FSK调制解调实验

院别：电子信息学院 课程名称：通信原理实验 班级：通信B班 姓名： 学号： 实验名称：FSK调制解调实验 实验时间： 2016年 11 月 8 日 成绩： 教师签名： 批改时间： 一、实验原理与目的 目的: 1．加深对FSK调制原理的理解及其硬件实现方法的了解 2．加深对FSK信号过零点检测法解调原理的理解及其硬件实现方法 3．加深对位同步提取原理的理解及其硬件实现方法 4．了解码再生原理 5．了解锁相环对消除相位抖动的作用 原理：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，这种频率的变化不是连续的，而是离散的。比如，在二进制的数字频率调制系统中，可用两个不同的载频来传递数字信息。移频键控常常可以写FSK(Frequency Shift Keying) FSK广泛应用于低速数据传输设备中，根据国际电报和电话咨询委员会(CCITT)的建议，传输速率为1200波特以下设备一般采用FSK。 FSK方法简单、易于实现，解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。由于这个原因，FSK是在模拟电话网上用来传输数据的低速、低成本，调制解调制器的一种主要调制方式。 在一个FSK系统中，发端把基带信号的变化规则转换成对应的载频变化，而在收端则完成与发端相反的转换。由于FSK信号的信道中传输的是两个载频的切换，那么其频谱是否就是这两个载频的线谱呢?或者说信道的频带只要这两个载频之差就够了呢?答案是否定的。 设FSK的两个载频为f1、f2，其中心载频为fo=(f1+f2)/2；又设基带信号的速率为fs。这样，经过分析，FSK的频谱图如图4.1所示。曲线a对应的f1=fo+fs，f2=fo-fs；曲线b对应的f1=fo+0.4fs，f2=fo-0.4fs。 从图4.1中我们可以看出: (l)相位不连续FSK频谱由连续谱和线谱组成，线谱出现在两个载频位置上。 (2)相位连续FSK若两个载频之差较小，比如小于fs，则连续谱出现单蜂；若两个载频之差逐渐增大，即f1与f2的距离增大，连续谱将出现双峰。 (3)由此可见，传输FSK信号所需的频带Δf约为 ff2f12fs 本实验为传输25000波特基带信号的FSK实验，采用改变分频链分频比来实现移频键控。收端采用过零检测恢复基带信号；并从恢复的基带信号中直接提取码元定时信号。 二、实验仪器 FSK调制解调实验箱1台，双踪同步示波器1台，数字频率计1台，直流稳压源1台 三、实验内容与分析 准备工作： 1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机； 2、把实验板电源连续线接好； 3、开机注意观察电流表； 正电流 ＋I＜200mA －I＜60 mA 若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。 A、FSK发送实验 1．测量1.1方波源的波形，频率应为1MHz 2．测量1.2的波形，频率应为100KHz 3．测量1.3的波形，频率应为125KHz 4．测量1.4的位定时波形。频率应为25KHz 5．测量1.5的伪随机序列，与1.4比较画出整个序列的波形 6．频率计接1.6 a) K1接0时，1. 6输出l25KHz方波载频，即0码时，发送l25KHz载频 b) K1接1时，1.6输出100KHz方波载频，即1码时，发送100KHz载频 c) K1接M，用示波器A线接l.5，并用A线触发，B线接1.6，观察记录调制的FSK方波输出信号。 1．1.1方波源波形 2.1.2的波形 3.1.3的波形 4.1.4的位定时波形 5.1.5的伪随机序列与1.4的波形比较 6.k1接0时1.6的输出频率 7.k1接1时1.6输出的频率 8.调制的FSK方波输出信号 B、FSK接收实验，基带解调 注意:做下述1、2、3、4实验时，示波器看不到稳定的波形，这是载波信号有两个频率的缘故。为了理解其工作原理，可把K1置 “1”。 1．限幅器把正弦波变换成跳变陡峭的方波以取得过零点信息，用LM311比较器作过零检测。2.1端可测到方波。观察记录2.1波形。 2．A线接2.1,B线接2.2，观察记录微分整流形成的过零点信息。 3．用IC13单稳态电路，把窄脉冲展宽成一定宽度的脉冲，目的在于扩大FSK信号两个频率之间的直流分量差距，以利于解调时识别。示波器A线接2.2,B线接2.3，观察记录脉冲展宽波形。 4．K1接M，频率计接2。