fsk通信系统的设计.docx
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fsk通信系统的设计
fsk通信系统的设计
1二进制频移键控的原理……………………………………………………………1
1.1一样原理与实现方法…………………………………………………………1
1.2FSK信号的解调………………………………………………………………3
2单元电路设计………………………………………………………………………6
2.12FSK调制系统…………………………………………………………………6
2.22FSK解调系统………………………………………………………………7
3总体电路图设计……………………………………………………………………9
4仿真结果…………………………………………………………………………10
5系统元件…………………………………………………………………………11
5.1电子开关CD4066……………………………………………………………11
5.2元件清单……………………………………………………………………12
6实物制作与调试…………………………………………………………………13
6.1调试步骤……………………………………………………………………13
6.2注意事项……………………………………………………………………13
6.3故障诊断……………………………………………………………………14
7心得体会…………………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………16
1二进制频移键控的原理
数字频率调制是数据通信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，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据通信系统中得到了广泛的应用。
1．1一样原理与实现方法
数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。
数字调频信号能够分相位离散和相位连续两种情形。
若两上振荡器频率分不由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不有关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两上振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载波进行分频，如此产生的两个载频确实是相位连续的数字调频信号。
数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息操纵载波的频率。
2FSK信号便是符号“1”对应于载频
，而符号“0”对应于载频
（与
不同的另一载频）的已调波形，而且
与
之间的改变是瞬时完成的。
从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。
模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采纳的实现方法。
2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列操纵的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。
键控法的特点是转换速度快、波形好、稳固度高且易于实现，故应用广泛。
2FSK信号的产生方法及波形示例如图1.1所示。
图中s（t）为代表信息的二进制矩形脉冲序列，即是2FSK信号。
图1.12FSK信号的产生方法及波形示例
按照以上2FSK信号的产生原理，已调信号的数字表达式能够表示为
（1-1）
其中，s（t）为单极性非归零矩形脉冲序列（1-2）
（1-3）
g（t）是连续时刻为、高度为1的门函数；为对s（t）逐码元取反而形成的脉冲序列，即（1-4）
是
的反码，即若
=0，则
=1；若
=l，则=0，因此（1-5）
分不是第n个信号码元的初相位。
一样讲来，键控法得到的与序号n无关，反映在上，仅表现出当
与
改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于
与
改变时
的相位是连续的，故
不仅与第n个信号码元有关，而且
之间也应保持一定的关系。
由式（1-1）能够看出,一个2FSK信号可视为两路2ASK信号的合成，其中一路以s（t）为基带信号、为载频，另一路以为基带信号、
为载频。
下图给出的是用键控法实现2FSK信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分不选择一个载波作为输出。
图1.2用键控法实现2FSK信号的电路框图
2FSK的的典型时域波形：
图1.32FSK的典型时域波形图
1.2FSK信号的解调
数字调频信号的解调方法专门多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。
1.包络检波法
包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。
