2FSK--FSK 通信系统调制解调综合实验电路设计要点

实验四2FSK调制与解调一. 实验目的1.掌握2FSK调制与解调原理；2.进一步熟悉SystemView的使用；3.进一步掌握滤波器的用法；4.进一步掌握抽样判决的实现方法。

二．实验要求1. 使用SystemView设计一个2FSK调制与解调系统，要求键控法调制（此部分图幅可以选自专业库），包络法解调；2. 基带调制信号是振幅为1V，频率10Hz，初相0的二进制NRZ双极性方波序列；3. 载波1是振幅为1V，频率65Hz，初相0的正弦波；载波2是振幅为1V，频率95Hz，初相0的正弦波；4. 不考虑信道噪声；5. 安装下列步骤环节来完成实验并书写实验报告。

三．设计方案由于FSK信号是用载波频率的变化来传递数字信息，被调载波的频率随二进制序列0/1状态而变化，我们可以把FSK信号看成两个不同载频2ASK信号的叠加，所以2FSK接收机由两个并联的2ASK接收机组成。

从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可以用键控法实现。

本次实验采用键控法实现，键控法产生2FSK信号，原理示意图如图1所示；2FSK信号的解调可采用包络检波和相干解调法，本次实验采用包络检波法实现，原理方框图如图2所示；图2四．系统实现系统模块大致可分为调制部分与解调部分，调制部分仿真图在System View 上的仿真图如图3所示：图3本模块由两个不同频率的输入载波(载波1是振幅为1V，频率65Hz，初相0的正弦波；载波2是振幅为1V，频率95Hz，初相0的正弦波；)通过单刀双掷开关控制基带模拟信号(振幅为1V，频率10Hz，初相0的二进制NRZ双极性方波序列)的输出，从而得到2FSK信号，即为调制信号。

解调模块在System View上的仿真图如图4所示：图4Token 5、7，即带通滤波器，滤出2FSK两路信号的包络，其设置参数如图5、6所示：图5图6将从带通滤波器出来的信号通过全波整流器，使信号的下半部分翻转到上半部分，具体设置如图7:图7将从全波整流器出来的信号通过低通滤波器，滤出两路调制信号包络，低通滤波器的设置如图8所示：图8从低通滤波器出来的是基带信号包络，要经抽样、判决后将码元再生，方可恢复出数字序列。

一．2FSK 调制原理：1、2FSK 信号的产生：2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。

例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。

故其表示式为{)cos()cos(21122)(θωθωϕ++=t A t A FSK t 时发送时发送"1""0"式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。

2FSK 信号的产生方法有两种：（1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。

如图1-1（a ）所示。

（2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。

如图1-1（b ）所示。

这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。

(a) (b)2FSK 信号产生原理图由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即)cos(])([)cos(])([)cos(·)()cos()()(221122112θωθωθωθωϕ+-++-=+++=∑∑∞-∞=∞-∞=t nT t g a t nT t g a t t g t t g t n s n n s n FSK其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。

{P,0P 11概率，概率-=n a {P 1,0P 1-=概率，概率n a其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。

2、2FSK 信号的频谱特性：由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即)]()()()([]|)(||)(||)(||)([|)()()(2211161222221211622221f f f f f f f f T f f Sa T f f Sa T f f Sa T f f Sa f S f S f S S S S S T ASK ASK FSK S ++-+++-+++-+++-=+=δδδδππππ2FSK 信号带宽为 s s FSK R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2011年秋季学期高频电子线路课程设计题目：2FSK调制解调电路的设计专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：摘要在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。

用基带数字信号控制高频载波,把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号，这种数字信号的反变换称为数字解调，把包含调制和解调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统。

以数字信号作为调制信号的调制技术。

一般采用正弦波作为载波，这种数字调制又称为载波键控。

用电键进行控制，这是借用了电报传输中的术语。

载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。

根据正弦波受控参数的不同，载波键控可以分为三大类:移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。

它们分别是正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号而变化，图为三种键控相应的波形和功率谱密度。

FSK信号的产生可利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。

这正是频率键控通信方式早期采用的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。

2FSK信号的另一产生方法便是采用键控发法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选择。

2FSK它是利用载频频率变化来传输数字信息。

数字载频信号又可分为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。

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。

2FSK调制解调原理及设计2FSK调制解调技术通常用于调制两个离散频率（频移）来表示二进制数据流中的0和1、其中一个频率用于表示0，另一个频率用于表示1、在调制过程中，将基带数字信号转换为模拟信号，并将其移频到所需的频率。

