二进制数字调制1

实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的1、了解二进制移频键控2FSK 信号的产生过程及电路的实现方法。

2、了解非相干解调器过零检测的工作原理及电路的实现方法。

3、了解相干解调器锁相解调法的工作原理及电路的实现方法。

二、实验内容1、了解相位不连续2FSK 信号的频谱特性。

2、了解2FSK（相位不连续）调制，非相干、相干解调电路的组成及工作理。

3、观察2FSK 调制，非相干、相干解调各点波形。

4、改变f1、f2的频率大小，观察不同调制指数下的调制解调效果。

（选作）5、利用实验模块的电路，设计出其它解调方法，并自行验证。

（选作）三、预习要求1)画出实验电路中2FSK调制器采用的原理框图；2)根据实验指导书的相关资料，说明本实验2FSK调制的载波频率分别是多少？用什么方法产生的？3)本实验2FSK载波是方波还是正弦波？如何实现的？4)用什么方法可以将方波变成正弦波？5)FSK调制器可以用哪两种基本方法实现？本实验用的是哪一种？6)用什么方法实现的FSK信号的相位是连续的？7)实验中，信息的码速率是多少？可以用什么方法测量？8)可以用什么方法来测量2FSK的两个载波频率？9)当用“10101010………”不断重复的信息码进行FSK调制，用计数法测量FSK调制输出信号的频率，测量得到的频率可能是多少？为什么？10)本实验中，2FSK 信号带宽是多少？如何计算的？公式中的各个量代表什么？11)本实验中，2FSK 信号的频谱会是单峰还是双峰？为什么？12)用示波器同时观测FSK调制器的输入数据、FSK调制器输出的已调信号，要能稳定的观测应该用这两个信号中的哪一个作为示波器的触发信号？13)画出2FSK过零检测解调的原理框图；14)实验中，FSK过零检测解调方案采用数字电路如何实现；15)脉冲的宽度相同，有些时刻的脉冲密一些，有些时刻的脉冲少一些，可以用什么具体的方法区分出每一个单位时刻内脉冲是多还是少？16)测试接收端的各点波形，需要与什么波形对比，才能比较好的进行观测？示波器的触发源该选哪一种信号？为什么？17)采用过零检测解调的方法时，将f1和f2倍频的电路是如何设计的？18)采用过零检测解调的方法时，解调电路中哪一点的波形是f1和f2的倍频？19)2FSK 信号经过整形变成方波2FSK 信号，频谱有什么变化？为什么？20)解调时将f1和f2倍频有何好处？如何通过仪器测量来说明？21)2FSK 信号解调时将f1和f2倍频之后，频谱有什么变化？为什么？22)解调电路各点信号的时延是怎么产生的？23)解调出的信码和调制器的绝对码之间的时延是怎么产生的？24)解调的信号为什么要进行再生？25)理论上，能否实现出一个没有时延的解调器？为什么？26)解调的信号是如何实现再生的？27)再生过程中，是什么环节会对解调的输出造成延时？为什么？28)画出2FSK 锁相PLL 解调的原理框图；29)PLL 解调2FSK 信号的原理是什么？30)为什么2FSK 锁相解调可以实现相干解调？31)要实现2FSK 锁相解调，锁相环需要工作在什么跟踪方式？为什么？32)解调电路中T31（放大出）没有信号输出，可能的原因有哪些？33)T19（2FSK 过零检测出）信号异常，如何判断故障点在哪？34)解调输出信号与发送端的数据信号对比，为什么会有延时，是哪些原理造成的？四、实验原理二进制频率调制（2FSK ）是数据通信中使用较早的一种通信方式。

2PSK分析1 一般原理与实现方法数字相位调制又称相移键控，记作PSK (Phase Shift Keying)。

二进制相移键控记作2PSK。

它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。

在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控（2PSK）信号。

绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。

二进制相移键控中，通常用相位0和π来分别表示“0”或“1”。

2PSK已调信号的时域表达式为（1）这里，s(t)与2ASK及2FSK时不同，为双极性数字基带信号，即（2）式中，g(t)是高度为1，宽度为的门函数；（3）因此，在某一个码元持续时间内观察时，有，或π（4）当码元宽度为载波周期的整数倍时，2PSK信号的典型波形如图1所示。

