通信原理教案 实验五 FSK调制解调实验

第一篇：通信原理教案 实验五 FSK调制解调实验

实验五 FSK 调制解调实验

(理论课:教材第七章P180--185）

实 验 内 容

1.频率键控（FSK）调制实验 2.频率键控（FSK）解调实验

一、实验目的

1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验电路工作原理

TP901 TP904TP90832KHz选频 32KHz方波12TP906TP907输出时钟K901D/A TP902模相FSKTP909拟加12解调整 开器(4046形16KHz方波12关FSK调制输出锁相环输 K902D/AK906解调)出 TP903TP90

5PN2K1 F832K904WMCLK 213WMDATA

K903

图2-1 FSK调制解调电原理框图

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。

本实验电路中，由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。

（一）FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图2-1所示；图2-2是它的调制电路电原理图。

输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。

电路中的两路载频(f1、f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B(4066)。

（二）FSK解调电路工作原理 FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。解调电路电原理图如图2-3所示。

FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使

它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。

FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。

压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图2-3中R924、R925、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R929、C904构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。

当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。关于FSK调制原理波形见图2-4所示。

三、实验内容

测试FSK调制解调电路TP901—TP909各测量点波形，并作详细分析。

1．按下按键开关： K01、K02、K900。

2．跳线开关设置： K9012–

3、K9022–3。K903:1-2 3 K9041–

2、2KHz的伪随机码，码序列为：*** 做FSK解调实验时，K9041–

2、K9031–2。K905：1－2 3－4K906:2-3 K907:1-2 3．在CA901插上电容，使压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf2400Pf之间。

4．注意选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)、1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。

5．接通开关K906“2”和“3”脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。

6．观察FSK解调输出TP907～TP909波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

四、测量点说明

TP901：32KHz载频信号，由K901的1与2相连，可调节电位器W901改变幅度。

TP902：16KHz载频信号，由K902的1与2相连，可调节电位器W902改变幅度。

TP903：作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。K904 的1与2相连：码元速率为2KHz的***码；K904的2与3相连：码元速率为8KHz的10101010码。

TP904：32KHz基带FSK调制信号输出。TP905：16KHz基带FSK调制信号输出。

TP906：FSK调制信号叠加后输出，送到FSK解调电路的由输入开关K905控制。

TP907：FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K906的2与3脚接入

TP908：FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容4 值。

TP909：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP903。注：在FSK解调时，K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的***码。K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F ≤ fc1的关系，因为此时它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相连接的位置上。

五、讨论思考题

1.画出测试点的各点波形。

2.写出改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响? 3.采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟?

六、实测各点波形

1、FSK频率键控调制电路的工作波形

（上图）：TP901：32KHz载频信号（下图）：TP902：16KHz载频信号

TP903： 2KHz数字基带信码信号

图理原电路电制调KSF 2－2图 8

图理原电路电调解KSF 3－2图 TP9010t32KHz载频fC1输入TP9020t16KHz载频fC2输入TP9030TP9041110010tt信码032KHz载频fC1输出TP9050t16KHz载频fC2输出TP9060t合路后FSK输出 图2-4 FSK调制原理波形图

上图 TP904：32KHz载频FSK调制信号 K905 1-2 3-4 全部断开后测出 下图 TP905：16KHz载频FSK调制信号

TP906：FSK调制叠加后输出信号 K905 1-2 3-4 测出

2、FSK频率键控解调电路的工作波形 K906 2-3

TP907：FSK解调信号输入。同TP906 10

TP908：FSK解调电路32KHz工作时钟，TP909：FSK解调输出 的2KHz数字基带信码 同TP903

第二篇：南昌大学通信原理综合设计实验FSK PSK调制与解调 实验报告

实 验 报 告

课程名称： 通信原理综合设计实验 指导老师： 学生姓名： 学 号： 专业班级：

2016年 06月 16日 实验一 7位伪随机码1110010设计

一、实验目的

1、了解数字信号的波形特点

2、掌握D触发器延时设计数字电路的原理及方；

3、熟悉Multisim 13.0软件的使用

二、设计要求

设计7位伪随机码1110010，要求输出波形没有毛刺和抖动，波形稳定效果较好，可用于后续的综合设计实验。

三、实验原理与仿真电路及结果

要求产生7位伪随机码，根据M=2-1=7,所以n=3，需要3个D触发器，在32KHz正弦波或方波的时钟信号触发下，第三个D触发器输出端产生1110010的7位伪随机绝对码。仿真电路及波形结果如下：

