fsk調(diào)制技術論文

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　　fsk調(diào)制技術論文篇一

　　摘要

　　在本二進制移頻鍵控調(diào)制解調(diào)電路中，Multisim仿真，其中調(diào)制系統(tǒng)由模擬開關電路以及兩個射隨、選頻電路組成。解調(diào)是用非相干解調(diào)，即包絡檢波法。本方案的優(yōu)點是產(chǎn)生的2FSK信號頻率穩(wěn)定度好，轉換速度快，波形好。

　　關鍵詞：射隨/選頻電路;模擬開關;包絡檢波;

　　目錄

　　摘要

　　前言.................................................................................................................4

　　2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹.....................................................................................................5

　　2.1 2FSK的調(diào)制原理.....................................5

　　2.2 2FSK信號的解調(diào)原理..................................6

　　二、各單元電路設計 ............................................................................................. 8

　　3.1 2FSK調(diào)制單元............................................8

　　3.1.1 射隨、選頻電路.......................................8

　　3.1.2 模擬開關電路........................................8

　　3.2 2FSK解調(diào)單元............................................9

　　三、總體電路與電路仿真 ................................................................................... 10

　　4.1 總體電路設計...........................................10

　　4.2 調(diào)制和解調(diào)的仿真結果圖................................10

　　參考文獻.......................................................13

　　設計總結 ............................................................................................................... 14

　　附件1： 各元件引腳圖......................................................................................15

　　附件2： 元器件清單...........................................................................................16

　　前 言

　　2FSK是利用載頻頻率的變化來傳輸數(shù)字信息的。數(shù)字載頻信號有相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個振蕩頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間的相位互不相關，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號;若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，是對其中一個載頻進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載波就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。

　　一、2FSK的調(diào)制解調(diào)原理介紹

　　1.1 2FSK的調(diào)制原理

　　FSK信號的產(chǎn)生有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻移鍵控法。

　　直接調(diào)頻法是用二進制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，如(a圖)所示，使其能夠輸出兩個不同頻率的碼元。雖然方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時轉移速度不能太高。

　　頻移鍵控法有兩個獨立的振蕩器。它是用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出，(b圖)所示。

　　以上兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本相同，只是由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，如(c)圖所示;而開關法產(chǎn)生的2FSK信號則分別由兩個獨立的頻率源產(chǎn)生不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位是不一定連續(xù)的，如(d)所示。

　　圖1.3

　　綜上所述，我們這次設計采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號。

　　1.2 2FSK信號的解調(diào)原理

　　2FSK信號的解調(diào)可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法。其解調(diào)原

　　理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別進行解調(diào)，然后進行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號抽樣值的大小，可以不專門設置門限。判決規(guī)定與調(diào)制規(guī)定相呼應，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應載波頻率f1，則接受時上支路的樣值較大，應判為“1”;反之則判為“0”。

　　本次設計采用非相干法(即包絡解調(diào)法)，其方框圖如下。

　　用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為f1和f2的高頻脈沖經(jīng)過包絡檢

　　波后分別取出它們的包絡。把兩路輸出同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。

　　圖1.4

　　設頻率f1代表數(shù)字信號1;f2代表數(shù)字信號0，則抽樣判決器的判決準則：

　　x1-x2>0 判決輸入為f1信號

　　X1-x2<0 判決輸入為f2信號

　　式中x1和x2分別為抽樣判決時刻兩個包絡檢波器的輸出值。

　　二、 各單元電路設計

　　2.1 2FSK調(diào)制單元

　　要將NRZ碼經(jīng)過2FSK調(diào)制成為2FSK信號，我們采用一個受基帶脈沖控

　　制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過度頻率，它的轉換速度快，波形好。

　　2.1.1 射隨、選頻電路

　　圖2.1 射隨、選頻電路

　　電路中的兩路載頻由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過開關送入。兩路載頻分別經(jīng)射隨、LC選頻、射隨再送至模擬開關。

　　LC選頻電路函數(shù)： f2LC

　　2.1.2 模擬開關電路

　　輸入的基帶信號由轉換開關分成兩路，一路控制f1=8KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=4KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出f1=8KHz，當基帶信號為“0”時，模擬開關2開通。此時輸出f2=4KHz，于是可在輸出端

