2FSK的调制与解调器的设计与实现
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实验四:二进制移频键控(2FSK )◆实验目的掌握2FSK 调制原理及其实现方法掌握2FSK 解调原理及其实现方法了解非线性调制时信号的频谱变化◆实验内容理解2FSK 的调制和解调原理并用SystemView 软件仿真其实现过程用SystemView 分析二进制移频键控调制前后信号频谱的变化◆实验原理1. 调制FSK 是用不同频率的载波来传递数字消息的。
二进制移频键控(2FSK):用二进制的数字信号去控制发送不同频率的载波。
即传“1”信号时,发送频率为f1的载波;传“0”信号时,发送频率为f2的载波。
这种调制属于非线性调制。
2FSK 调制方法有两种:一、可以用矩形脉冲序列对一个载波进行调频而实现,这也是利用模拟调频法实现数字调制的方法.2FSK 模拟调制法原理框图二、键控法:即用矩形脉冲序列对两个不同频率的载波进行选通,框图如图所示:2. 解调2FSK 的解调方法有非相干解调和相干解调:这里的抽样判决器与2ASK 解调时不同,只需判断哪一个输入样值大,不专门设置门限。
仿真图:参数设置:系统时钟:No. of Sample: 1001 ; Sample Rate:10000Hz No. of System Loop:1矩形脉冲序列和调制信号波形:绘制2FSK 信号的功率谱密度图:由图可见2FSK 功率谱密度的特点如下:1、2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在500Hz 和1000Hz 两个载频位置。
2、若两个载频之差|f1-f2|>fs功率谱密度中的连续谱部分出现双峰,该实验中,fs为100Hz, |f1-f2|等于500Hz,连续谱为双峰,若两个载频之差|f1-f2|≤fs,则出现单峰。
3、所需传输带宽BFSK=|f1-f2|+2 fs .输出信号和两种方法解调输出的波形:下图是两种方法解调输出的波形放在一起对比可以看出,两者几乎完全重合,还有两者都是大于等于零电平的。
华南师范大学实验报告
学生姓名______林根_学号_____20162831003
专业____教育技术学(非师)__年级、班级___16级2班
课程名称_计算机通信原理____ 实验项目__2FSK调制与解调__
实验类型_√__验证__设计__综合实验时间2018年5月28日
实验指导老师___李南希_______ 实验评分_______________________
1.实验项目名称
2FSK调制与解调
2.实验目的及要求
(1)熟悉FSK调制和解调基本工作原理;
(2)了解FSK在噪声下的基本性能。
3.实验内容及步骤
在matlab命令行输入:simulink,将弹出通信仿真窗口;
在弹出的simulink窗口中,点击菜单“Blank Model”,建立一
个新的通信仿真建模文件;
在“library”栏目下,挑选所需的模型并拖入新建的仿真建模文件中连接;
调整参数
①调整载波信号
“1”码为cos2πt;“0”码为cos4πt
采样设置为0.002
②调整高斯噪声信号
均值为零
方差在【0.01,1】之间(刚开始可设置为0防止噪声干扰解调)
③调整带通/低通滤波器
将带通滤波器上下限设置为【1,50(8kHz)】将低通滤波器截止频率设置为1kHz,即2*pi
④调整抽样判决脉冲信号
周期设置为1s,占空比为50%
⑤其它非参数调整见连接图。
4.实验结果及分析
①基带信号、调制信号以及高斯噪声信号
②“1”码&“0”码低通输出
③抽样判决脉冲信号、解调信号&误差信号可以看到,存在两个码元的延迟。
用SYSTEMVIEW实现2FSK键控调制与相干解调实验报告01091036 贺冰涛01091037 罗名川用SystemView仿真实现2FSK键控的调制1、实验目的:(1)了解2FSK系统的电路组成、工作原理和特点;(2)分别从时域、频域视角观测2DPSK系统中的基带信号、载波及已调信号;(3)熟悉系统中信号功率谱的特点。
2、实验内容:以PN码作为系统输入信号,码速率Rb=20kbit/s。
(1)采用键控法实现2FSK的调制;分别观测绝对码序列、差分编码序列,比较两序列的波形;观察调制信号、载波及2FSK等信号的波形。
(2)获取主要信号的功率谱密度。
3、实验原理: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控制载波的频率。
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间完成的。
2FSK键控法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通。
键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现,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。
abcde 2FSK信号ttttt二进制移频键控信号的时间波形根据以上2FSK 信号的产生原理,已调信号的数字表达式可以表示为(5-1)其中,s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列(5-2)(5-3)g(t)是持续时间为、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(5-4)是的反码,即若 =0,则 =1;若=l,则 =0,于是(5-5)分别是第n个信号码元的初相位。
