FSK实验报告

深圳大学实验报告课程名称：通信原理实验项目名称：数字调制技术学院：信息工程学院专业：通信工程指导教师：李晓滨报告人：学号：2011130147班级：2班实验时间：2013年11月21日实验报告提交时间：2013年12月5日教务处制教务部制一、实验目的与要求：1．掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试；2．掌握FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试；3.学习FSK（ASK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。二、方法、步骤：1．插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“FSK调制模块”、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2．信号线连接：用专用导线将4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。3．加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4．设置好跳线及开关：用短路块将16K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的15位m序列输出；设置为“00010”，4P01产生2K的31位m序列输出。5．载波幅度调节：16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。6．FSK调制信号和巳调信号波形观察：双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调制信号和巳调信号波形，记录实验数据。7．噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。8．FSK解调参数调节：调节17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16KHz行不行？），同时可用频率计监测17TP02信号频率。9．无噪声FSK解调输出波形观察：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接17P02同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并作记录，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。10．加噪声FSK解调输出波形观察：调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。11．关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。注：由于本实验中载波频率为16KHz、32KHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过4KHz。三、实验过程及内容：数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。（一）FSK调制电路工作原理FSK调制电路是由两个ASK调制电路组合而成，它的电原理图，如图1-1所示。16K02为两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块仅将1-2脚相连，输出“1”码对应的ASK已调信号；用短路块仅将3-4脚相连，输出“0”码对应的ASK已调信号。用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。因此，本实验箱没有专门设置ASK实验单元电路。图1-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A打开，此时输出f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关4066。载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。基带数据和已调信号实测波形，如图1-3。（二）FSK解调电路工作原理FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图1-2所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片MC4046。其中，压控振荡器的频率是由17C02、17R09、17W01等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。数据处理分析：1、4P01产生的15位m序列2、16TP03和16TP04波形3、FSK调制信号和已调信号4、3TP01的噪声电平。5、3P02信号，幅度：4V6、17TP02解调参数信号7、解调输出波形实验3-1PSK调制解调一、实验目的1.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；2.掌握二相相位键控调制解调的工作原理及性能测试；3.学习二相相位调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。二、实验仪器1．时钟与基带数据发生模块，位号：G2．PSK调制模块，位号A3．PSK解调模块，位号C4．噪声模块，位号B5．复接/解复接、同步技术模块，位号I6．20M双踪示波器1台7．小平口螺丝刀1只8．频率计1台（选用）9．信号连接线4根三、实验原理相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（PSK或CPSK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。（一）PSK调制电路工作原理二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。相位键控调制解调电原理框图，如图6-1所示。1．载波倒相器模拟信号的倒相通常采用运放来实现。来自1.024MHz载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即π相载波信号。为了使0相载波与π相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01和37W02调节。2．模拟开关相乘器对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。0相载波与π相载波分别加到模拟开关A：CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：CD4066的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关B的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出0相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。输出π相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02合路叠加后输出为二相PSK调制信号。另外，DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列{an}，通过码型变换器变成相对码序列{bn}，然后再用相对码序列{bn}，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01点的绝对码信（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01点的数字信号来说，此调制即为DPSK调制)。（二）相位键控解调电路工作原理二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图6-2所示。该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：N次方环、科斯塔斯环(Constas环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。1．二相(PSK，DPSK)信号输入电路由整形电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。图6-2解调器原理方框图2．科斯塔斯环提取载波原理经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud,Ud经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO压控振荡器74S124。它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74S124的输出频率表达式为：f0=5×10-4/Cext，在实验电路中，调节精密电位器38W01(10KΩ)的阻值，使频率控制输入电压(74LS124的2脚)与范围控制输入电压(74LS124的3脚)基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：f0=5×10-4/Cext,再改变4、5脚间电容,使74S124的7脚输出为2.048NHZ方波信号。74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节38W01，用频率计监视测量点38TP02上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz的同步时钟信号。该2.048MHz的载波信号经过分频(÷2)电路：一次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。这样就完成了载波恢复的功能。从图中可看出该解调环路的优点是：①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。但该解调环路的缺点是：存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。DPSK调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。四、各测量点及可调元件的作用1．PSK调制模块37K02：两调制信号叠加。1-2脚连，输出“1”的调制信号；2-3脚连，输出“0”的调制信号。37W01：调节0相载波幅度大小，使37TP02峰峰值2～4V。37W02：调节π相载波幅度大小，使37TP03峰峰值2～4V。37P01：外加数字基带信号输入铆孔。37TP01：频率为1.024MHz方波信号，由4U01芯片(EPM240)编程产生。37TP02：0相1.024MHZ载波正弦波信号，调节电位器37W01改变幅度（2～4V左右）。37TP03：π相1.024MHZ载波正弦波信号，调节电位器37W02改变幅度（2～4V左右）。37P02：PSK调制信号输出铆孔。由开关37K02决定。1-2相连3-4断开时，37P02为0相载波输出；1-2断开3-4相连时，37P02为π相载波输出；1-2和3-4相连时，37P02为PSK调制信号叠加输出。注意两相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真。2．PSK解调模块38W01：载波提取电路中压控振荡器调节