n

图

一、7位伪随机码1110010产生电路

图

二、7位伪随机码1110010波形

观察结果波形发现，伪随机码波形频率较之信号源波形（32KHz）减小了，但幅值不变仍为5v.四、实验心得与体会

本实验原理较为简单，在大二上学期的《数字电路与逻辑设计》课程中已经学习过，且实验前老师也给出了电路，故完成实验只需要简单的搭建仿真电路即可，产生正确的随机码波形也为后两个设计实验做好准备。通过本次设计实验，我重新复习了数字电路逻辑设计中的D触发器产生特定数字序列的知识，同时也熟练了Multisim软件的使用，为后续综合设计实验打下基础。

实验二 2FSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2FSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、学会低通滤波器和放大器的设计

3、掌握LM311设计抽样判决器的方法、判决门限的合理设定

4、进一步熟悉Multisim13.0的使用

二、设计要求

设计2FSK调制解调电路，载波f1=128KHz，f2=256KHz，基带信号位7位伪随机绝对码（1110010）要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出来的基带信号尽量延时小、判决准确。

三、实验电路与结果

 实验总电路图

图

一、FSK调制、解调总电路  调制电路

1）实验所用的128KHz和256KHz载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下：

图

二、128KHz正弦载波信号生成电路

图

三、256KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

四、基带信号1110010生成子电路

3）128KHz、256KHz载波信号、基带信号、已调信号波形：

图

五、载波、基带及已调信号波形  解调电路

1）解调部分电路如下：

图

六、FSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并分别用128KHz、256KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的128KHz和256KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同的32KHz（生成伪随机码的信号源频率）的低通滤波器，滤出含有基带信号的“混合”波形，最后将这两路信号接入LM311比较器，根据课本知识，这一步实现的是两路信号的比较，谁大输出谁，最终输出解调信号。

电路中，LM311比较器处接了两个上拉电阻（R9、R10）和下拉电阻（R25），作用分别是使解调信号可正常输出和矫正美观解调波形。另32KHz的低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

七、32KHz低通滤波器

图

八、FSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。不过解调信号与基带信号存在一定的延时，这可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，FSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是FSK调制与解调的综合性设计实验，首先载波信号调用实验一中的方波高低通生成正弦波方法得到，基带信号调用实验四中的伪随机码方法生成。另外实验增加的难度在于，运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中两个载波频率的波形并进行低通滤波得到两路初解调信号，然后利用LM311芯片完成两路信号的比较，同课本介绍的包络检波一样，谁大输出谁，完成信号的解调。实验完成后，我思考的问题是，为什么要通过比较器来得到解调信号。我的理解是：4066开关电路不像实验五中的科斯塔斯环一样锁定频率精准，锁住了频率即输出1，否则输出0。对于128KHz的信号，利用256KHz的方波控制开关也同样会有部分信号流过，且这部分信号低通滤波较难滤除干净，所以采用比较信号大小的方法来决定信号的输出，剔除掉这部分干扰信号完成解调。本实验的综合和性较强，且电路成分也比较多，宜采用子电路方法简化电路以减少因电路间干扰而出现错误。实验难点在于设计产生载波信号和解调部分的滤波器的设计，这直接影响到最后是否可成功解调出信号。在实验一2KHz低通滤波器设计的基础上，将其修改成所需截至频率的滤波器较容易实现，一般经验性的操作是将电容调小一个数量级，然后再观察波形调整电阻来实现。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及FSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。实验三 2DPSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2DPSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、了解实现信号0相和π相波形间转换的电路

3、掌握低通滤波器的参数设置和LM311抽样判决器的判决电压设置

4、熟练运用Multisim13.0,学会用软件实现简单的电路调试

二、设计要求

1.设计2DPSK调制解调电路，载波f=512KHz，基带信号位7位伪随机相对码。要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出的基带信号尽量延时小，判决准确。