　　得到FSK已調(diào)信號。

　　4066模擬開關電路如下圖所示：

　　圖2.2 4066模擬開關電路

　　CD4066是四雙向模擬開關，主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。引出端排列與CC4016一致，但具有比較低的導通阻抗。另外，導通阻抗在整個輸入信號范圍內(nèi)基本不變。CD4066由四個相互獨立的雙向開關組成，每個開關有一個控制信號，開關中的p和n器件在控制信號作用下同時開關。這種結構消除了開關晶體管閾值電壓隨輸入信號的變化，因此在整個工作信號范圍內(nèi)導通阻抗比較低。

　　2.2 2FSK解調(diào)單元

　　2FSK信號的解調(diào)方法有：包絡檢波發(fā)、相干解調(diào)發(fā)、鑒頻法、過零點檢測法等，在這次課設中我們采用包絡檢波法。

　　由于一路2FSK信號可視為兩路2ASK信號，所以，2FSK信號也可以采用包絡檢波解調(diào)。性能分析模型如下所示:

　　圖2.3 解調(diào)原理框圖 與同步檢測法解調(diào)相同，接收端上下支路兩個帶通濾波器的輸出波形和分別表示為下式

　　:

　　觀察上述的公式和實驗框圖可把其實驗框圖和實驗波形圖一起表示,同學們可以再進一步了解一下

　　包絡檢波器是一種線性不失真檢波電路，其主要指標是：電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)、輸入阻抗。

　　在選擇檢波器的元件參數(shù)時，二極管的導通電壓盡可能小.

　　三、 總體電路與電路仿真

　　3.1 總體電路設計

　　以下電路即為本次設計的調(diào)制解調(diào)電路：

　　圖3.1 Multisim仿真電路

　　. 經(jīng)過放大、選頻后送入模擬開關調(diào)制出2FSK信號。然后將調(diào)制信號送

　　入解調(diào)器，經(jīng)濾波、整流后解調(diào)處所用信號。

　　3.2 調(diào)制和解調(diào)的仿真結果圖

　　圖3.2 調(diào)制電路仿真結果

　　其中上面的正弦波即為調(diào)制出的2FSK信號，下面的為輸入的同頻率的方

　　波信號，與2FSK信號做對比。

　　圖3.3 解調(diào)電路仿真結果

　　以上即為出的波形圖，其中藍色的線表示的是判決門限電平，與綠色的作對比。當解調(diào)出的波大于判決門限電平時，輸出“1”，反之則輸出“0”。紅色的線即代表輸出結果。

　　參考文獻：

　　[1] 侯麗敏.通信電子線路.清華大學出版社.2008

　　[2] 謝阮清.解月珍.通信電子線路.北京郵電大學出版社.2000

　　四、設計總結

　　本次課程設計的目的是讓我們掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法，掌握2FSK調(diào)制器的調(diào)制原理以及2FSK調(diào)制器的設計方法，同時也讓我們鞏固了本學期所學的理論知識并能夠指導實踐。

　　附件1：各元件引腳圖：

　　1、74LS04非門芯片引腳圖

　　2、CD4066多路復用開關

　　附件2：元器件清單

　　fsk調(diào)制技術論文篇二

　　第一章：緒論

　　1.1引言

　　隨著電子計算機的普及，數(shù)據(jù)通信技術正在迅速發(fā)展。數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中常見的一種調(diào)制方式。頻移鍵控(FSK)方法簡單，易于實現(xiàn)，并且解調(diào)不須恢復本地載波，可以異步傳輸，抗噪聲和抗衰落性能也較強。因此，F(xiàn)SK調(diào)制技術在通信行業(yè)得到了廣泛地應用，并且主要適用于用于低、中速數(shù)據(jù)傳輸。

　　由于FSK調(diào)制解調(diào)原理相對比較簡單，作為數(shù)字通信原理的入門學，理解FSK后可以容易理解其他更復雜的調(diào)制系統(tǒng)，為以后的進一步發(fā)展打下基礎。

　　1.2 FSK簡介

　　數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控(FsK—Frequency Shift Keying)，二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。 2FSK信號便是符號“1”對應于載頻，而符號“0”對應于載頻(與不同的另一載頻)的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法 則是利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛。

　　第二章：理論基礎

　　2.1 2FSK 調(diào)制原理及方法

　　2.1.1 2FSK調(diào)制的基本原理

　　用基帶信號f(t)對高頻載波的瞬時頻率進行控制的調(diào)制方式叫做調(diào)頻，在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中則稱為頻移鍵控(FSK)。頻移鍵控在數(shù)字通信中是使用較早的一種調(diào)制方式，這種方式實現(xiàn)起來比較容易，抗干擾和抗衰落的性能也較強。其缺點是占用頻帶較寬，頻帶利用串不夠高，因此，額移鍵控主要應用于低、中速數(shù)據(jù)的傳輸，以及衰落信道與頻帶較寬的信道。

