FSK 通信系统调制解调综合实验电路设计

学生实验报告书实验课程名称通信原理开课学院信息工程学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级2014-- 2015学年第 1 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3-2 2FSK调制器各点的时间波形本次综合设计实验调制部分正是采用此方法设计的。

整个调制系统包括：载波振荡器、分频器、反相器、调制器与加法器等单元电路组成。

2FSK）信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过零检测法。

过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。

解调系所示电路：图4-1 主载波振荡器电原理图图4-2 主载波信号波形图分频器电路设计与工作原理④ m序列发生器电路设计与工作原理m序列也称作伪随机序列，它的显著特点是：图4-7 门电路与电子开关构成的调制器电原理图由图可知，若用门电路构成调制器，其工作过程是：从“信码\IN”输入的基带信号分成两路，1路经（74LS00）反相后接至OOK2（74LS00）的控制端，另1路直接接至OOK1的控制信号解调电路设计与工作原理从前面原理的介绍中，我们知道2FSK调制信号的解调若用非相干过零检测法，必须有七个单元模块来完成。

实验十六 FSK调制、解调实验1一、实验目的1、了解FSK调制、解调原理。

2、熟悉锁相环芯片CD4046工作原理。

3、掌握FSK调制、解调的电路实现方法。

二、实验仪器1、计算机一台2、通信基础实验箱一台3、100MHz示波器一台4、螺丝刀一把三、实验原理采用CD4046集成块的VCO电路作为FSK调制器，原理框图如图1所示。

输出图16-1 FSK调制原理框图伪码发生器作为信号源，信码的0、1电平控制压控振荡器，产生频率交变的FSK信号。

通过可变衰减器将信号衰减，可达到改变调制指数目的。

其中CD4046的9脚是VCO控制端，4脚是VCO输出端。

输出频率可定800Kc左右。

FSK解调原理框图如图16-2所示，采用锁相环法。

锁相环路由CD4046芯片（鉴相器、压控振荡器）和芯片外接的电阻电容（环路滤波器）构成。

当环路锁定时，FSK调制输入信号的频率与压控振荡器输出信号的频率相同，因此，结合FSK调制原理可知，压控振荡器的控制电压即为FSK解调输出信号。

CD4046引脚图：CD4046内部结构图：四、实验内容及步骤1、在MAXPLUSⅡ设计平台下进行电路设计用作FSK 调制的nrz 信号源电路如图16-3所示。

图16-3 FSK 调制nrz 信号源电路FPGA 引脚定义：CLK 83 脚（高频时钟输入16.9344Mc） CLK_OUT 37 脚（分频时钟）NRZ1 39 脚（内部NRZ信号源，用来测试）NRZ2 54 脚（内部NRZ信号源，送到VCO电路）2、实验板设置2.1 FPGA设置(1)接通SW_6(2)K2的“1”脚置“ON”，将16.9344MHz时钟信号送到FPGA的第83脚（全局时钟）2.2FSK调制部分设置(1)用跳线短接J19 1-2，将NRZ码送到可调电阻W4。

(2)调整W4可改变NRZ信号的幅度，即改变调制指数，首先将W4调整到零。

(3)接通SW_15，给CD4046芯片供电。

实验报告册课程：通信系统原理教程实验：FSK调制解调实验班级：姓名:学号:指导老师:日期:实验四：FSK 调制解调实验一、实验目的：1、了解对FSK 信号调制解调原理；2、根据其原理设计出2FSK 信号的调制解调电路，在对电路进行仿真，观察 其波形，从而检验设计出的调制解调器是否符合要求。

二、实验原理：2FSK 信号调制：又称数字调频,它是用两种不同的载频1ω ,2ω来代表脉冲调制信号1 和0,而载波的振幅和相位不变。

如果载波信号采用正弦型波,则FSK 信号可表示为:2FSK 信号()t S 分解为信号()t S 1与()t S 2之和,则有:()()()t S t S t S 21+= 其中：()()()t U t S m 11cos ω=,代表数字码元“1”()()()t U t S m 22cos ω=,代表数字码元“0”2FSK 信号调制器模型如下图：如上图，两个独立的振荡器产生不同频率的载波信号，当输入基带信号()1=t S 时，调制器输出频率为f1的载波信号，当()0=t S 时，反相器的输出()t S 调制器输出频率为f2的载波信号。

f1和f2都取码元速率的整数倍。

2FSK 信号的带宽为:B f f B FSK 221+-=其中：f 1为对应脉冲调制信号1的载波频率;f 2为对应脉冲调制信号0的载波频率。

2FSK 信号解调：是调试的相反过程。

由于移频键控调制是将脉冲调制信号“1”用FSK 信号()t S 1，而“0”用()t S 2表示,那么在接收端,可从FSK 信号中恢复出其基带信号。

本设计采用了普通鉴频法进行解调,将()t S 1恢复成码元1,把()t S 2恢复成码元0 。

2FSK 信号的解调可以采用相干解调，也可以采用包络解调。

实验中采用相干解调，解调器模型如下图：)22cos(2)(2t fbT t πφ=号号调制器在2FSK解调器中，2FSK信号进入带通滤波器抑制掉干扰，接着把FSK信号与相干载波相乘，把两种不同频率的FSK信号变成两种不同的电压信号,然后送低通滤波器滤除高频分量，最后通过抽样比较器得到最终的解调波形。