图1 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图2示。

图（a）是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图（b）是产生2PSK信号的键控法框图。

图2 2PSK调制器框图就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。

而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调，其方框图如图3。

工作原理简要分析如下。

图3 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为（5）式中为2PSK信号某一码元的初相。

时，代表数字“0”；时，代表数字“1”。

与同步载波相乘后，输出为（6）经低通滤波器滤除高频分量，得解调器输出为（7）根据发端产生2PSK信号时（0或π）代表数字信息（“1”或“0”）的规定，以及收端x(t)与的关系的特性，抽样判决器的判决准则为（8）其中x为x(t)在抽样时刻的值。

ASK,OOK,FSK,GFSK 简介ASK 是幅移键控调制的简写，例如二进制的，把二进制符号 0 和 1 分别用不同的 幅度来表示，就是 ASK 了。

而 OOK 则是 ASK 调制的一个特例，把一个幅度取为 0，另一个幅度为非 0，就是 OOK 了。

例如二进制符号 0 用不发射载波表示，二进制 1 用发射 1 表示。

ASK 跟 OOK 的频谱都比较宽。

FSK 是频移键控调制的简写，即用不同的频率来表示不同的符号。

例如 2KHz 表 示符号 0，3KHz 表示符号 1。

GFSK 是高斯频移键控的简写，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号 的频谱宽度。

ASK 定义“移幅键控”又称为“振幅键控”（Amplitude Shift Keying），记为 AS K， 是调制技术的一种常用方式。

如果数字调制信号的可能状态与二进制信息符号或它的相应基带信号状态一一对应， 则称其已调信号为二进制数字调制信 号。

用二进制信息符号进行键控，称为二进制振幅键控，用 2ASK 表示。

图 1：移幅键控原理图 在“移幅键控”方式中，当“1”出现时接通振幅为 A 的载波，“0”出现时 关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。

移幅键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二 进制数码而已。

移幅就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特 是通过载波的幅度来传递的。

二进制振幅键控（2ASK），由于调制信号只有 0 或 1 两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是 当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。

原理如图 1 所示，其中 s（t）为基带矩形脉冲。

一般载波信号用余弦信 号， 而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键 控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近，实现 2ASK。

《通信系统基础实验》课程设计性实验报告设计课题：二进制频移键控（2FSK）调制电路设计专业班级：通信工程3班学生姓名：王文龙学号： 08250319指导教师：陈昊在实际通信系统中，大部分信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即以正弦波作为载波的数字调制系统。

和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式。

调频信号即2FSK 信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，由于这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

2FSK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。

一、设计实验目的 (1)二、设计指标 (1)三、2FSK调制电路设计思路 (1)四、单元电路设计原理分析 (2)五、整体电路图设计与仿真 (3)六、硬件组装与测试 (5)总结 (6)参考文献 (6)附件1：硬件电路图及实验结果： (7)附件2：各元件引脚图： (8)附件3：元器件清单： (9)一、设计实验目的1、理解FSK调制的工作原理及电路组成；2、掌握系统各功能模块的基本工作原理；3、利用Multisim软件对数字通信的原理进行仿真，观察仿真并进行波形分析；4、学会对2FSK调制器的工作过程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法。

二相编码调制
二相编码调制（Binary Phase Shift Keying，BPSK）是一种数字通信调制技术，用于在无线通信和数字通信领域中将数字信息编码成模拟信号。

BPSK中，数据被编码为不同相位的载波信号，具体过程如下：
1.数据编码：将数字信息转化为二进制比特序列。

每个比特
通常表示为1或0。

2.载波生成：生成一个正弦波载波信号，以固定频率和振幅
进行调制。

例如，正弦波的频率为f，振幅为A。

3.二进制输入与相位映射：根据数据编码的比特序列，将1
映射为一个相位偏移(通常是0度)，将0映射为另一个相位偏移（通常是180度）。

这意味着每个比特在相位上有两种可能的值。

4.调制：将相位映射的结果应用于载波信号。

相位映射为1
的比特会在载波信号的相位上产生一个相位偏移，而相位映射为0的比特则不改变载波信号的相位。

5. 发送：通过信道将调制后的信号发送到接收端。

6. 接收：在接收端，接收到的信号经过解调和检测，将其转化为数字数据。

7.
解调：使用相干解调技术，将接收到的信号与本地的相干参考信号进行比较，以恢复原始的相位信息。

8. 检测：将恢复的相位信息转化为二进制数据，得到接收端的数字信息。

二相编码调制的优点之一是它相对简单，容易实现并能够在低信噪比环境中有效工作。

然而，它对信道噪声和多径效应相对敏感，并且传输速率通常较低。

因此，在实际应用中，BPSK通常与其他调制技术结合使用来提高性能和提供更高的数据传输速率。

参考样卷1（一） 填空题 (每空5分)1．根据仙农信道容量公式，信道频带宽度可以和信噪比 互换，无限增加信道带宽，能否增大信道容量？否2．目前我国移动通信中有下列三种多址方式，频分多址FDMA ，时分多址TDMA ，码分多址CDMA 。