2.采用子电路设计方法。3.用4066芯片实现解调信号。

三、实验电路与结果

 实验总电路图

图

一、PSK调制、解调总电路

 调制电路

1）实验所用512KHz的载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下图所示：

图

二、512KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

三、基带信号1110010生成子电路

3）实验中同、反相子电路图：

图

四、同相子电路

图

五、反相子电路

4）512KHz载波信号、同、反相信号、基带信号：

图

六、512KHz载波、同、反相信号、基带信号波形图

其中，图一的最上方为512KHz载波波形，中间为同相信号波形，最下方为反相信号波形。

5）已调信号波形：

图

七、已调信号波形  解调电路

1）解调部分电路如下：

图

八、PSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并用512KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的同反相512KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同截至频率的低通滤波器（理论值为32KHz，即与生成伪随机码的信号源频率一致），滤出含有基带信号的“混合”波形。参考“混合”波形的幅值设置一个合理的判决门限电压值（本实验中给的是1v），与所得的“混合”信号一起接入LM311比较器中比较，最后得到解调信号。

电路中，LM311比较器处接了下拉电阻（R25），作用是使解调信号可正常输出解调波形。另解调低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

九、解调低通滤波器电路

图

十、PSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。但解调信号与基带信号间存在一定的延时，这与FSK实验中一样，可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，PSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是PSK调制与解调的综合性设计实验，在上个FSK调制解调设计实验的基础上，完成本实验相对简单了一些。实验的核心内容在于：运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中同反相的两个载波信号并经过低通滤波得到初解调信号。通过参考初解调信号的幅值给定一个合理的判决门限电压值，然后与初解调信号一起接入LM311芯片进行信号比较，得到解调信号。实验完成后，我思考的问题是，通过给定一个判决门限值与初解调信号比较是怎样实现信号解调的。我的理解是：接入4066解调芯片的信号都是含有512KHz频率的信号，故开关电路一直都会有信号流过。但是已调信号的相位跳变点正是直接携带基带信号信息的，当这个跳变点遇上512KHz的方波时，经过开关电路即会产生幅值的前后变化，故我们可以设置一个处于幅值变化之间的某个电压值作为判决门限值，这样即可实现同反相载波的区分，解调出基带信号的。本实验的综合和性较强，且电路成分也比较多，宜采用子电路方法简化电路以减少因电路间干扰而出现错误。实验难点同FSK一样，在于设计产生载波信号和解调部分的滤波器的设计，这直接影响到最后是否可成功解调出信号。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及PSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。

第三篇：通信原理实验报告综合实验FSK和PSK调制解调

实 验 报 告

课程名称： 通信原理综合设计实验 学生姓名： 学 号： 专业班级：

2016年 06月21日

实验一 7位伪随机码1110010设计

一、实验目的

1、了解数字信号的波形特点

2、掌握D触发器延时设计数字电路的原理及方；

3、熟悉Multisim 13.0软件的使用

二、设计要求

设计7位伪随机码1110010，要求输出波形没有毛刺和抖动，波形稳定效果较好，可用于后续的综合设计实验。

三、实验原理与仿真电路及结果

要求产生7位伪随机码，根据M=2-1=7,所以n=3，需要3个D触发器，在32KHz正弦波或方波的时钟信号触发下，第三个D触发器输出端产生1110010的7位伪随机绝对码。仿真电路及波形结果如下：

n

图

一、7位伪随机码1110010产生电路

图

二、7位伪随机码1110010波形

观察结果波形发现，伪随机码波形频率较之信号源波形（32KHz）减小了，但幅值不变 仍为5v.四、实验心得与体会

本实验原理较为简单，通过本次设计实验，我重新复习了数字电路逻辑设计中的D触发器产生特定数字序列的知识，老师也给出了提示，基本上是直接改动电路图就能实现，只要电路图搭建正确，原理符合逻辑，基本上都能仿真出来。伪随机码在后续实验中经常用到，模拟随机信号，但不是真正的随机信号，在通信中应用研究中很有意义，也为我们后续综合设计实验提供基本的信号。

