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fsk調(diào)制技術(shù)論文

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  fsk調(diào)制技術(shù)論文篇一

  摘要

  在本二進(jìn)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(diǎn)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(xiàn).......................................................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(dú)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(jìn)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(jìn)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(dú)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(dú)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(dú)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(jìn)行解調(diào),然后進(jìn)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(jìn)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(dú)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(dú)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)框圖可把其實(shí)驗(yàn)框圖和實(shí)驗(yàn)波形圖一起表示,同學(xué)們可以再進(jìn)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(xiàn):

  [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(shí)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(jī)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(shí)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(qiáng)。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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn),也可用鍵控法來實(shí)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(jìn)行調(diào)頻,是頻移鍵控通信方式早期采用的實(shí)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(dú)立頻率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)起來比較容易,抗干擾和抗衰落的性能也較強(qiáng)。其缺點(diǎn)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(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為:

  (式2.1)

  假設(shè)二進(jìn)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(shí)現(xiàn)(即直接調(diào)頻法);另一種可以采用鍵控法來實(shí)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(jìn)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(dú)立頻率源進(jìn)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(jìn)制FSK信號。圖中,數(shù)字信號控制兩個獨(dú)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(diǎn)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(shí)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(dú)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(dú)立的振蕩器之間進(jìn)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(dú)立的振蕩器實(shí)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(diǎn)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(shí)用中可以用一個頻率合成器代替兩個獨(dú)立的振蕩器,再經(jīng)分頻鏈,進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異,故檢出過零點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(hù))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(jìn)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(jìn)行比較,將誤碼進(jìn)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(fèi)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>

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