要的东西没有给出时一定要学会利用网络或其他途径去获取，同时仿真过程也是一个考验我们耐心与细心的过程，在仿真的过程中我们遇到了许多困难，也出现了不少的错误，但是经过我们分析思考、请教老师以及小组讨论，这些问题都一一解决了，在这个过程中，我们学会了使用Multisim这款实用软件。总之，这次设计是收获丰富的，我们不仅学到了新知识，培养了兴趣，开阔了视野，激发了思维，同时也看到了自身的缺陷，所以这次设计也是快乐的，我想在以后的日子里，我们会继续努力的。14附件1：各元件引脚图：1、74LS04非门芯片引脚图2、CD4066多路复用开关15附件2：元器件清单：元件序号型号主要参数数量1E901/902/903/90447μF42L9016.8mH13L9028.2mH14C9015100P15C90215kP16W9010kΩ27R901/90733K28R902/908/904/905/910/91122K69CD406VDD-0.5to+18VVIN-0.5toVCC+0.5V11074LS04VCC+4.5Vto+5V1