一般说来,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(5-1)可以看出,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。
DSP综合课程设计2FSK调制/解调的实现系别:电计系组号:姓名:学号: 200820105130指导老师:日期:2011 年11 月18 日一、目的和意义1、地位和作用:DSP在当今信息化时代的作用越来越显著,掌握DSP软,硬件的使用及注意事项,对当代信息相关专业的大学生非常必要,同时对DSP的进一步掌握与发展也有利于我国经济及国防的发展。
2、目的和任务:在对DSP硬件结构的初步了解的基础上设计并实现2FSK调制的电路原理图及PCB 板图。
二、内容与要求绘制具备AD功能的DSP最小系统电路图,设计基于DSP的2FSK调制解调程序。
设计2FSK调制解调的DSP程序,并给出相应的仿真结果。
1.了解和熟悉DSP综合试验箱的结构原理和设置;存储器、逻辑控制等模块的原理和配置。
2.开发工具熟悉DSP开发系统的连接;进一步熟悉CCS2.2开发环境的使用方法。
3.DSP结构进一步熟悉DSP的硬件构造,特别是DSP外围存储单元及接口电路的设计。
4.DSP最小系统设计绘制DSP最小系统电路图:外围存储器及ADC电路的设计。
5.2FSK调制及解调理解2FSK调制及解调的原理,设计2FSK调制及解调的方案,给出具体的实现思路。
6.FIR滤波器计算FIR实现所需的参数。
7.FIR滤波器实现编写FIR滤波器实现的DSP程序。
8.2FSK调制及解调实现给出2FSK调制及解调实现流程图,编写相关DSP实现程序。
9.仿真验证2FSK调制及解调的DSP程序,给出相应的仿真结果。
三、原理(一),2FSK调制算法原理:2FSK 调制采用查表法,可以实现较好的实时性,特别适用于通信载波的生成。
在DSP 的程序存储空间,使用Q15 定点数格式在[0,2π]上以2π/N 的相位间隔固化N 点正弦值,以供查表,在此取N=12。
这样对于F 0和F 1的取样间隔分别为:⎪⎩⎪⎨⎧=*=*=∆=*=*=∆”时发送数据“”时发送数据“1,2192/3212/110,1192/1612/00Fs F N i Fs F N i (1) 使用DSP 定时器T0,用来实现对数据解调DAC 输出速率的控制。
用SYSTEMVIEW实现2FSK键控调制与相干解调实验报告用SystemView仿真实现2FSK键控的调制一、实验目的1. 掌握2FSK调制原理;2. 掌握仿真软件Systemview的使用方法;3. 完成对2FSK调制仿真电路设计,分别从时域、频域视角观测2FSK系统中的基带信号、载波及已调信号。
二、仿真环境SystemView三、2FSK调制原理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控制载波的频率。
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间完成的。
2FSK键控法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通。
键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现,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。
2FSK信号的产生方法如下图:根据以上2FSK信号的产生原理,已调信号的数字表达式可以表示为(5-1)其中,s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列(5-2)(5-3)g(t)是持续时间为、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(5-4)是的反码,即若 =0,则 =1;若=l,则 =0,于是(5-5)分别是第n个信号码元的初相位。
一般说来,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(5-1)可以看出,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”分别选择一个载波作为输出。
四、系统组成、图符块参数设置及仿真结果:键控法:采用键控法进行调制的组成如下图所示abcde 2FSKttttt二进制移频键控信号的时间波形其中图符3产生绝对码序列,传码率为20kbit/s。
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。