那个地点，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,分不为（
、
）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应
，下支路对应
，经包络检测后分不取出它们的包络s（t）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s（t）及
的抽样值分不用
表示，则抽样判决器的判决准则为
图1.4包络检波法原理框图
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1.5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。
它们的输出分不与相应的同步相干载波相乘，再分不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。
图1.5相干检测法原理框图
3.过零检测法
单位时刻内信号通过零点的次数多少，能够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，故检出过零点数能够得到关于频率的差异，这确实是过零检测法的差不多思想。
2FSK输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，那个序列就代表着调频波的过零点。
尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流重量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流重量越大，反映着输入信号的频率越高。
经低通滤波器就可得到脉冲波的直流重量。
如此就完成了频率－幅度变换，从而再按照直流重量幅度上的区不还原出数字信号“1”和“0”。
图1.6过零检测法原理框图
4.差分检测法
差分检波法基于输入信号与其延迟τ的信号相比较，信道上的失真将同时阻碍相邻信号，故不阻碍最终鉴频结果。
实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如一般鉴频法，但当信道有较严峻延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。
2单元电路设计
设计一个二相移频键控（2FSK）调制与解调系统。
已知条件：
1.载波信号主频F=11800HZ,，载频F1=2950HZ，载频F2=1475HZ。
2.数字基带信号为7位M序列，传输速率约400bit/s。
3.不考虑传输信道的加噪，可采纳直截了当传输。
2.12FSK调制系统
调制系统要紧由主载波振荡器、分频器、Ｍ序列发生器、调制器、相加器和有源带通滤波器等构成。
其调制电路的组成框图如图2.4所示：
⑴主载波振荡器
要紧提供2FSK的载波和信码的定时信号，可用集成电路（555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz载波，要求输出频率可调。
⑵Ｍ序列产生电路
Ｍ序列发生器用D触发器构成四级移位寄存器组成，形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列，码率约为400bit/s。
图2.1Ｍ序列产生图
⑶分频器
将主载波按设计要求，一样用D触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和Ｍ序列所需的时钟信号。
图2.2八分频
图2.3四分频
⑷调制器
调制器能够采纳直截了当选用集成模拟开关
图2.4调制部分电路图
2.22FSK解调系统
此次课程设计采纳非相干解调法，其电路原理图如图2.5所示：
关于非相干检测法，其系统电路构成如图所示。
在了解与把握了2FSK非相干检测法系统电路的基础上，进行自己的设计与实验。
需要设计的单元电路有：
图2.5解调部分电路图
⑴高通滤波器
要求采纳RC无源电路，构成三阶高通滤波器。
已知2FSK的中心频率：
f=
且滤波器的通带频率：
f
=
，因此有：
C=
R=
⑵低通滤波器
低通滤波器为一样RC滤波器电路，电路元件参数运算请参阅《高频电子线路》中检波器有关章节。
⑶电压比较器
电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，参考电压给定为0.22V。
3总体电路图设计
图3.1总体电路图
4仿真结果
将示波器分不连接P1,P2点，可得M序列与2FSK信号的波形图：
图4.12FSK信号波形仿真图
将示波器分不连接P1,P3点，可得M序列与2FSK信号解调后的波形图：
图4.22FSK信后就解调后波形仿真图
5系统元件
5.1电子开关CD4066
CD4066集成电路内部要紧由四路功能完全相同的电子开关组成，各组开关分不受其相应引脚输入的电平操纵，使电子开关接通或断开。
它们的操纵引脚为13脚（操纵①与②间开关）、⑤脚（操纵③与④间开关）、⑤脚（操纵⑧与⑨间开关）、12脚（操纵⑩与11间开关）。
图1.7四双向模拟开关4066的逻辑符号图
输入
C
开关状态
1
导通
0
Z
图1.84066功能表
当模拟开关的电源电压采纳双电源时，例如
=﹢5V，
=﹣5V（均对地0V而言），则输入电压对称于0V的正、负信号电压（﹢5V～﹣5V）均能传输。
