实验3 FSK ASK调制解调实验.docx
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实验3FSKASK调制解调实验
实验3FSK（ASK）调制解调实验
一、实验目的
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、实验仪器
1．FSK调制模块，位号A
2．FSK解调模块，位号C
3．时钟与基带数据发生模块，位号：
G
4．噪声模块，位号B
5．20M双踪示波器1台
6．小平口螺丝刀1只
7．频率计1台（选用）
8．信号连接线3根
三、实验原理
（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3-1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3-1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、选频滤波变为正弦波，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。
（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3-2所示。
FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片
图3-2FSK锁相环解调器原理示意图
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。
四、各测量点和可调元件的作用
1.FSK调制模块
16K02：
两ASK已调信号叠加控制跳线。
用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。
仅1-2脚连通，则输出ASK已调信号。
16TP01：
32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片（EPM240）编程产生。
16TP02：
16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片（EPM240）编程产生。
16TP03：
32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。
16TP04：
16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。
16P01：
数字基带信码信号输入铆孔。
16P02：
FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。
2．FSK解调模块
17W01：
解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。
17P01：
FSK解调信号输入铆孔。
17TP02：
FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。
17P02：
FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。
3．噪声模块
3W01:
噪声电平调节。
3W02：
加噪后信号幅度调节。
3TP01:
噪声信号测试点，电平由3W01调节。
3P01:
外加信号输入铆孔。
3P02:
加噪后信号输出铆孔。
五、实验内容及步骤
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。
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。
如果不一致，可微调17W01电位器，使之达到一致。
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．ASK实验与上相似，这儿不再赘述。
12．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。
六、实验结果分析
根据输入的基带信号，请画出FSK、ASK各主要测试点波形。
FSK的Matlab仿真结果
原始基带信号
调制后的信号
接收到有噪声的信号
解调后的信号
抽样判决后的信号
调制信号的频谱分析
实验室演示的图形
基带信号和调制信号
原始信号和恢复信号
ASK的Matlab仿真结果
实验室演示的图形
ASK的基带信号和调制信号
实验心得
通过两个不同频率的载波信号可以对调制信号进行2FSK调制；通过想干解调，可以较好的实现2FSK调制信号的解调；解调出来的波形与调制信号相比会有一定的延时。
2FSK信号频谱是看成由两个不同频率的2ASK信号频谱组成。
附录
FSK的Matlab程序
主程序
closeall
clearall
n=16;
f1=18000000;
f2=6000000;
bitRate=1000000;
N=50;
noise=10;
signal=source（n,N）;
transmittedSignal=fskModu（signal,bitRate,f1,f2,N）;
signal1=gussian（transmittedSignal,noise）;
configueSignal=demoFSK（signal1,bitRate,f1,f2,N）;
子程序
functionbitstream=demoFSK（receivedSignal,bitRate,f1,f2,N）
loadnum
signal1=receivedSignal;
signal2=filter（gaotong,1,signal1）;%通过HPF，得到高频分量
signal3=abs（signal2）;%整流
signal3=filter（lowpass,1,signal3）;%通过LPF，形成包络
bitstream=[];
IN1=fix（length（lowpass）/2）+fix（length（gaotong）/2）;%延迟时间
bitstream1=[];
LL=N;%每个bit的抽样点数
i=IN1+LL/2;
while（i<=length（signal3））%判决
bitstream1=[bitstream1,signal3（i）>=0.5];
i=i+LL;
end
bitstream1
figure（5）
subplot（3,1,1）;
plot（1:
length（signal1）,signal1）;
title（'Waveofreceivingterminal（includingnoise）'）;
gridon;
subplot（3,1,2）;
plot（1:
length（signal2）,signal2）;title（'AfterPassingHPF'）;gridon;
subplot（3,1,3）;
plot（1:
length（signal3）,signal3）;title（'AfterPassingLPF'）;gridon;
signal4=filter（daitong,1,signal1）;%通过BPF，得到低频分量
signal5=abs（signal4）;%整流
signal5=filter（lowpass,1,signal5）;%通过LPF，形成包络
IN2=fix（length（lowpass）/2）+fix（length（daitong）/2）;%延迟时间
bitstream2=[];
LL=N;%每个bit的抽样点数
i=IN2+LL/2;
while（i<=length（signal5））%判决
bitstream2=[bitstream2,signal5（i）>=0.5];
i=i+LL;
end
bitstream2
figure（6）
subplot（3,1,1）;
plot（1:
length（signal1）,signal1）;
title（'Waveofreceivingterminal（includingnoise）'）;gridon;
subplot（3,1,2）;
plot（1:
length（signal4）,signal4）;title（'AfterPassingBPF'）;gridon;
subplot（3,1,3）;
plot（1:
length（signal5）,signal5）;title（'AfterPassingLPF'）;gridon;
fori=1:
min（length（bitstream1）,length（bitstream2））%判决
if（bitstream1（i）>bitstream2（i））
bitstream（i）=1;
else
bitstream（i）=0;
end
end
bitstream
bit=[];%接收端波形
fori=1:
length（bitstream）
ifbitstream（i）==0
bit1=zeros（1,N）;
else
bit1=ones（1,N）;
end
bit=[bit,bit1];
end
figure（7）
plot（bit）,title（'binaryofreceivingterminal'）,gridon;
axis（[0,N*length（bitstream）,-2.5,2.5]）;
end
functiontransmittedSignal=fskModu（signal,bitRate,f1,f2,N）
t=linspace（0,1/bitRate,N）;
c1=sin（2*pi*t*f1）;
c2=sin（2*pi*t*f2）;
transmittedSignal=[];
fori=1:
length（signal）
ifsignal（i）==1
transmittedSignal=[transmittedSignal,c1];
else
transmittedSignal=[transmittedSignal,c2];
end
end
figure
（2）
plot（1:
length（transmittedSignal）,transmittedSignal）;
title（'ModulationofFSK'）;gridon;
figure（3）
m=0:
length（transmittedSignal）-1;
F=fft（transmittedSignal）;
plot（m,abs（real（F）））,title（'ASK_frequency-domainanalysisreal'）;
gridon;
end
FSK的Matlab程序
clc;
clear;
N=30;
xn=[];
x=[101100101010010000000111111000];
t=0.01:
0.01:
N;
y=cos（2*pi*2*t）;
fori=1:
N
ifx（i）==1
xn（i*100-99:
i*100）=ones（1,100）;
else
xn（i*100-99:
i*100）=zeros（1,100）;
end
end
subplot（5,2,1）
plot（xn）;
title（'原始二进制信号'）;
axis（[03000-12]）
y=cos（2*pi*2*t）;
subplot（5,2,2）
plot（y）;
title（'载波波形'）;
axis（[03000-22]）
z=xn.*y;
subplot（5,2,3）
plot（z）
title（'已调信号'）
axis（[03000-1.51.5]）
%对已调信号进行频谱分析
ba=fft（z,512）;
ba=abs（ba）;
subplot（5,2,4）
plot（ba）;
title（'已调信号频谱'）
axis（[-2006000150]）
%加入高斯噪声
a=0.1;%noise系数，控制噪声功率
noise=a*（2*rand（1,100*N）-1）;
z1=z+noise;
subplot（5,2,5）
plot（z1）;
title（'加入噪声后信号波形'）;
%对加噪信号进行频谱分析
ba=fft（z1,512）;
ba=abs（ba）;
subplot（5,2,6）
plot（ba）;
title（'加噪信号频谱'）
axis（[-2006000150]）
%设计一个低通滤波器
Wp=50/80;Ws=70/80;
[n,Wn]=buttord（Wp,Ws,1,5）
[b,a]=butter（n,Wn）;
%对加入噪声的信号进行滤波
x_fir=filter（b,1,z1）;
%观察滤波之后的信号波形
subplot（5,2,7）
plot（x_fir）;
title（'滤波之后的信号'）
axis（[03000-22]）
%相干解调
x2=x_fir.*y;
subplot（5,2,8）;
plot（x2）;
title（'与相干载波相乘波形'）
axis（[03000-0.52]）
%对加入噪声的信号进行滤波
x3=filter（b,1,x2）;
subplot（5,2,9）
plot（x3）;
title（'与相干载波相乘后滤波波形'）
axis（[03000-0.52.5]）
%抽样判决
fori=1:
N
ifabs（x3（i*100-20））>=0.5;
xn2（i*100-99:
i*100）=ones（1,100）;
else
xn2（i*100-99:
i*100）=zeros（1,100）;
end
end
subplot（5,2,10）;
plot（xn2）;
title（'恢复波形'）
axis（[03000-12]）
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