实验二

一、实验目的

调制、解调电路综合设计

2FSK1、掌握2FSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、学会低通滤波器和放大器的设计

3、掌握LM311设计抽样判决器的方法、判决门限的合理设定

4、进一步熟悉Multisim13.0的使用

二、设计要求

设计2FSK调制解调电路，载波f1=32KHz，f2=64KHz，基带信号位7位伪随机绝对码（1110010）要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出来的基带信号尽量延时小、判决准确。

三、实验电路与结果

3.1实验总电路图

图

一、FSK调制、解调总电路

3.2调制电路

1）实验所用的32KHz和64KHz载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下：

图

二、32KHz正弦载波信号生成电路

图

三、64KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

四、基带信号1110010生成子电路

3）32KHz、64KHz载波信号、基带信号、已调信号波形：

图

五、载波、基带及已调信号波形

3.3解调电路 1）解调部分电路如下：

图

六、FSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并分别用32KHz、64KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的32KHz和64KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同的32KHz（生成伪随机码的信号源频率）的低通滤波器，滤出含有基带信号的“混合”波形，最后将这两路信号接入LM311比较器，根据课本知识，这 一步实现的是两路信号的比较，谁大输出谁，最终输出解调信号。

电路中，LM311比较器处接了两个上拉电阻和下拉电阻，作用分别是使解调信号可正常输出和矫正美观解调波形。另32KHz的低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

七、32KHz低通滤波器

图

八、FSK解调信号与基带信号波形对比

以上蓝色是解调出来的波形，黄色为伪随机码输出，观察波形结果发现，开始仿真时会有一两个判决错误，可能是滤波电路没有达到稳定的原因，后面稳定之后，波形就很好了，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。不过 解调信号与基带信号存在一定的相位差，这可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，FSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是FSK调制与解调的综合性设计实验，首先载波信号调用实验一中的方波高低通生成正弦波方法得到，基带信号调用实验四中的伪随机码方法生成。另外实验增加的难度在于，运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中两个载波频率的波形并进行低通滤波得到两路初解调信号，然后利用LM311芯片完成两路信号的比较，同课本介绍的包络检波一样，输出较大的一路，完成信号的解调。实验过程中出现不少问题，我碰到的问题比较奇葩，用子电路组成大电路仿真总是达不到理想效果，所以直接简单粗暴在一个电路图里将调制解调全做完。自己做仿真一定要将原理想清楚，遇到问题冷静分析和查找问题出处，总的来说这个实验还是比较容易实现的，基本都在调滤波器的参数，其他部分都是现成的电路。

实验完成后，我思考的问题是，为什么要通过比较器来得到解调信号。4066开关电路不像实验五中的科斯塔斯环一样锁定频率精准，锁住了频率即输出1，否则输出0。对于32kHz的信号，利用64KHz的方波控制开关也同样会有部分信号流过，且这部分信号低通滤波较难滤除干净，所以采用比较信号大小的方法来决定信号的输出，剔除掉这部分干扰信号完成解调。在实验一2KHz低通滤波器设计的基础上，将其修改成所需截至频率的滤波器较容易实现，一般经验性的操作是将电容调小一个数量级，然后再观察波形调整电阻来实现。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及FSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。

实验三 PSK、2DPSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2DPSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、了解实现信号0相和π相波形间转换的电路

3、掌握低通滤波器的参数设置和LM311抽样判决器的判决电压设置

4、熟练运用Multisim13.0,学会用软件实现简单的电路调试

二、设计要求

1.设计2DPSK调制解调电路，载波f=512KHz，基带信号位7位伪随机相对码。要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出的基带信号尽量延时小，判决准确。

2.采用子电路设计方法。3.用4066芯片实现解调信号。

三、实验电路与结果

3.1实验总电路图

图

一、PSK调制、解调总电路

3.2调制电路

1）实验所用1024KHz的载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下图所示：

图

二、1024KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

三、基带信号1110010生成子电路

3）实验中同、反相子电路图：

图

四、同相放大电路

图

五、反相子电路

4）1024KHz载波信号、同、反相信号、基带信号：

图

六、1024KHz载波、同、反相信号、基带信号波形图

其中，图一为1024KHz载波波形，中间红色波形分别为同相和反相信号波形。5）已调信号波形：

图

七、已调信号波形

3.3解调电路 1）解调部分电路如下：

图

八、PSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并用512KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的同反相1024KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同截至频率的低通滤波器（理论值为32KHz，即与生成伪随机码的信号源频率一致），滤出含有基带信号的“混合”波形。参考“混合”波形的幅值设置一个合理的判决门限电压值（本实验中给的是1v），与所得的“混合”信号一起接入LM311比较器中比较，最后得到解调信号。