第38卷第3期2010年6月浙江工业大学学报J OURNAL OF ZH E J IAN G UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GYVol.38No.3J un.2010收稿日期:2009209215作者简介:应亚萍(1966—),女,浙江东阳人,实验师,硕士研究生,主要从事电子和通信等方向的研究,E 2mail :yyp825@.2FS K 调制解调系统的FP GA 设计与实现应亚萍,许建凤,陈婉君(浙江工业大学之江学院,浙江杭州310024)摘要:FS K (Frequency Shift Keying )———移频键控,或称数字频率调制,是数字通信中使用较早的一种调制方式.数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息.在数字通信系统中,这种频率变化不是连续而是离散的.详细介绍了基于FP GA 的2FS K 调制解调系统的原理、设计、实现和调试,通过Quart us Ⅱ软件,在FP GA 实验板上设计了一种全数字2FS K 调制解调系统,并调试出结果.根据调试结果做出的优化设计,能够简化传统调制器的设计,缩短系统设计周期.关键词:2FS K;FP GA ;Quart us Ⅱ;HDL 中图分类号:TN914.3 文献标识码:A文章编号:100624303(2010)0320282204Design and implementation of 2FSK modulation 2demodulationsystem based on FPGAYIN G Ya 2ping ,XU Jian 2feng ,C H EN Wang 2jun(Zhijiang College ,Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310024,China )Abstract :FS K —Frequency Shift Keying ,or digital f requency modulation ,is an earlier modulation mode used in digital co mmunication.The basic principle of digital frequency modulation is using t he changes of carrier frequency to t ransmit digital information.In digital communication systems ,t he changes of f requency are not continuous but discrete.The paper int roduces t he principle ,design ,implementatio n ,and debug p rocess of t he 2FS K modulation 2demodulation system based on FP GA in details.U nder t he software of Quart us Ⅱ,a kind of digital 2FS K modulation 2demodulation system is designed o n t he FP GA experiemental board and t he debugged result s are achieved.The debugged result s can be used to optimize t he system design ,simplify t he design of t raditional modulator 2demodulator ,and shorten t he period of system design.K ey w ords :2FS K;FP GA ;Quart us Ⅱ;HDL 随着数字技术日益广泛的应用,以现场可编程门阵列FP GA 为代表的器件得到了广泛的应用,器件的集成度和速度都在高速增长.FP GA 既具有门阵列的高逻辑密度和高可靠性,又具有可编程逻辑器件的用户可编程性.它的可编程特性带来了电路设计的灵活性,在数字电路设计中发挥着越来越重要的作用.在通信系统中,基带数字信号在远距离传输,特别是在有限带宽的高频信道如无线或光纤信道上传输时,必须对数字信号进行载波调制.FS K 就是用数字信号去调制载波的频率,是信息传输中使用较早的一种调制方式.具有抗噪声性能好、传输距离远、误码率低等优点[1].在中低速数据传输中,特别是在衰落信道中传输数据时,有着广泛的应用[2].针对传统用硬件实现FS K 的方法,特别是相干解调需要提取载波,设备相对复杂、成本较高的特点,研究了基于FP GA 芯片的调制解调系统.通过Quart us II 软件平台,采用硬件描述语言,提出了一种2FS K 调制解调系统的设计实现方法,重点研究非相干的过零检测解调算法的实现.1 2FSK 调制解调原理及系统设计1.1 2FSK 调制解调原理2FS K 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序列0,1状态而变化,即载频为f 1时代表传0,载频为f 2时代表传1.显然,2FS K 信号完全可以看成两个分别以f 1和f 2为载频,以a n 和a n 为被传二进制序列的两种2AS K 信号的合成.2FS K 信号的产生通常有两种方式:(1)频率选择法;(2)载波调频法.频率选择法是在二进制基带脉冲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.实现比较简单,获得了广泛应用.