解调过程则通过检测输入信号的频率来还原原始的二进制数据流。

1.调制器设计：调制器将二进制数据流转换为模拟信号，并在不同的频率上调制这些信号。

常见的调制器设计包括频率锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）。

PLL使用反馈回路来产生一个输出信号，其频率与输入信号的相位差很小。

DDS则使用数字信号直接合成所需的频率。

2.频率选择器：频率选择器用于选择调制信号的频率。

通过控制频率选择器的开关或滤波器，可以选择不同的频率来代表0和1、频率选择器可以是可编程的，以便在需要时切换不同的调制频率。

3.解调器设计：解调器将传输信号转换为数字信号，使数据能够被读取和处理。

解调器通常包括一个带通滤波器和一个判决器。

带通滤波器用于滤除不需要的频率成分，使解调信号只包含所需的频率分量。

判决器则用于将接收到的信号映射到二进制数据流中的0和14.错误检测和纠正：在接收端，通常还需要实施错误检测和纠正机制来提高数据传输的可靠性。

常见的错误检测和纠正方法包括奇偶校验、循环冗余检测（CRC）和海明码。

2FSK调制解调技术在数字通信系统中得到了广泛的应用，特别是在无线通信领域。

它具有简单可靠的特点，适用于低复杂度的通信系统。

同时，2FSK调制解调技术也可以扩展为多级FSK调制解调技术，以提高数据传输速率和信号带宽利用率。

总之，2FSK调制解调是一种常见且有效的数字调制解调技术，其原理和设计涉及调制器设计、频率选择器、解调器设计以及错误检测和纠正等关键步骤。

这种技术在数字通信系统中具有广泛的应用，并且可以根据需要进行扩展和优化。

学生学号实验课成绩学生实验报告书实验课程名称开课学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级200 -- 200 学年第学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。

为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。

1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。

2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。

3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。

每部分均在实验成绩中占一定比例。

各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。

各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。

4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。

教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。

5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。

在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。

6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。

实验课程名称：__通信原理_____________图3-1数字键控法实现2FSK 信号的原理图图中两个振荡器的载波输出受输入的二进制基带信号s(t)控制。

由图3-1 可知，s(t)为“1”时，正脉冲使门电路1接通，门2断开，输出频率为f1；数字信号为“0”时，门1断开，门2接通，输出频率为f2。

在一个码元Tb 期间输出ω1或ω2两个载波之一。

由于两个频率的振荡器是独立的，故输出的2FSK 信号：在码元“0”“1”转换时刻，相邻码元的相位有可能是不连续的。

2FSK调制解调电路的设计(校内设计)摘要本文介绍了2FSK调制解调电路的设计过程，它是一种广泛应用的调制和解调技术。

主要特征是它可以实现低功耗、低噪声抗干扰能力、宽带容量及通信效率提高等优点，可以大大提高数字信号处理速度和传输的可靠性。

本文的目的是尝试解调电路的性能设计，最新的电路元件和软件工具等，以使解调电路实现较好的性能。

关键词：2FSK调制，解调电路，性能设计，元件，软件工具1 引言自从商业通信发明以来，对信号传输的调制解调技术不断地进行创新与改进，以满足不断提高的信号传输效率和降低信号误码率的要求 [1] 。

2FSK调制解调技术，也称作双频移相键控调制技术，得到了广泛的应用。

2FSK是指信号的调制，使用指定的双偶数码或移相码变换频率，具有较高的抗干扰能力和低功耗优势，既可以在较低噪声环境中获得高数据传输能力，又能在较高噪声环境中进行宽带数据传输。