电路中，LM311比较器处接了下拉电阻，作用是使解调信号可正常输出解调波形。另解调低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

九、解调低通滤波器电路

图

十、判决前后波形对比

图

十一、PSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。但解调信号与基带信号间存在一定的相位差，这与FSK实验中一样，可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，PSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是PSK调制与解调的综合性设计实验，相比FSK调制解调设计实验，本实验相对简单一些。实验的重点在于：运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中同反相的两个载波信号并经过低通滤波得到初解调信号。通过参考初解调信号的幅值给定一个合理的判决门限电压值，然后与初解调信号一起接入LM311芯片进行信号比较，得到解调信号。实验完成后，我思考的问题是，通过给定一个判决门限值与初解调信号比较是怎样实现信号解调的。接入4066解调芯片的信号都是含有1024KHz频率的信号，故开关电路一直都会有信号流过。但是已调信号的相位跳变点正是直接携带基带信号信息的，当这个跳变点遇上1024KHz的方波时，经过开关电路即会产生幅值的前后变化，故我们可以设置一个处于幅值变化之间的某个电压值作为判决门限值，这样即可实现同反相载波的区分，解调出基带信号的，我选择的判决电平是0V，信号刚好在0电平上下变化。

第四篇：实验一 FSK调制实验

通信原理实验报告

实验名称：

姓 名：

学 号： 班 级： 时 间：

FSK调制实验

南京理工大学紫金学院电光系 实验一 FSK调制实验

1、实验目的

2、了解FSK调制的基本工作原理；

3、掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现过程；

4、预备知识

5、数字信号的传输工作方式与基本工作过程；

6、FSK的基本工作原理；

7、正交调制与基带信号的表示方式；

8、软件无线电的基本概念；

9、实验仪器

10、工程“通信信道平台”实验箱

11、波器

通信网络一台； 20MHz示一台；

12、实验原理

在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1和0）。通常，FSK信号的表达式为：

SFSK2Ebcos(2fc2f)tTb2Ebcos(2fc2f)tTb0tTb

（二进制１）

SFSK0tTb

（二进制０）

其中2πΔf代表信号载波的恒定偏移。

产生FSK信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。不连续的FSK信号表达式为：

SFSK2Ebcos(2fHt1)Tb2Ebcos(2fLt2)Tb0tTb（二进制１）

SFSK0tTb（二进制０）其实现如图3.1-1所示：

振荡器fＨ放大振荡器fＬ输出输入数据

图3.1-1 非连续相位FSK的调制框图

由于相位的不连续会造频谱扩展，这种FSK的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不发展，越来越多地采用连继相位FSK调制技术。

目前较常用产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。因此，FSK可表示如下：

SFSK(t)2Ebcos[2fCt(t)]Tb2Ebcos[2fCt2kfTbtm(n)dn]

应当注意，尽管调制波形m（t）在比特转换时不连续，但相位函数θ（t）是与m（t）的积分成比例的，因而是连续的，其相应波形如图3.1-2所示：

图3.1-2连续相位FSK的调制信号

由于FSK信号的复包络是调制信号m（t）的非线性函数，确定一个FSK信号的频谱通常是相当困难的，经常采用实时平均测量的方法。二进制FSK信号的功谱密度由离散频率分量fc、fc+nΔf、fc-nΔf组成，其中n为整数。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。

FSK的信号频谱如图3.1-3所示。

图3.1-3 FSK的信号频谱

FSK信号的传输带宽Br，由Carson公式给出：

Br=2Δf+2B 其中B为数字基带信号的带宽。假设信号带宽限制在主瓣范围，矩形脉冲信号的带宽B=R。因此，FSK的传输带宽变为：

Br=2（Δf+R）

如果采用升余弦脉冲滤波器，传输带宽减为：

Br=2Δf+（1+α）R 其中α为滤波器的滚降因子。

在通信信道平台中，FSK的调制方案如下： FSK信号：

s(t)cos(w0t2fit)