载波调频法是采用模拟调频电路来实现.在这里,采用的是频率选择法.2FS K 信号的常用解调方法可采用非相干检测法和相干检测法,实现比较复杂.此外,2FS K 信号还有其他解调方法,比如鉴频法、过零检测法及差分检波法等.过零检测法的原理框图如图1.图1 2FS K 键控信号的过零检测法解调原理框图Fig.1 The zero assay of 2FSK输入的已调信号经限幅放大后成为矩形脉冲波,再经微分电路得到双向尖脉冲,然后整流得到单向尖脉冲,每个尖脉冲表示信号的一个过零点,尖脉冲的重复频率就是信号频率的2倍.将尖脉冲去触发一个单稳态电路,产生一定宽度的矩形脉冲序列,该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比,即与输入频率信号成正比.所以经过低通滤波器输出平均量的变化反映了输入信号的变化,这样就完成了频率—幅度变换,把码元“1”与“0”在幅度上区分开来,恢复出数字基带信号[3].1.2 2FSK 调制解调系统设计2FS K 调制解调系统框图如图2.输入时钟通过分频器1得到载波f 1的时钟,通过分频器2得到载波f 2的时钟,电路中设计两个载波映射表,根据时钟输入频率的不同,将A/D 正弦转换表映射成频率不同的载波f 1和f 2.设计5阶伪随机m 序列模块,用于产生基带信号.通过二选一数据选择器完成载波频率选择,生成2FS K 调制信号.图2 2FS K 调制解调系统图Fig.2 The modulation and demodulation system diagramof 2FSK已调信号经外部DA 转换芯片DAC0832转换为模拟信号,经信道传输,在接收端采用模数转换芯片MX7821采样,得到已调数字信号序列.系统解调电路采用过零检测法,不同的载波对应的零点数不同,过零点数反映了载波变化的不同,也反映了信码的不同.根据过零解调原理,解调模块包括正弦波限幅整形模块、微分整流模块、脉冲展宽模块、低通滤波模块以及抽样判决模块等子模块.为使解调部分的时钟信号与调制部分同步,加入了位同步dpll 模块,控制解调部分的抽样判决时钟.2 2FSK 调制电路的FPGA 实现2.1 m 序列生成在通信系统中,伪噪声序列(即PN 序列)得到了广泛的应用.最常用的PN 序列是最大长度线性码序列,又称为m 序列,是由n 级线性反馈移位寄存器产生的最大周期(2n -1)非零序列,其特点是具有周期性和伪随机性.m 序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种二进制序列.线性反馈移位寄存器的一般由移位寄存器,若干模二加法器组成线性反馈逻辑网络和时钟脉冲产生器连接而成.・382・第3期应亚萍,等:2FSK 调制解调系统的FP GA 设计与实现系统选用m 序列的阶数为5,五阶m 序列的本原多项式为g (x )=x 5+x 2+1.序列生成器采用D 触发器和门电路组成,如图3.异或门XOR 为线性反馈电路,门电路OR5和NO T 确保状态全零时系统能自启动.图3 m 序列电路图Fig.3 m sequence diagram2.2 正弦载波信号系统采用f 1和f 2两种不同频率正弦波,两者频率相差一倍.载波f 1和f 2通过查找A/D 映射表产生,每个正弦周期取16点采样.载波映射表由两个模块组成,分别是f1_zb.v 和f2_zb.v ,每个模块又调用下面的两个子模块rom.v 和sin16.mif ,其中rom.v 由Quart us II 开发环境的MegaWizard Plug 2In Manager 工具产生.表数据文件sin16.mif 的产生方法很多,可以在simulink 中的正弦波发生器后接示波器,然后把示波器的数据保存到workspace 中,再将数据填入用Quart us II 建立的mif 文件中.设计采用matlab 编程方法直接生成sin16.mif 文件,程序如下:x =0:1:15;y =ro und (1273sin (23pi 3x/16))+128;A =[x ;y ];fid =fopen (’C :\sin16.mif ’,’w ’);fprintf (fid ,’width =8;\r\n depth =16;\r\n ’);fp rintf (fid ,’address_radix =dec ;\r\n data_radix =dec ;\r\n ’);fp rintf (fid ,’content begin\r\n ’);fp rintf (fid ,’%d :%d ;\r\n ’,A );fp rintf (fid ,’end ;’);fclose (fid );plot (x ,y )plot 命令产生取值量化后的16点正弦波形.2.3 调制电路实现调制电路的实现采用模块化设计,对系统时钟计数分频,分频器div8和div16产生频率相差一倍 的时钟;m5模块产生五阶m 序列;mux 模块检测m5模块输出的跳变,当基带信号m 序列变化时,mux 模块根据m 序列值选择f 1或f 2频率的载波输出,完成基带信号的调制.3 2FSK 解调电路FPGA 实现3.1 解调电路实现解调电路系统接收模拟信号,经A/D 转换芯片mx7821采样得到数字信号;在zx 模块中进行限幅处理,得到方波信号;微分整流模块wf 进行边沿检测;pluse 模块负责脉冲展宽;lpf 模块为低通滤波器,得到待判决基带信号.