3，应显示223KHZ频率，才能获得较好的解调基带波形，若频率不对，可关断电源，重新开机至223KHz频率为止。 5．本实验用IC14两级有源低通滤波器把过零信息中的基带信号提取出来。示波器A线接l.5,B线接2.4，观察记录解调的基带信号波形。注意：此时K1应接“M”，如果接“1”或“0”。由于FSK信号相当于没有加调制信号。因而2.4点会无信号输出。 9.2.1波形 10.过零点信息 11.脉冲展宽波形 12.k1接M，2.3的频率 13.解调的基带信号波形 C、FSK接收实验，位同步提取 开关位置: K1接M 即发端加调制信号 K2接1 即基带信号不加相移 K3接2 即基带加归零码变换 K4接1 即位同步不加锁相提纯 K5接l 即位同步加延时形成 1．位同步提取的最关键一步是基带信号作归零码变换。本实验用IC16把基带进行过零检测整形，然后用BG2、D3、D4检测过零点信息，把A线接2.4、B线接2.6、2.7。作记录。 2．示波器A线接2.7,B线接2.8，观察记录带通滤波器提取的位同步分量。由于带通滤波器Q值不够高，2.8点波形会出现少量的衰减振荡。从这里可看出，如果连“0”数太多，或连“1”数太多，用过零检测法位同步就无法提取。 3．用IC10、IC9整形产生位同步信号，用示波器A线接2.8,B线接2.9,观察记录整形后的位同步信号，用频率计测量2.9的频率，与发端1.4的位定时进行仔细比较。你会发现，2.9的频率与1.4的频率虽然相同，但2.9脉宽不等，并且边缘模糊。这是由于带通滤波器频带不够窄，Q值不够高，有干扰所致。并作记录。 4．K4接2，即位同步加锁相环提纯，频率计改接2.10，示波器A线接2.10，并与1.4比较，收端位同步经锁相环4046提纯后，其频率稳定度达到发端位同步的晶体稳定度。2.10位定时每个脉冲宽度都是相等的。无边缘抖动，示波器显示波形清晰。而2.9波形位定时有边缘抖动。如2.10频率与1.4不同，可调W3使其相等。 5．2.11为2.9移位后形成的位定时信号。这里采用2.11作为码再生判决时钟，用示波器比较2.11和2.9的相位关系，用频率计读取2.11和2.9的频率。 14.A线接2.4，B线接2.6 15.A线接2.4，B线接2.7 16.A线接2.7，B线接2.8 17.A线接2.8，B线接2.9 18.2.11与2.9波形比较 19.2.11的频率 20.2.9的频率 D、眼图、奈奎斯特准则实验 开关位置与C相同 l．A线接2.4解调的基带信号,B线接2.9时钟信号，示波器触发B线。微调示波器扫描频率观察2.4点基带信号眼图。注意观察眼图为什么要用2.9信号触发，试改用A线触发看能否观察到眼图。 2．A线改接2.5，观察记录2.5点眼图，可以看到2.5眼图宽度己经发生变化，调整W1改变系统传输频带，使其逐渐变窄，注意眼图的变化，随着W1的变化眼图开启度逐渐变小，并产生拖尾越严重，过零点宽度逐渐变宽，即传输频带不符合奈奎斯特准则时，会产生码间干扰。 3．在有码间干扰的情况下，把W1作反方向调节，随着W1变化，眼图开启会逐渐变大，拖尾会逐渐变小，最后可获得比较好的眼图，即我们可以通过补偿传输频带的方法，使码间干扰逐渐减少，这就是频域均衡的原理。 21.2.4与2.9波形 22.2.5眼图 23.改变W1后2.5眼图 24. 2.5的眼图 E、 归零码与位定时实验 开关位置与C相同 1．示波器A线接2.6，B线接2.8观察记录2.8波形。 2．K3改接1，即去除归零码变换电路，此时2.8会没有位同步信号输出。即不经过归零码换，是不能提取位定时信号的，此实验完后，应把K3重新置2。 25.2.6与2.8波形 26.K3接1时2.8波形 F. 眼图与判决时间选取实验 提取的位定时应处于眼图张开度最大的位置，如果不经过时延，位定时前沿正好处于基带信号的波形变换点处。这样判决误码率很高。本实验时延由位同步提取选颁网络，取反相输出形成。 开关位置与C相同 1．示波器MODE（工作方式）选择置CHOP（断续），K4接1。 2．示波器A线接2.4,B线接2.11,观察眼图，K5接1时，你会发现2.11的上升沿正好对准基带信号眼图开启最大点。K5接2时，时钟上升沿正好对准基带信号过零点附近。 3．示波器A线接发端l.5基带，B线改接收端解调输出2.13,K5接l时，解码正确，即判决时钟选在眼图开启最大点处误码小。K5接2时，判决时刻在眼图过零点，解码输出有误码，即位同步不经时延，在眼图过零点处进行判决有很大误码。理解判决时刻选取重要性。 27. K5接1时 28.K5接2时 29. K5接1时 30. K5接2时