FSK 调制解调一、实验目的1． 掌握FSK 调制器的工作原理及性能测试；2． 学习基于软件无线电技术实现FSK 调制、解调的实现方法。

二、 实验仪器1． RZ9681实验平台 2． 实验模块： ● 主控模块● 基带信号产生与码型变换模块-A2 ● 信道编码与频带调制模块-A4 ● 纠错译码与频带解调模块-A5 3． 信号连接线 4． 100M 四通道示波器三、实验原理3.1 FSK 调制电路工作原理2FSK （二进制频移键控，Frequency Shift Keying ）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。

2FSK 信号的产生方法主要有两种：一种采用模拟调频电路来实现；另一种采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出0f 或1f 两个载波之一。

FSK 调制和ASK 调制比较相似，只是把ASK 没有载波的一路修改为了不同频率的载波，如下图所示。

图3.3.2.1 FSK 调制电路原理框图上图中，将基带时钟和基带数据通过两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成FSK 的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过D/A 器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。

-A图3.3.2.2 2FSK 调制信号波形示意图在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1和0）。

通常，FSK 信号的 表达式为：bc bbFSK T t t f f T E S ≤≤∆+=0)22cos(2ππ（二进制１）bc bbFSK T t t f f T E S ≤≤∆-=0)22cos(2ππ（二进制０）其中Δf 代表信号载波的恒定偏移。

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。

FSK调制及解调实验报告简介在通信领域，频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）调制和解调是常见的数字调制技术，广泛应用于无线通信和数据传输系统中。