低通滤波后的信号输入到同步模块中,提取位同步时钟信号,供给判决模块使用.最后,在同步时钟控制下进行判决得到解调后的基带信号.3.2 位同步设计解调系统中,需要对接收码元做位同步,目的是使每个码元得到最佳的解调和判决.设计利用FP 2GA 实现位同步,超前—滞后数字锁相环DPLL 的原理框图如图4所示.图4 位同步原理图Fig.4 Bit synchronization schematic diagram数字锁相环电路主要是由鉴相器、序列滤波器、可控分频器和时钟源组成,完成对输入定时信号提取、数字滤波和定时综合.其中可控分频器模值设计为N +1,N ,N -1三种;序列滤波器受鉴相器的输出控制.鉴相器采用的是微分型导前—滞后型鉴相器.时钟源使用系统时钟.锁相环的算法如图5所示.当提取位同步基准脉冲后,锁相环读取表示位同步脉冲可变模分频器的相位计数值,如果相位差在0~8(可调整,与锁相环参数有关)之间,则加大或减小分频器模值存储器,如果相位差为零,则为同步状态,保持原来的分频器模值大小.经过调整,可以使本地振荡器的相位与从线路码提取的位同步基准脉冲同相.・482・浙江工业大学学报第38卷图5 位同步锁相环算法图Fig.5 Bit synchronization phase 2locked loop algorithm4 2FSK 调制解调系统仿真及硬件配置为了整体观察调制解调过程是否正确,将各调制和解调模块组成电路,完成整个系统的电路设计.系统仿真波形图如图6.信号mo ut 为输出基带m 序列;zx 信号输出为限幅后的矩形脉冲;微分整流信号wf 检测信号的过零点,可以通过wf 信号观察到频率的变化;p ulse 为脉冲展宽信号,输出为一定宽度的矩形脉冲序列,该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比,即与输入频率信号成正比;bsyn 为位同步定时;dout1信号为判决输出.通过仿真分析,判决输出dout1与发送基带信号mout 一致,但由于信号处理过程产生了一定的延时.设计好的电路图进行硬件下载,验证设计的正确性.硬件实现采用天箭公司的通信系统实验箱,FP GA 芯片为EP1K30TC14423,A/D 模块为MAXIM 公司的MX7821,D/A 模块为DAC0832.管脚可通过Quart us II 软件的菜单Assignment/Assignment Editor 来配置,芯片配置可通过Quar 2t us II 软件的菜单Tools/Programmer ,在Hardware Set up 中选择ByteBlaster 配置硬件设置,在Mode中选择Passive Serial ,选择待编程文件,进行器件编程下载.通过FP GA 的外围引脚,可以比较mout 和do ut1一致,并将示波器观察结果与图6比较,两者也一致.2FS K 输出符合要求,以及其他一些中间结果是正确的.图6 解调系统仿真图Fig.6 The waveform of modulation and demodulation system simulation5 结 论调制解调系统各模块在实验室内进行了一系列测试,包括载频、低通滤波器通频带以及A/D 采样、微分整流、脉冲展宽、抽样判决,位同步等,并通过已经实用化的数字译码设备对产生的信号进行了实际接收.结果表明,信号精度和可用性完全可以满足要求.该方案不仅体现了FP GA 编程的优越性,又便于修改和扩充其功能,获得需要的信号.具有分辨率高、频率变换快,相位可控等优点,能够较好地实现2FS K 调制,产生2FS K 信号.根据调试结果做出的优化设计,能够简化传统调制解调器的设计,缩短系统设计周期.参考文献:[1] 陈华鸿.频移键控(FSK )及其最新应用[J ].现代计算机,2009(9):36239.[2] 樊昌信.通信原理[M ].北京:国防工业出版社,2001.[3] 梅灿华,张潜.基于FP GA 的键控移频调制解调器的设计与实现[J ].安徽大学学报:自然科学版,2005,29(2):22227.(责任编辑:刘 岩)・582・第3期应亚萍,等:2FSK 调制解调系统的FP GA 设计与实现。
编号: 毕业设计说明书 题 目: 2FSK调制与解调器的 设计与实现 学 院: 信息与通信学院 专 业: 电子信息工程 * 名: *** 学 号: ********** 指导教师单位: 信息与通信学院 * 名: *** 职 称: 教 授
题目类型: 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2015 年 5 月 20 日 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 I 摘 要