2 2FSK 调制解调电路的设计2FSK调制解调电路主要包括调制编码器，载波展频收发器，解调滤波器和调制解码器。

2.1 调制编码器调制编码器是2FSK调制系统中的关键部件之一，主要的工作是根据输入的比特序列，通过脉冲宽度调制方式将信号映射到相应的频率。

调制编码器设计的基本要求是有足够的灵活性，使它能够有效地与系统总体架构相结合，提供[2]。

通过对调制编码器的软/硬件设计，可以使2FSK技术在低功耗和低噪声环境中高效运行。

2.2 载波展频收发器载波展频收发器包括调制传输子系统和解调接收子系统，是调制解调电路的重要组成部分 [3]。

调制部分是射频信号源的补充，需要具备良好的稳定性和低噪声。

解调部分需要在有限的功耗条件下，对信号进行放大、截止和滤波，实现信号的检测和可靠传输。

2.3 解调滤波器解调滤波器是用于把解调放大器输出的多类型抗干扰脉冲数据进行滤波。

主要要求是保证正确输出脉冲信号及抑制多类器件对系统性能的影响 [4]。

因此，设计解调滤波器时应考虑信号的传输线阻抗匹配的影响，做好因多类型器件的噪声耦合所造成的影响和特性分析，保证系统数字信号的高速传输并符合有效的抗干扰能力要求。

2FSK调制解调电路设计引言：频移键控调制（Frequency Shift Keying, FSK）是一种数字调制方式，通过改变载波频率的方式来传输信号。

2FSK（2 Frequency Shift Keying）是一种常见的FSK调制方式，其基本原理是通过输入的数字信号决定载波频率的两个离散状态，从而实现数字信息的传输。

在本文中，我们将介绍2FSK调制解调电路的设计。

一、2FSK调制电路设计：1.信号波形产生器：首先，我们需要设计一个信号波形产生器来生成数字信号。

该数字信号表示要传输的信息，通常是基带信号。

可以使用微处理器、FPGA或其他数字电路来实现波形产生器。

2.带通滤波器：接下来，我们需要设计一个带通滤波器来选择一个特定频率范围内的频率。

2FSK调制需要选择两个离散频率用于传输数据，所以我们需要设计一个可以在这两个频率范围内切换的带通滤波器。

3.频率切换电路：在2FSK调制中，我们需要能够在两种不同的频率之间切换的载波信号。

为了实现这一点，我们可以使用一个开关电路，根据输入的数字信号来选择不同的频率。

4.调制电路：最后，我们将基带信号和切换后的载波信号相乘，利用频谱合并来实现2FSK调制。

这个乘法操作可以通过模拟乘法器或数字乘法器来实现。

二、2FSK解调电路设计：1.频谱分离电路：为了将调制信号中的两个频率分离开来，我们需要设计一个频谱分离电路。

这个电路可以通过使用带通滤波器和差分器来实现，带通滤波器选择一个频率范围内的信号，差分器可以根据输入信号的相位差来判断频率是高频还是低频。

2. 相位检测电路：在2FSK解调中，我们需要检测信号的相位来确定接收到的信号是1还是0。

相位检测电路可以使用锁相环（Phase Locked Loop, PLL）或其他相位检测技术来实现。

3.信号解码器：最后，我们需要设计一个信号解码器来将解调得到的数字信号转化为原始信息。

这个解码器可以通过使用微处理器或其他数字电路来实现。

信息科学与工程学院课程设计报告课程名称：通信原理专业：班级：学号：姓名：指导老师：二进制频移监控（2FSK ）的仿真与分析一） 设计内容利用matlab 编程或simulink 对2FSK 的调制和解调整个流程进行仿真。

二） 设计要求A)要求分析2FSK 的调制解调过程及其理论原理；B)利用matlab 编程或simulink 实现2FSK 整个系统的仿真； C)能够以图形化方式呈现对仿真过程中的重要接点处的波形； D)选用不同的调制频率验证课程中关于2FSK 的最小频率间隔的讨论。

一、2FSK 的调制解调过程及其理论原理1、表示式：⎩⎨⎧++=”时当发送“”时当发送“0)cos(1)cos()(0011ϕωϕωt A t A t s“1“1“0T2、产生方法：调频法：相位连续开关法：相位不连续3、接收方法：相干接收：非相干接收：（1）包络检波法：（2）过零点检测法二、最小频率间隔在原理上，若两个信号互相正交，就可以把它完全分离。

对于非相干接收：设: 2FSK 信号为⎩⎨⎧++=”时当发送“”时当发送“0)cos(1)cos()(0011ϕωϕωt A t A t s为了满足正交条件，要求 ：⎰=+⋅+Tdt t t 000110)]cos()[cos(ϕωϕω即要求：上式积分结果为：假设ω1+ω0>>1，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为由于ϕ1和ϕ0是任意常数，故必须同时有0)sin(01=-T ωω和 上式才等于0。

即要求：πωωn T =-)(01和πωωm T 2)(01=-式中，n 和m 均为整数。

为了同时满足这两个要求，应当令πωωm T 2)(01=-即令Tm f f /01=-所以，当取m =1时是最小频率间隔，它等于1 /T 对于相干接收：可以令01=-ϕϕ于是，式 0]1))[cos(sin()sin()cos(01010101=---+--T T ωωϕϕωωϕϕ化简为：)sin(01=-T ωω因此，要求满足：T n f f 2/01=-即，最小频率间隔等于1 / 2T 。