模拟移动通信采用FDMA 多址方式，全球通GMS 采用TDMA 多址方式。

3．已知下列两个码组，C1=（10110），C2-（01000）C2 码组的重量W （C2）=1，C1，C2两码组之间的距离（码距）为W （C1，C2）=4。

4．调频信号鉴频解调器输出噪音功率谱的形状是和频率有抛物线形状关系 ，改善调频系统信噪比的简单方法是预加重和去加重 。

5．数字复接中，帧同步码的作用是 接收端识别出帧同步码后，即可建立正确的路序。

；二次群准同步复接中，塞入码的作用是 调整码速 。

6．在语音信号脉冲编码调制中，采用非均匀量化的目的是降低信息速率，压缩传输频带。

（P129）我国的脉冲编码调制系统，采用哪种对数压缩特性？A 率对数压缩特性。

7，设语音信号的最高频率为3.4khz, 则双边带调幅信号带宽为6.8KHz ，调频指数为10的调频信号的带宽为KHz f m FM 8.74)1(2=+β。

8. 计算机局域网（以太网）中采用的数字基带信号的码型为曼切斯特码（数字双相码），与AMI 码相比，HDB3码的主要优点是便于定时恢复。

9．在数字调制性能评价时，常用到Eb/N0，其含义是比特平均能量噪音单边功率密度比，BPSK 与QPSK 调制在相同Eb/N0时误比特率相同，这是否意味相同信息速率时两者信噪比相同？不同。

10．多进制数字调制中，基带信号常采用格雷码，其目的是减少解调误码率，设QPSK 信号的0相位对应的格雷码为00，分别给出90，180，270 相位对应的格雷码。

01，11，10。

（二）问答题1． （10分）数据通信开放系统互联模型的七层协议是什么内容？调制解调器属于哪一层？ 答：数据通信开放系统互联模型的七层协议是物理层，链路层、网络层、运输层——低层会晤层、表示层、应用层——高层, 调制解调器属于物理层。

参考样卷1（一） 填空题 (每空5分)1．根据仙农信道容量公式，信道频带宽度可以和信噪比 互换，无限增加信道带宽，能否增大信道容量否2．目前我国移动通信中有下列三种多址方式，频分多址FDMA ，时分多址TDMA ，码分多址CDMA 。

模拟移动通信采用FDMA 多址方式，全球通GMS 采用TDMA 多址方式。

3．已知下列两个码组，C1=（10110），C2-（01000）C2 码组的重量W （C2）=1，C1，C2两码组之间的距离（码距）为W （C1，C2）=4。

4．调频信号鉴频解调器输出噪音功率谱的形状是和频率有抛物线形状关系 ，改善调频系统信噪比的简单方法是预加重和去加重 。

5．数字复接中，帧同步码的作用是 接收端识别出帧同步码后，即可建立正确的路序。

；二次群准同步复接中，塞入码的作用是 调整码速 。

6．在语音信号脉冲编码调制中，采用非均匀量化的目的是降低信息速率，压缩传输频带。

（P129）我国的脉冲编码调制系统，采用哪种对数压缩特性A 率对数压缩特性。

7，设语音信号的最高频率为, 则双边带调幅信号带宽为，调频指数为10的调频信号的带宽为KHz f m FM 8.74)1(2=+β。

8. 计算机局域网（以太网）中采用的数字基带信号的码型为曼切斯特码（数字双相码），与AMI 码相比，HDB3码的主要优点是便于定时恢复。

9．在数字调制性能评价时，常用到Eb/N0，其含义是比特平均能量噪音单边功率密度比，BPSK 与QPSK 调制在相同Eb/N0时误比特率相同，这是否意味相同信息速率时两者信噪比相同不同。

10．多进制数字调制中，基带信号常采用格雷码，其目的是减少解调误码率，设QPSK 信号的0相位对应的格雷码为00，分别给出90，180，270 相位对应的格雷码。

01，11，10。

（二）问答题1． （10分）数据通信开放系统互联模型的七层协议是什么内容调制解调器属于哪一层 答：数据通信开放系统互联模型的七层协议是物理层，链路层、网络层、运输层——低层会晤层、表示层、应用层——高层, 调制解调器属于物理层。