调制解调器在通信系统中的有着重要的地位,系统的性能很大程度上取决于它的好坏。二进制频率调制在数据通信的发展历史上,是一种较早使用的通信方式,这种调制解调方式的抗噪声干扰性能强大,抗衰落性能较强,实现起来有非常容易,由于这些优点,被广泛的应用于中低速数据传输系统中,所以一直以来都是学校数字信号调制教学的重点内容。但学生实验室中的2FSK调制与解调器采用整体电路的方式进行设计,电路板体积较大且灵活性较差。而此次毕业设计,按照各部分电路的不同功能,将2FSK调制与解调系统中的电路进行模块化,每个模块都设计出参数各异的小模块电路。关于信号的调制,有两种常用的方法,分别是直接调制和间接调制,其中间接调制则采用频移键控方法,直接调频则采用压控振荡法。信号的解调总体也可以分为两种方式,相关解调和非相干解调。在本次毕业设计当中,非相干解调使用了过零检测法,相干解调则采用了锁相解调法。使得用户在使用时,可根据需求,选择相应的模块进行拼接,从而完成不同方式、参数的2FSK调制解调器,这比传统的2FSK调制与解调器更加灵活和实用,也能使学生的动手能力得到很好的锻炼。 关键词:2FSK;模块化;频移键控;压控振荡法;锁相解调;过零检测法 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 II Abstract
Modem has an important role in the communication system, the performance of the system is good or bad depends largely on it. Binary frequency modulation in the history of the development of data communications, is a means of communication used earlier, such a strong anti-noise modulation and demodulation performance, strong anti-fading performance, very easy to implement, because of these advantages, is widely used in low-speed data transmission system, it has been focused on digital signal modulation content of school teaching. However, the student lab 2FSK modulation and demodulation circuit device by way of the overall design, the circuit board larger and less flexible. And the graduation project, in accordance with the different functions of each part of the circuit, the 2FSK modulation and demodulation circuit modular system, each module design small modular circuit parameters different. About modulated signal, there are two commonly used methods, namely direct and indirect modulation modulation, in which the indirect modulation frequency shift keying method is used, the direct voltage controlled oscillator frequency modulation method is used. Demodulated overall signal can also be divided into two ways, coherent demodulation and non-coherent demodulation. In this graduation designs, non-coherent demodulation using zero-crossing detection method, coherent demodulation is using a phase-locked demodulation. Enables users to use, according to the needs, select the appropriate module stitching to complete different way, parameters 2FSK modem, which is more flexible and practical than traditional 2FSK modulation and demodulation device, but also enable students to develop practical skills good exercise. Key words: 2FSK; frequency shift keying; VCO; demodulation; zero crossing detection method 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 III 目 录