这时要求操纵信号C=“1”为+5V，C=“0”为-5V，否则只能传输正极性的信号电压。
5.2元件清单
表5.12FSK系统元件清单
序号
品名
型号
数量
序号
品名
型号
数量
1
电子开关
CD4066
1
8
电容
0.6uF
3
2
电阻
1k
1
9
电容
47uF
3
3
电阻
10k
1
10
电容
0.47uF
1
4
电阻
2k
1
11
四输入非门
74ls04
1
5
电阻
50
3
12
运放
Rm741
1
6
电阻
900
1
13
运放
Rm311
1
7
二极管
1
6实物制作与调试
6.1调试步骤
电子电路调试方法有两种，即分块调试法和整体调试法。
分块调试是把总体电路按功能分成若干个模块，对每个模块分不进行调试。
模块的调试顺序最好是按信号的流向，一块一块的进行，逐步扩大调试范畴，最后完成总调。
整体调试法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。
调试的内容应包括静态与动态调试两部分。
静态调试一样是指在没有外加输入信号的条件下，测试电路各点的电位。
动态调试包括调试信号幅值、波形、相位关系、频率、放大倍数及时序逻辑关系等。
万用表能够测量交、直流电压，交、直流电流，电阻及β值，还常用于判定二极管、稳压管、晶体管和电容的好坏与引脚。
示波器用于观看与测量电路各点波形幅度、宽度、频率及相位等动态参数。
所选用示波器的频带必须大于被测信号的频率，否则，被观看的波形会严峻失真。
调试中常需外加一定波形的信号，这时需用到信号发生器，如正弦波、三角波、方波及单脉冲波等，以测试电路的工作情形。
任何组装好的电子电路，在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否有错误。
检查的方法是对比电路图，按一定的顺序逐级对应检查。
专门要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管方向和电解电容的极性是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错，焊点是否牢固等等。
一定要调试好所需要的电源电压数值，然后才能给电路接通电源。
电源一经接通，不要急于用仪器观看波形和数据，而是要观看是否有专门现象，如冒烟、专门气味、放电的声音、元器件发烫等。
如果有，不要惊慌失措，而应赶忙关断电源，待排除故障后方可重新接通电源。
然后再测量每个集成块的电源引脚的电压是否正常，以确信集成电路是否已通电工作。
6.2注意事项
电路经静态和动态调试正常之后，即可对课题要求的技术指标进行测试。
应认真测量和记录测试数据，并对测试数据进行分析，最后做出测试结论，确定电路的技术指标是否符合设计要求。
采纳分块调试方法时，对那些非信号流向上的电路应第一单独进行调试，之后才能按信号流向顺序进行分块调试。
测试前，应熟悉所使用仪器的使用方法，测试时应注意仪器的地线与被测试电路的地线是否接好。
测试过程中，不论是更换元器件，或是更换连线，一定要先关断电源，待更换完毕经检查无误后方可再通电。
测试过程中，要认真细致观测勤于记录。
6.3故障诊断
检察元器件引脚电源电压。
确定电源是否是否正常。
检查电路关键点上电压的波形和数值是否合乎要求。
判定故障来自故障模块本身依旧负载。
对比电路图，认真检查故障模块内电路是否有错。
检查、元器件是否已损坏、仪器是否有咨询题及使用是否得当。
重新分析电路原理图是否存在咨询题。
是否应该对参数等做出合理的修改。
7心得体会
在此次课设中，我深刻体会到了自己知识的缺乏。
我深深的感受到自己知识的不足，自己原先所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。
全然不明白在现实中还存在有专门多咨询题。
在设计电路时，还要考虑到它的前因后果。
什么功能需要什么电路来实现。
另外，还要考虑它的可行性，有用性等等。
如此，也提升了我的分析咨询题的能力。
原先，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。
使我的理论知识上升到了一个实践的过程。
同时在实践中也加深了我们对理论知识的明白得。
为我们提供一个学以致用的平台，更好地巩固和复习往常所学的知识，是一次专门好的学习过程。
这次通信原理课程设计的几天里，能够讲得是苦多于甜，然而能够学到专门多专门多的的东西，同时不仅能够巩固了往常所学过的知识，而且学到了专门多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我明白得了理论与实际相结合是专门重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己的实际动手能力和独立摸索的能力。
在设计的过程中遇到咨询题，能够讲得是困难重重，这如何讲第一次做的，难免会遇到过各种各样的咨询题，同时在设计的过程中发觉了自己的不足之处，对往常所学过的知识明白得得不够深刻，把握得不够牢固。
参考文献
1樊昌信,吴成柯.通信原理第五版.北京：
国防工业出版社,2003
2曹志刚.现代通信原理与技术.北京：
清华大学出版社,2001
3钞票亚生.现代通信原理.北京：
清华大学出版社,1994
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