本实验报告将详细介绍FSK调制和解调的原理、实验步骤和结果分析。

原理FSK调制是利用不同频率的载波信号来表示数字信息。

在FSK调制中，两个不同频率的载波信号代表了两个不同的数字信号。

例如，在二进制数字通信中，0可以用低频率表示，而1可以用高频率表示。

FSK调制的原理是通过将数字信号转化为频率信息并将其叠加到载波信号上。

通过调整载波频率来传输数字信号的不同值。

FSK解调是将接收到的FSK信号恢复为原始数字信号。

解调过程包括接收信号的滤波和判决两个主要步骤。

滤波用于消除噪声和非目标频率分量，而判决用于确定接收信号所代表的数字信号的值。

实验步骤1.搭建实验电路–使用信号发生器生成两个不同频率的正弦波，分别作为两个载波信号。

–将数字信号源与信号发生器连接，使得数字信号源能够控制载波信号的频率。

–将两个载波信号叠加，并将叠加后的信号送入模拟调制电路。

–将模拟调制电路的输出连接到示波器，以便观察FSK调制后的信号波形。

2.观察和分析调制波形–调整信号发生器的频率和数字信号源的输入，观察调制后的波形特征。

–分析不同数字信号输入时，调制波形的频率变化情况。

–根据调制波形的特点，判断FSK调制是否正确实现。

3.进行FSK解调实验–将调制后的信号输入到解调电路中。

–使用合适的滤波器，滤除噪声和非目标频率分量。

–通过判决电路，将解调后的信号恢复为原始数字信号。

4.观察和分析解调结果–使用示波器观察解调后信号的波形特征。

–将解调后的信号与原始数字信号进行比较，分析解调的准确性和误差情况。

实验结果和分析经过搭建实验电路、观察、分析和解调实验，我们得到了以下实验结果和分析：1.根据观察得知，调制后的波形在不同数字信号输入时，频率发生了明显的变化。

这表明FSK调制成功。

FSK调制与解调系统设计一、FSK调制与解调系统原理FSK调制（Frequency Shift Keying）是一种基于载波频率变化来传输数字信息的调制技术。

在FSK调制中，数字信号被转换为两个不同频率的载波信号，分别对应数字信号的“0”和“1”。

FSK调制使用两个不同频率的载波信号来区分数字信号的不同状态，从而实现信号的传输。

1.将数字信号划分为一段一段的离散时间片段。

2.对于每个时间片段，根据数字信号的状态选择对应的载波频率。

3.将选择的载波频率的信号与数字信号进行调制，生成FSK信号。

FSK解调（Frequency Shift Keying demodulation）是将接收到的FSK信号还原为原始的数字信号的过程。

FSK解调系统需要对接收到的FSK信号进行解调，将不同频率的载波信号转换为数字信号的“0”和“1”。

FSK解调使用了两个不同频率的载波信号，并将接收到的信号与这两个频率的载波信号进行频率对比，从而实现信号的解调。

FSK解调的原理如下：1.接收到FSK信号，并提取出信号中的两个频率分量。

2.对接收到的信号进行滤波和放大，增强信号的稳定性和可靠性。

3.判断接收到的信号的频率与载波频率的对比结果，从而得出数字信号的状态。

二、FSK调制与解调系统设计方法1.信号生成：在FSK调制系统中，根据数字信号的状态选择对应的载波频率信号。

这可以通过频率可调的震荡器来实现，通过控制震荡器输出频率的方式来生成不同频率的载波信号。

2.滤波和放大：在FSK解调系统中，接收到的FSK信号会包含噪声和其他干扰信号。

为了增强信号的稳定性和可靠性，需要对接收到的信号进行滤波和放大处理。

滤波可以通过低通滤波器来实现，将高频噪声滤除，同时放大信号的幅度以提高解调的灵敏度。

3. 频率对比：接收到的FSK信号中会包含两个不同频率的载波信号。

为了将接收到的信号从载波信号转换为数字信号，需要进行频率对比。

可以通过相位锁定环（Phase-Locked Loop）来实现频率对比。

实验课程名称：通信原理实验_实验项目名称频移键控FSK调制与解调系统设计实验实验成绩实验者专业班级组别同组者无实验日期一、实验目的、意义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，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。

通过此综合实验：1．进一步加深对数字调制中的移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。

2．学会综合地、系统地应用已学到的知识对移频键控FSK调制与解调系统电路设计与仿真，提高独立解决问题的能力。

二、设计任务与要求1.设计任务：构建并设计一个数字移频键控FSK传输系统，具体要求如下：主载波频率：11800HZ载波1频率：2950HZ（四分频）载波2频率：1475HZ（八分频）数字基带信号NRZ：15位M序列，传输速率约为400波特。

（32分频）2.设计要求：FSK调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路(或集成模拟开关)与采用集成模拟乘法器，利用键控法实现。

FSK解调器可以采用非相干解调法或过零检测法实现。

传输信道不考虑噪声干扰，采用直接传输。

整个系统用EWB软件仿真完成。

三、实验原理数字频率调制又称频移键控，记作FSK(Frequency Shift Keying),二进制频移键控记作2FSK。

数字频移键控是用载波的频率的变化来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。

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，后者较为方便。

四、2FSK 调制与解调系统原理与电路组成1.方案论证1）2FSK调制信号的产生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。

直接调频法，即用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，使输出得到不同频率的已调信号。

频率键控法，又称为频率转换法。

它是用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。

实验一 FSK 调制解调实验一、 实验目的1、 了解FSK 调制的基本工作原理；2、 自行设计FSK 调制、解调单元；二、 实验仪器1、 J H5001（II ）通信原理基础实验箱 一台；2、 20MHz 示波器 一台；三、 实验原理在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1和0）。

通常，FSK 信号的 表达式为：bc bbFSK T t t f f T E S ≤≤∆+=0)22cos(2ππ（二进制１）bc bbFSK T t t f f T E S ≤≤∆-=0)22cos(2ππ（二进制０）其中Δf 代表信号载波的恒定偏移。

FSK 的信号频谱如图2.12.1所示。

图2.12.1 FSK 的信号频谱FSK 信号的传输带宽Br ，由Carson 公式给出：Br=2Δf+2B其中B 为数字基带信号的带宽。

假设信号带宽限制在主瓣范围，矩形脉冲信号的带宽B=R 。

因此，FSK 的传输带宽变为：Br=2（Δf+R ）在JH500１II 型的FSK 调制框图如图2.12.2下：图2.12.2 FSK调制方框图用数字基带信号的电平高低不同控制UE01(CD4046)内部的压控振荡器的振荡频率。

当输入码元为0时，振荡频率为6～9KHz；当输入码元为1时，振荡频率为20～24KHz。

这些频率范围的调整是通过WE01、WE02来获取的。

其中WE01调整输入1、0信号的幅度，从而达到控制传号频率与空号频率的间隔。

WE02是调整送入到VCO输入端信号的直流偏移，通过调整WE02达到控制FSK中心频率的作用。

注意：FSK的数据输入信号来源于基带成形模块的测试序列，其通过KG02来选择不同的数据，数据速率受KG03控制，在FSK实验中KG03设置在500bps（KG03处于2-3状态）。

FSK解调框图见图2.12.3：图2.12.3 FSK解调方框图FSK解调的工作原理是用一个模拟锁相环UE02(CD4046)对输入的FSK信号进行鉴频。

实验3 FSK（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A2．FSK解调模块，位号C3．时钟与基带数据发生模块，位号：G4．噪声模块，位号B5．20M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3-2 FSK锁相环解调器原理示意图MC4046。