　　2.1.2 2FSK信號的表達式和波形圖

　　頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為：

　　(式2.1)

　　假設二進制序列s(t)為l01001時，則2FSK信號的波形如圖2.1.2所示

　　圖2.1.2 2FSK信號的波形

　　從圖中可以看出，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。因此，2FSK信號的時域表達式又可寫成

　　式中：g(t)為單個矩形脈沖，脈寬為

　　Ts;

　　ax是ax的反碼，若ax=1，則ax=0;若ax=0，則ax=1，于是n和n分別是第n個信號碼元的初相位。在移頻鍵控中，n和n不攜帶信息，通?？闪詈蜑榱?。

　　2.1.3 2FSK信號的帶寬

　　由式(2.1)可知，2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的振幅鍵控信號之和，因此它的頻帶寬度是兩倍數(shù)字基帶信號帶寬(B)與fc2fc1之和，即：BW2Bfc2fc1sfc2fc1

　　2.1.4 2FSK調(diào)制方案的比較

　　2FSK信號產(chǎn)生的方法主要有兩種。一種可以采用模擬電路來實現(xiàn)(即直接調(diào)頻法);另一種可以采用鍵控法來實現(xiàn)。

　　(1) 直接調(diào)頻法原理

　　所謂直接調(diào)頻法，就是用數(shù)字基帶信號去控制一個振蕩器的某種參數(shù)而達到改變振蕩頻率的目的。如圖2.1.3所示

　　圖2.1.3 直接調(diào)頻法原理框圖

　　(2)鍵控法原理

　　該方法就是在二進制基帶矩形脈沖序列的控制 下通過開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一。其原理如圖1.2.2所示，它將產(chǎn)生二進制FSK信號。圖中，數(shù)字信號控制兩個獨立振蕩器。門電路(即開關電路)和按數(shù)字信號的變化規(guī)律通斷。若門打開，則門關閉故輸出為f1，反之則輸出f2。這種方法的特點是轉換速度快、波形好，而且頻率穩(wěn)定度可以做得很高。頻率鍵控法還可以借助數(shù)字電路來實現(xiàn)。

　　以上兩種FSK信號的調(diào)制方法的差異在于：由直接調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。(這一類特殊的FSK，稱為連續(xù)相位FSK而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，是由電子開關在兩個獨立的頻率源之間轉換形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。

　　圖2..1.4 鍵控法原理框圖

　　2.1.5 2FSK調(diào)制方案的選擇

　　我們組選擇采用鍵控法來產(chǎn)生2FSK信號，主要基于以下2個原因：

　　1：直接調(diào)頻法產(chǎn)生的移頻鍵控信號雖易于實現(xiàn)，但由于是同一振蕩器產(chǎn)生兩個不同頻率的信號，在頻率變換的過渡點相位是連續(xù)的，其頻率穩(wěn)定度較差。而且這種方法產(chǎn)生的FSK信號頻移不能太大，否則振蕩不穩(wěn)，甚至停振，因而實際應用范圍不廣，僅適用于低速傳輸系統(tǒng)。

　　2：頻率鍵控法是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關，使電子開關在兩個獨立的振蕩器之間進行轉換，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號。由于產(chǎn)生f1和f2載頻是由兩個獨立的振蕩器實現(xiàn)，則輸出的2FSK信號的相位是不連續(xù)的。這種方法的特點是轉換速度快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路不甚復雜，在實用中可以用一個頻率合成器代替兩個獨立的振蕩器,再經(jīng)分頻鏈，進行不同的分頻，也可得到2FSK信號。

　　2.2 2FSK信號解調(diào)方案的比較與選擇

　　數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。下面就相干檢測法、非相干檢測法、過零檢測法和差分檢測法進行介紹。

　　2.2.1 濾波+包絡檢波法

　　2FSK信號的包絡檢波法解調(diào)方框圖如圖2.2.3所示，其可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器(帶寬相同，皆為相應的2ASK信號帶寬;中心頻率不同，分別為f1、f2起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應

　　下支路對應，經(jīng)包絡檢測后分別取出它們的包絡及，;抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路及的抽樣值分別用表示，則抽樣判決器的判決準則為

　　圖2.2.1 2FSK信號包絡檢波方框圖

　　2.2.2 相干檢測法

　　相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2.2.2所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值