引言 ........................................................... 1 1 设计要求 .................................................... 3 1.1 毕业设计题目 ................................................. 3 1.2 设计的主要功能 ............................................... 3 2 系统结构 .................................................... 3 3 设计思路及仿真软件的介绍 .................................... 3 4 硬件设计 .................................................... 4 4.1 时钟及码产生电路 .............................................. 4 4.2 带通滤波电路 ................................................ 10 4.3 2FSK调制电路................................................ 14 4.4 非相干解调电路 .............................................. 20 4.5 相干解调电路 ................................................ 24 5 系统测试 ................................................... 25 5.1 测试工具 ................................................... 28 5.2 2FSK调制与解调器的整体调试 .................................... 28 5.3 调试遇到的问题及调试结果 ...................................... 29 6 总结 ....................................................... 30 致 谢 ......................................................... 31 参考文献 ..................................................... 312 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 1 页 共 32 页
引言 当今社会通信技术的发展速度非常快,计算机的出现在现代通信技术的各个领域都占有了非常重要的地位。计算机在当今社会的众多领域中,不仅用作各种信息的处理,而且它和通信的结合,也使得电信业务更加丰富多样。随着人类经济文化的飞速发展,人们对于通信技术性能的需求也更加迫切,这也成为了推动通信科学领域发展的巨大动力。 在通信理论中,先后形成了“过滤和预测理论”、“香农信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理论”等技术理论。通信作为现代社会的基础设施和必要条件,引起了世界各国的高度重视,各国的科学工作者也在为此不断的努力奋斗着。通信,简单的说,就是经过一定的信道,将把信息从一个地方传递到另外一个地方。但是,如果信息是直接传递的话,由于外界的干扰,以及能量的约束,它不能准确的、快速的,传递到较远的距离,经过人们的研究,借助于一定形式的信号,成功的解决了这个问题。 基带信号由于其本身特点,包含频率较低,甚至是直流分量,难以通过有限的天线得到有效的辐射发送出去,因此,无法利用无线信道来直接传播。对于多数的有线信道,由于有线线路中多半串接有电容器或者并接了变压器等等直流元件,低频或者直流分量的信号也会收到很多的限制。综上,基带信号只能够在一些较为理想的信道上才能直接传输,但是目前多数的信道,存在衰落干扰,并不理想,所以不适合基带信号的传输。所以,必须想个办法,解决基带信号通过这些现有的信道来传输的问题。方法就是通过某种方式,把携带信息的原信号经过一种变化得到另外一种可以在现有信道上传输的新的信号,即调制。在工程设计中,常常叠加正弦载波信号。原始的信号,即需要传递的信息,就为调制波。所谓调制,是通过载波的一个参量的变化,来间接地反映调制信号的信息。其中,通过输入载波的幅度值的变化来反映输入的调制信号的变化的方法被叫做振幅调制;通过输入载波的频率来反映调制信号变化的叫做频率调制;通过输入载波的相位的变化来间接反应信号信息的变化的叫做相位调制。用来实现整个调制过程的电路或者设备被叫做调整器。从已调波形中恢复原来输入信号的过程称为解调,相应的电路或者设备称为解调器。当调整器与解调器做成了一个整体的时候,就可以实现信号的双向传输,这种器件被称为调制解调器。 调制另外的一个目的就是便于多路复用,在进行多路传输的时候,各路的数据原始基带信号的频谱往往是互相重叠的,所以不能在一条线路上进行传输,否则就会相互之间产生干扰。在经过调制之后,各路信号就会被搬移到不同的频段内,从而避免了相互之间的干扰,所以,信号在经过调制之后传输的方式有被称为频带传输。 数字调制是用载波的幅度、相位或者频率等参数来表征所传的基带信号的信息,接收端通过对载波的这些离散调制参量进行检测,就可以解调出原来的基带信号了。二进