4．分析实验结果。
实验四FSK调制实验
一．实验目的
1掌握伪随机序列的产生方法
2掌握FSK调制原理及其实现方法
二．实验原理
移频控制或称数字频率调制是数字通信中使用较早的一种调制方式，数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息。
在数字通信系统中这种频率的变化不是连续而是离散的，例如在二进制数字频率调制系统中，用两个不同的载频来传递数字信息。
移频控制常常写成FSK（FrequencyShiftKeying）。
FSK广泛应用于低速数据传输设备中，根据国际电联ITU-T的建议，传输速率为1200波特以下的设备一般采用FSK方式传输数据。
FSK具有调制方法简单，易于实现解调，不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和衰落性能较强等特点。
由于这些原因，FSK是在模拟电话网上用来传输数据的低速、低成本异步调制解调器的一种主要调制方式。
在一个FSK系统中，发端把基带信号的变化转换成对应的载频变化，而在收端则完成与发端相反的转换，将载波频率的变化转变为基带信号的变化。
设FSK的两个载频为f1、f2，其中心载频为f0=（f1+f2）/2，又设基带信号的速率为fS，FSK的频谱中，曲线A对应的f1=f0+fS、f2=f0-fS，曲线B对应的f1=f0+0.4fS、f2=f0-0.4fS，从频谱分布可以看出：
FSK信号的频谱由连续谱和线谱组成线谱出现在两个载频位置上；若两个载频的频率之差较小，小于fS，则连续谱出现单峰，若两个载频之差逐渐增大即f1与f2的距离增大连续谱将出现双峰；由此可见传输FSK信号所需的频带f约为f=|f1-f2|+2fS。
本实验为传输370波特基带信号的FSK实验，采用改变分频链、分频比来实现移频键控。
收端采用过零检测恢复基带信号，并从恢复的基带信号中直接提取码元定时信号。
实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类，直接调频法和移频键控法。
本实验采用移频键控法，它便于用数字集成电路来实现，数字频率调制的解调一般有三种方法：
鉴频法、过零检测法和差分检波法。
本实验采用过零检测法进行解调。
目前低速率的移频键控调制解调器有专用的集成电路，例如MOTOROLA公司的MC6800、NE564等。
本实验为帮助理解移频键控调制解调的基本原理，采用小规模集成电路来实现调制解调。
实验电路的总框图如图所示。
实验电路分成FSK发送调制和FSK接收解调，两部分合装在一个实验架上，左边为FSK发送部分，包括方波源、分频器、伪随机序列发生器、调制器驱动器等。
右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决、位同步、码再生等。
该实验系统的各主要组成部分：
1、方波源
方波源为一多谐振荡器以提供FSK的载波和信码定时信号振荡频率约为11800Hz用RW1可微调频率，信码定时信号是方波源输出信号经32分频得到，码率约为370bit/s.
2、调制器
调制器为全数字的可变分频比的分频链，其逻辑图如图所示。
从图可以看出，信码为1时分频链作4分频，即输出频率为2950Hz，信码为0时，分频链作8分频，输出频率为1475Hz。
由于这里的输出为对称方波，所含频率成分较丰富，需要占据较宽的信道频带。
在实际工程中，为节省频带，在送入信道前只取基频分量就可以了，所以实际传输时需要在调制器后接有一带通滤波器，该滤波器的中心频率为多少？
带宽应为多少？
作为思考题留作实验报告的一项计算内容，这样在发送部分的输出端就得到相对于1和0码的2950Hz和1475Hz的正弦波。
但是如果带通的中心频率发生偏移或带通的通带特性不平都会给输出的FSK信号带来寄生调幅，应尽量使之减小。
三．实验设备与器材
1．TCM-P模块化实验平台
2．移频键控（FSK）实验板
3．双通示波器（20MHz以上）
4．万用表（可选）
5．频率计（100MHz）（可选）
6．扫频仪（50MHz以上）（可选）
四．实验内容与记录
1、电源检查。
2、时钟部分实验
观察测量点1.1（方波源信号），本实验的主时钟信号由一个多谐振荡器提供，输出频率约为11800Hz。
可用RW1调整频率，在进行调节前必需征得老师的同意。
观察可变分频比的分频链输出测量点1.2---1475Hz，1.3---2950Hz。
可变分频比的分频链由多级D触发器构成，当信码为1时，使载波信号为主振的4分频，信码为0时使载波信号为主振的8分频。
把示波器的探头接至测量点1.1（调制电路部分处）因为环境温度的影响开机后需要预热一段时间测量点1.1的频率才会稳定到11800Hz，如果当频率稳定后达不到该值时，可用RW1调整频率。
测量点1.11.2的值会随测量点1.1变化。
分别观察并记录测量点1.1、1.2、1.3信号的波形、频率、幅度、占空比，记录频率值，并与计算值核对。
3、信码部分实验