其中：

fi{因而有：

f1f2当输入码为1当输入码为0

s(t)cosw0tcos2fitsinw0tsin2fitcosw0tcos(t)sinw0tsin(t)其中：

t

(t)2fct2Km(t)dt

如果结进行量化处理，采样速率为fs，周期为Ts，有下式成立：

(n)(n1)2fcTs2Km(n)Ts(n1)2Ts[fsKm(n)] (n1)2fiTs按照上述原理，FSK正交调制器的实现为如图3.1-4结构：

cos()f1f2z-1sin()正交调制器输入码流W0

图3.1-4 FSK正交调制器结构图

如时发送0码，则相位累加器在前一码元结束时相位(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f1Ts，直到该码元结束；如时发送１码，则相位累加器在前一码元结束时的相位(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f2Ts，直到该码元结束。

在通信信道FSK模式的基带信号中传号采用32KHz频率，空号采用16KHz频率，数据传输速率为8Kbps。

在FSK模式下，不采用FEC技术。制器提供的数据源有：

13、外加数据：通过信道接口模块提供数据；

14、全1码：可测试传号时的发送频率；

15、全0码：可测试空号时的发送频率；

16、01码：0101…交替码型，用作一般测试；

17、特殊码序列：周期为8的码序列，以便于常规示波器进行观察；

18、m序列：可用于对通道性能进行测试；

FSK调制器的结构如图3.1-5所示：

FPGATP402sin()外部数据全1码全0码01码特殊码序列m序列数据选择器32KHzD触发器相位累加16KHzcos()控制TP401发时钟D/AD/ATP801TP80320、将通信信道平台所有的短路器均于置于1-2状态（短路器置于左侧）。

低通滤波低通滤波TP802TP804

21、按1.12节中的方式将通信信道平台设置成“FSK模式”。

图3.1-5 FSK调制器结构示意图

19、实验步骤

22、检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。

23、在菜单中选择不同的输入码型：

24、外部数据

25、全1码

26、全0码27、0/1码

28、特殊码序列

29、m序列码

30、观察发送数据测量点TP402与TP803（或TP804）之间的关系：TP402是发送数据信号，TP803基带FSK波形，以TP402作为同步信号，可以看出TP402与TP803有明确的信号对应关系，在码元的切换点发送波形的相位连续；

31、观察TP803、TP804两测量点的波形，判断它们之间的关系。

32、观察TP803、TP804两测量点的李沙育x-y的波形：TP803与TP804为FSK的正交基带信号，其李沙育图形应为一个圆。在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号；不然如果只采用一路同相FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号，这需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器，如图3.1-6所示：

幅度正交调制幅度中频频谱基带频谱频率一般调制幅度频率频率带通滤波器 图3.1-6 FSK的频谱调制过程

33、实验报告

34、FSK正交调制方式与传统的一般FSK调制方式有什么区别? 其有哪些特点 ? 答：一般FSK调制方式产生FSK信号的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的。而FSK正交调制方式产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是连续的。在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号，不然如果只采用一路同相FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号

35、画出各测量点工作波形。

36、为什么TP803、TP804的信号具有正交性。答：加了本地载波cos(w0t）的作用

4、心得体会

本次实验并不难，最主要的是掌握基础知识，除此之外，要熟悉实验箱上的各个功能分块，能够准确知道每个模块的各个作用和功能，对实验的内容，也要了解。这次的实验让我对2FSK的调制有了进一步的认识，同时提高了我的动手能力，达到了学以致用的效果！