　　可還原出基帶數(shù)字信號。

　　進行比較判決(判決規(guī)則同于包絡檢波法)，即

　　圖2.2.2 2FSK相干檢測方框圖

　　2.2.3 過零檢測法

　　單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。過零檢測法方框圖及各點波形如圖2.2.4所示。在圖中，2FSK信號經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應的尖脈沖序列，這些尖脈沖的密集程度反映了信號的頻率高低，尖脈沖的個數(shù)就是信號過零點數(shù)。把這些尖脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流分量，該直流分量的大小和信號頻率的高低成正比。然后經(jīng)低通濾波器取出此直流分量，這樣就完成了頻率——幅度變換，從而根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。

　　圖2.2.3 過零檢測法方框圖及各點波形圖

　　2.2. 4 差分檢波法

　　差分檢波法的原理如圖2.2.4所示，輸入信號經(jīng)接收濾波器濾除帶外無用信號后被分成兩路，一路直接送到乘法器(平衡調(diào)制器)，另一路經(jīng)時延τ送到乘法器，相乘后再經(jīng)低通濾波器提取信號。解調(diào)的原理可作如下說明：設輸入為

　　，它與時延之波形的乘積為Acos(0)t Acos(0)tAcos(0)(t) 2V(A2)COS(0)若用低通濾波器除去倍頻分量，則其輸出為

　　可見，V是角頻率偏移的函數(shù)，但卻不是一個簡單的函數(shù)關系。現(xiàn)在我們是當?shù)剡x擇使cos00

　　2sinV(A)sin 當02時 01則有=，故此有

　　22時 或 V(A2)sin 當0

　　2V(A) 當02時 若角頻偏較小;<<1，則有

　　2V(A) 當02時 或

　　由此可見，當滿足條件

　　鑒頻特性所要求的。 cos00及<<1時，輸出電壓V將與角頻偏呈線性關系。這是

　　2.2.5 2FSK解調(diào)方案的選擇

　　過零檢測法較其他三種分析方法更簡單，因此我們決定用過零檢測法來實現(xiàn)FSK信號的解調(diào)。

　　2.3 FSK系統(tǒng)性能

　　Pe

　　對于FSK采用非相干解調(diào)，在高斯白噪聲信道環(huán)境下的平均誤碼率為：E1b)22N0

　　Eb

　　N對于一個實際通信設備，其性能一般較理論性能在0上要惡化幾個dB，一般可達(23dB)。

　　因而，對于一個調(diào)制方式已確定的信道設備，對于其誤碼率的測量是一個十分重要的環(huán)節(jié)。一方面可以衡量其在實際信道環(huán)境下的性能，比理論值所惡化的程度;另一方面，通過測量設備的信道誤碼率指標，可以判斷當前設備是否工作正常。

　　對設備信道誤碼率指標的測量，不僅僅對該設備的性能有所了解，同時它也是通信系統(tǒng)工程方面(系統(tǒng)建立、維護)重要的工具。

　　1.誤碼率測量

　　對信道誤碼率的測量一般需通過誤碼測試儀進行。誤碼測試儀首先發(fā)送一串偽碼給信道設備，信道設備將FSK信號發(fā)送，并經(jīng)信道返回(主要是完成加噪功能)，然后解調(diào)。將解調(diào)之后的數(shù)據(jù)再送入誤碼測試儀進行比較，將誤碼進行計數(shù)。而后將誤碼率顯示出來：

　　Pe接收的誤碼數(shù)

　　發(fā)送的總碼數(shù)

　　3.調(diào)制指數(shù)

　　調(diào)制指數(shù)(h，單位為bit/Symbol)，也被稱為帶寬效率，是以bit/s/Hz為單位來度量。較高的h會有較高的設備費用、復雜性、線性、以及為了保持與低h系統(tǒng)相同的誤比特率而引起的SNR的增加。

　　信噪比(SNR：Signal to Noise Ratio)工程應用中，SNR的定義信號和噪聲在功率上的比值。

　　總結：通過FSK調(diào)制，可以采用直接調(diào)頻或頻移鍵控，將數(shù)字信號調(diào)制為以頻率表示的余弦波信號，在傳播中有效防止誤碼的發(fā)生，提高傳輸可靠性。FSK檢波可采用相干檢測法、非相干檢測法、過零檢測法和差分檢測等方法，從而將包含在余弦波中的信號恢復，已達到數(shù)字傳輸?shù)哪康摹?/p>