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　　fsk調(diào)制技術(shù)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(guān)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(luò)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(zhuǎn)換速度快，波形好。

　　關(guān)鍵詞：射隨/選頻電路;模擬開關(guān);包絡(luò)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(shè)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(guān)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(shè)計...........................................10

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

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

　　設(shè)計總結(jié) ............................................................................................................... 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(guān)，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(zhuǎn)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(guān)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(guān)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(shè)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(shè)置門限。判決規(guī)定與調(diào)制規(guī)定相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波頻率f1，則接受時上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”;反之則判為“0”。

　　本次設(shè)計采用非相干法(即包絡(luò)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(luò)檢

　　波后分別取出它們的包絡(luò)。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(shè)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(zhǔn)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(luò)檢波器的輸出值。

　　二、 各單元電路設(shè)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(guān)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(zhuǎn)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(guān)送入。兩路載頻分別經(jīng)射隨、LC選頻、射隨再送至模擬開關(guān)。

　　LC選頻電路函數(shù)： f2LC

　　2.1.2 模擬開關(guān)電路

　　輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)1打開，模擬開關(guān)2關(guān)閉，此時輸出f1=8KHz，當(dāng)基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)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(guān)電路如下圖所示：

　　圖2.2 4066模擬開關(guān)電路

　　CD4066是四雙向模擬開關(guān)，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(dǎo)通阻抗。另外，導(dǎo)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(guān)組成，每個開關(guān)有一個控制信號，開關(guān)中的p和n器件在控制信號作用下同時開關(guān)。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān)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(dǎo)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(luò)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(shè)中我們采用包絡(luò)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(luò)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(xué)們可以再進一步了解一下

　　包絡(luò)檢波器是一種線性不失真檢波電路，其主要指標(biāo)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(dǎo)通電壓盡可能小.

　　三、 總體電路與電路仿真

　　3.1 總體電路設(shè)計

　　以下電路即為本次設(shè)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(guān)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(jié)果圖

　　圖3.2 調(diào)制電路仿真結(jié)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(jié)果

　　以上即為出的波形圖，其中藍(lán)色的線表示的是判決門限電平，與綠色的作對比。當(dāng)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(jié)果。

　　參考文獻：

　　[1] 侯麗敏.通信電子線路.清華大學(xué)出版社.2008

　　[2] 謝阮清.解月珍.通信電子線路.北京郵電大學(xué)出版社.2000

　　四、設(shè)計總結(jié)

　　本次課程設(shè)計的目的是讓我們掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)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(shè)計方法，同時也讓我們鞏固了本學(xué)期所學(xué)的理論知識并能夠指導(dǎo)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(fù)用開關(guān)

　　附件2：元器件清單

　　fsk調(diào)制技術(shù)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(shù)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(fù)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(shù)在通信行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)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(xué)，理解FSK后可以容易理解其他更復(fù)雜的調(diào)制系統(tǒng)，為以后的進一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。

　　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(yīng)于載頻，而符號“0”對應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。

　　第二章：理論基礎(chǔ)

　　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(yīng)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(dá)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(dá)式為：

　　(式2.1)

　　假設(shè)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(dá)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(dá)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(guān)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(guān)電路)和按數(shù)字信號的變化規(guī)律通斷。若門打開，則門關(guān)閉故輸出為f1，反之則輸出f2。這種方法的特點是轉(zhuǎn)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(guān)在兩個獨立的頻率源之間轉(zhuǎn)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(yīng)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(guān)，使電子開關(guān)在兩個獨立的振蕩器之間進行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換速度快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路不甚復(fù)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(luò)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(luò)檢波法

　　2FSK信號的包絡(luò)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(yīng)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(yīng)

　　下支路對應(yīng)，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)及，;抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡(luò)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(zhǔn)則為

　　圖2.2.1 2FSK信號包絡(luò)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(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)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(luò)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(guān)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(yīng)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(shè)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(guān)系?，F(xiàn)在我們是當(dāng)?shù)剡x擇使cos00

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

　　22時 或 V(A2)sin 當(dāng)0

　　2V(A) 當(dāng)02時 若角頻偏較小;<<1，則有

　　2V(A) 當(dāng)02時 或

　　由此可見，當(dāng)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(guān)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(shè)備，其性能一般較理論性能在0上要惡化幾個dB，一般可達(dá)(23dB)。

　　因而，對于一個調(diào)制方式已確定的信道設(shè)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(shè)備的信道誤碼率指標(biāo)，可以判斷當(dāng)前設(shè)備是否工作正常。

　　對設(shè)備信道誤碼率指標(biāo)的測量，不僅僅對該設(shè)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(shè)備，信道設(shè)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(shè)備費用、復(fù)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(yīng)用中，SNR的定義信號和噪聲在功率上的比值。

　　總結(jié)：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(fù)，已達(dá)到數(shù)字傳輸?shù)哪康摹?/p>