第五篇：通信原理实验 FSK传输系统系统试验

通信原理实验

专

业：通信工程 班

级： 姓

名：

指导老师：

日

期：2014.6.9

实验一 FSK传输系统系统试验

一．实验目的

1.熟悉 FSK 调制和解调基本工作原理； 2.掌握 FSK 数据传输过程；

3.掌握 FSK 正交调制的基本工作原理与实现方法； 4.掌握 FSK 性能的测试；

5.了解 FSK 在噪声下的基本性能。

二．实验仪器

1.JH5001通信原理综合实验系统 2.20MHz双踪示波器

三．实验内容

测试前检查：首先将通信原理综合实验系统调制方式设置成“FSK 传输系统”；用示波器测量TPMZ07 测试点的信号，发现有脉冲波形，则说明实验系统已正常工作。

（一）FSK调制 1.FSK基带信号观测

(1).TPi03 是基带FSK 波形（D/A 模块内）。通过菜单选择为1 码输入数据信号，观测TPi03 信号波形，测量其基带信号周期。如图1.1.1所示。

(2).通过菜单选择为0 码输入数据信号，观测TPi03 信号波形，测量其基带信号周期。如图1.1.2所示。将测量结果与1 码比较。

图1.1.1 全1码的基带信号

图1.1.2 全0码的基带信号 分析：由图可知，输入全1码时的基带信号周期约为27us，输入全0码时的基带信号周期约为54us，则输入全0码时的基带信号周期约为全1码时的2倍。

2.发端同相支路和正交支路信号时域波形观测

TPi03和TPi04分别是基带FSK 输出信号的同相支路和正交支路信号。测量两信号的时域信号波形时将输入全0 码，测量其两信号是否满足正交关系。波形如图1.1.3所示。

图1.1.3 TPi03 和TPi04波形

分析：由图可以看出TPi03 和TPi04的波形相位相差π，满足正交关系。思考：产生两个正交信号去调制的目的是防止码间串扰。

3.发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测

将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育应为一个圆。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量。输入码型为全0码、全1码、0/1码和特殊码是的李沙育波形分别如图1.1.4、图1.1.5、图1.1.6和图1.1.7所示。

图1.1.4 全0码

图1.1.5 全1码

图1.1.6 0/1码

图1.1.7 特殊码

分析：输入各种不同的码序列得到的李沙育图形都呈现出圆形。

4.连续相位FSK调制基带信号观测

TPM02是发送数据信号（DSP+FPGA模块左下脚），TPi03是基带FSK 波形。测量时，通过菜单选择为0/1码输入数据信号，并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与TPi03点波形应有明确的信号对应关系。并且，在码元的切换点发送波形的相位连续。如图1.1.8所示。通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号，重复上述测量步骤。记录测量结果，如图1.1.9所示。

图1.1.8 0/1码

图1.1.9 特殊码

思考：图中，观测两重叠波形，TPM02为高时，TPi03的频率高，TPM02为低时，TPi03的频率低，但TPi03的波形连续，即非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是连续的。

5.FSK调制中频信号波形观测

(1).选择0/1码输入数据信号，以TPM02作为同步信号,观测TPM02与TPK03点波形有明确的信号对应关系,如图1.1.10所示。

(2).选择特殊序列码输入数据信号，重复上述测量步骤，如图1.1.11所示。(3).断开跳线器Ki01或Ki02，重复上述测量步骤。观测信号波形的变化，分析变化原因，如图1.1.12和图1.1.13所示。

图1.1.10 0/1码

图1.1.11 特殊码

图1.1.12 0/1码

图1.1.13 特殊码

分析：将正交调制输入信号中的一路基带调制信号断开后，由图可知，波形总体上不变，但频率分量有所增加。这是因为在FSK正交方式调制中，如果只采用一路同向FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号，使频率分量增加。

（二）FSK解调 1.解调基带FSK信号观测

用中频电缆连结KO02和JL02，测量解调基带信号测试点TPJ05，用TPM02作同步。

(1).选择1码，观测TPJ05测量其信号周期,如图1.2.1所示；

(2).选择为0/1码，观测TPJ05，如图1.2.2所示。根据观测结果，分析解调端的基带信号与发送端基带波形（TPi03）不同的原因。

图1.2.1 全1码

图1.2.2 0/1码

分析：全1码输入时，TPJ05的输出波形的频率不变；0/1码输入时，高电平处TPJ05的频率高，低电平处TPJ05的频率低。

思考：解调端的基带信号与发送端基带波形（TPi03）不同的原因是：存在噪声的影响且信道特性不稳定，存在着衰落。

2.解调基带信号的李沙育（x-y）波形观测

将示波器设置在（x-y）方式，观察TPJ05和TPJ06的波形。(1).选择1码，仔细观测其李沙育信号波形,如图1.2.3所示；(2).选择为0/1码，仔细观测李沙育信号波形，如图1.2.4所示；