观察测量点1.4---码定时信号，码定时分频链由五级D触发器组成32分频电路，观察测量点1.5---外部输入M序列信号。
码定时分频链及外部输入序列信号为FSK提供信码。
连接实验板的码定时信号输出插孔1.4和实验平台伪随机序列第一路输入插孔，连接实验平台伪随机序列第一路输出插孔和实验板M序列输入插孔1.5，将实验平台第一路伪随机序列设置开关M1-123置为010（设置开关的第7-9位），把双踪示波器的第一路接至实验平台伪随机序列定位测量点M1_P，把示波器的另一路接至实验板测量点1.4，调节示波器使两路信号同时显示，用测量点M1_P做同步信号并调整好两个信号的上下位置和垂直水平偏转系数。
分别观察并记录测量点1.41.5信号一帧的波形频率幅度占空比。
4、FSK调制实验
改变信码输入连接点K-0、K-1、K-M，K-0连接为0码，即低电平输入调制，K-1连接为1码，即高电平输入调制，K-M连接为外部M序列输入调制，在测量点1.6、1.8、OUT处观测FSK调制后的波形，当为M序列输入时在该点可测得FSK调制的平均载波频率。
连接实验板的码定时信号输出插孔1.4和实验平台伪随机序列第一路输入插孔，连接实验平台伪随机序列第一路输出插孔和实验板M序列输入插孔1.5，将信码输入连接点K-1、K-M断开，K-0调制电路部分用短路子连接，把双踪示波器的第一路接至实验平台伪随机序列定位测量点M1_P，把示波器的另一路接至实验板测量点1.6，调节示波器使两路信号同时显示，用测量点M1_P做同步信号并调整好两个信号的上下位置和垂直水平偏转系数。
观察：
i.分别观察并记录测量点1.6、1.8、OUT信号一帧的波形频率幅度占空比。
ii.将信码输入连接点K-1、K-0断开，K-M用短路子连接，分别观察并记录测量点1.6、1.8、OUT信号一帧的波形频率幅度占空比。
六．实验预习与思考题
1．理解FSK调制原理及实现方法。
2．由于FSK信号在信道中传输的是两个载频的切换，那么其频谱是否就是这两个载波的线谱？
或者说信道的频带只要这两个载频之差就够了？
分析说明之。
3．在实际工程中，为节省频带，FSK信号在送入信道前只取基频分量就可以了，所以实际传输时需要在调制器后接有一带通滤波器，该滤波器的中心频率为多少？
带宽应为多少？
七．实验报告要求
1整理FSK调制过程中的各测量点实验数据波形
2详述FSK系统的组成及调制部分的原理与实现方法
3．FSK信号时域、频域表达式及信号时域、频域特点分析。
实验五FSK解调实验
一．实验目的
1、掌握FSK解调原理及其实现方法
2、掌握位同步的作用及其提取方法
3、了解数据传输系统中码再生的方法
二．实验原理
数字频率调制的解调一般有三种方法：
鉴频法、过零检测法和差分检波法。
本实验采用过零检测法进行解调。
实验电路分成FSK发送调制和FSK接收解调，两部分合装在一个实验架上，左边为FSK发送部分，包括方波源、分频器、伪随机序列发生器、调制器驱动器等。
右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决、位同步、码再生等。
1、过零检测
在实验系统的接收端对FSK信号的解调是用过零检测方法实现的，其原理如图所示。
数字调频波的过零点随载频而异，如本实验信码为1时载频为2950Hz，每秒过零点为29502个，信码为0时载频为1475Hz每秒过零点为14752个，因此检出过零点数就可以得到关于频率差异的信息，这就是过零检测的基本思路。
输入信号a经限幅后产生矩形波序列b，经微分后产生c，再经整流就形成与频率变化相对应的脉冲序列d，这个序列就代表着调频波的过零点，将其变换展宽成具有一定宽度的矩形波e，并经过低通滤波器滤除高次谐波便能得到对于原数字信号的基带脉冲信号f。
2、位同步
在数据传输设备的接收端位同步为码再生所必需，而在数字通信中常常是不发送导频或位同步信号的，这就必须直接从数字信号中提取位同步。
本实验就采用这种直接从数字信号中滤波提取位同步的方法，其原理如图所示：
一个不归零的随机二进制序列不能直接从该序列中滤出位同步信号，但是若对该信号进行某种变换，例如变成归零码后则该序列中就有fs=1/Ts的位同步信号分量，经一窄带滤波器就可以滤出此信号分量，再将它经相位调整（移相器或延迟）就形成位同步脉冲。
3、码再生
从过零检测低通滤波器输出的信号必须进行码再生才能恢复出和发端相同的非归零信码，码再生电路用一比较器对解调获得的基带信号进行过零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样定位。
4、有源滤波器
在收端无论是过零检测中的低通，或者是位同步恢复中的带通，工作频率都很低，低通的截止频率为200Hz，带通的中心频率也为370Hz，而且都要求过渡带很窄，这样用LC无源滤波器就遇到元件取值将很大，节数很多而显得笨重，无源RC滤波器也会遇到传输系数太小和过渡带不容易很窄等这样一些矛盾，RC有源滤波器是克服这些矛盾的一个有效方法。
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