图1.2.3 全1码

图1.2.4 0/1码

分析：全1码时，李沙育信号波形近似为一个圆环，更接近椭圆；0/1码时，李沙育信号波形同样近似为一个圆环，且环形粗一点。

思考：接收端与发送端李沙育波形不同的原因：存在噪声的影响且信道特性不稳定，存在着衰落。

3.接收位同步信号相位抖动观测

用发送时钟TPM01信号作同步，选择不同的测试序列测量接收时钟TPMZ07的抖动情况。输入码型为全1码和全0码，其波形分别如图1.2.5和1.2.6所示：

图1.2.5 全1码

图1.2.6 全0码

分析：方波高电平初始端存在脉冲。

思考：全0或全1码下观察不到位定时的抖动是因为：在全1码和全0码的情况下，所有的输入码元均相同，无电平跳变，不存在相位的变化，因此观察不到相位抖动。

4.解调器位定时恢复与最佳抽样点波形观测

TPMZ07为接收端DSP调整之后的最佳抽样时刻输入m序列，观察TPMZ07（以此信号作同步）和TPN04波形的之间的相位关系，如图1.2.7所示。

图1.2.7 解调器位定时恢复与最佳抽样点波形

分析：最佳抽样时刻位于抽样判决点的中间时刻，也即具有最大能量处。

5.位定时锁存和位定时调整观测

(1).输入为m序列时，观察TPM01（以此信号作同步）和TPMZ07（收端最佳判决时刻）之间的相位关系，如图1.2.8所示；

(2).不断按确认键，观察TPMZ07的调整过程和锁定后的相位关系，如图1.2.9所示；

(3).输入全1重复该实验，解释原因。按确认键前后波形如图1.2.10和图1.2.11所示；

(4).断开JL02接收中频环路，观测TPM01和TPMZ07之间的相位关系，并解释测量结果的原因。

图1.2.8 m序列确认前

图1.2.9 m序列确认后

图1.2.10 全1码确认前

图1.2.11 全1码确认后

分析：

（1）输入为m序列时，方波高电平初始端存在脉冲，发端时钟和最佳判决时刻之间的相位同步。

（2）不断按确认键，波形总体上保持不变。

（3）输入为全1码时，按确认键调整过程中脉冲位置发生了变化，即发端时钟和最佳判决时刻之间的相位发生了变化，原因是全1码时，输入波形没有变化，位定时失步；断开中频环路，按确认键，则脉冲位置发生变化，原因是断开中频环路后，无法正确判断出码元的起止。

6.观察在各种输入码字下FSK的输入/输出数据

通过菜单选择为不同码型输入数据信号，观测TPM04点输出数据信号是否正确。观测时用TPM02点信号同步。输入码型分别为特殊码、全1码和0/1码是波形分别如图1.2.12、图1.2.13和图1.2.14所示：

图1.2.12 特殊码

图1.2.13 全1码

图1.2.14 0/1码

分析：可以看出特殊码和0/1码输出波形与输入波形基本一致，只是相位上有一定的偏移，全1码为直线。

四．实验思考题

1.FSK 正交调制方式与传统的一般FSK 调制方式有什么区别? 其有哪些特点？

答：两者区别:一般FSK调制方式产生FSK信号的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。而FSK正交调制方式产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。FSK正交调制方式可以消除各个频率间的相互干扰，从而消除由于频率干扰造成的误码。若频率不正交，在抽样时刻各支路信号波形是相关的，一条支路的误码必然导致判决结果的错误，从而增大了误码率。

FSK正交调制方式的特点：随着FSK码长的增加，FSK信号的带宽增加，频带利用率降低。即以增加信号频带来换取误码率的降低。

2.TPi03 和TPi04 两信号具有何关系？

答：TPi03和TPi04分别为同向支路和正交支路，两信号为正交关系。

五．心得体会

因为是第一个实验，一开始对找JH5001通信原理综合实验系统上的模块以及测试点有点生疏，并且与双踪示波器有一根导线接触不良，但是实验总体完成的还是相对比较顺利的。通过实验，加深了对FSK调制和解调的基本工作原理、FSK数据传输、FSK正交调制的基本工作原理与实现方法以及FSK性能测试的理解。并且增强了我们的动手与合作能力。