实验3,FSK,ASK调制解调实验

作者：shyshy | 发布时间：2020-12-11 12:29:12 收藏本文下载本文

实验３ F F Ｓ K(A ＳＫ）调制解调实验一、实验目的 1．掌握 FSＫ(ASK)调制器的工作原理及性能测试;2．掌握 FSＫ（AＳK)锁相解调器工作原理及性能测试；３。

学习ＦSK（AＳK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。

二、实验仪器 1.FSK 调制模块,位号 A 2.ＦＳK 解调模块，位号 C 3．时钟与基带数据发生模块,位号:Ｇ 4．噪声模块，位号 B 5．2０Ｍ双踪示波器 1 台６．小平口螺丝刀１只 7.频率计１台（选用)８．信号连接线３根三、实验原理（一）K FSK 调制电路工作原理 FSK 调制电路是由两个 ASK 调制电路组合而成，它的电原理图,如图 3－1 所示。16K0２为两 ASK 已调信号叠加控制跳线。用短路块仅将 1－2 脚相连,输出“1”码对应的 AＳK 已调信号;用短路块仅将 3-4 脚相连，输出“0”码对应的 ASＫ已调信号。用短路块将 1-2 脚及3-4 脚都相连,则输出 FSK 已调信号。因此，本实验箱没有专门设置 ASＫ实验单元电路.11 101216U02B40661 21316U02A40661 216U03A74LS0416K02116TP03116TP04116TP0632KHZ16KHZ2KHZ 方波116TP01116TP023116K012K 伪随机码低通低通f1f221 24 3数字基带信号输入图 3-1 FSK 调制解调电原理框图

图 3－1 中，输入的数字基带信号分成两路,一路控制 f 1 =32KＨz 的载频,另一路经反相器去控制 f ２ =１6KＨｚ的载频。当基带信号为“1”时,模拟开关 B 打开，模拟开关 A 关闭，此时输出 f 1 =32ＫＨｚ;当基带信号为“0”时，模拟开关 B 关闭,模拟开关 A 打开，此时输出f 2 =1６KHz;在输出端经开关１6Ｋ02 叠加，即可得到已调的 FSK 信号。

电路中的两路载频（f 1、f ２）由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波变为正弦波，再送至模拟开关 4066。载频 f 1 的幅度调节电位器 16W0１,载频 f 2 的幅度调节电位器１6W02。

（二）FS Ｋ解调电路工作原理 FSK 解调采用锁相解调,锁相解调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的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK 锁相环解调器原理图如图 3-2 所示。FSK 锁相解调器采用集成锁相环芯片图 3—2 FSＫ锁相环解调器原理示意图ＭC4０46。其中，压控振荡器的频率是由１7Ｃ02、17R09、17W０1 等元件参数确定,中心频率设计在 3２ＫHz 左右，并可通过 17W01 电位器进行微调.当输入信号为 32ＫHz 时,调节１7W０１电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为 16ＫHz 时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。

四、各测量点和可调元件的作用１.FS Ｋ调制模块 16K02 ：两ＡSK 已调信号叠加控制跳线。用短路块将 1－２脚及３—４脚都相连,则输出ＦＳK 已调信号.仅 1—2 脚连通,则输出 ASK 已调信号.16TP01 ：32KHz 方波信号输入测试点，由 4U01 芯片(ＥＰM240）编程产生。

16TP0 ２：16KＨz 方波信号输入测试点，由 4Ｕ01 芯片（EPM240)编程产生。

117TP03117TP02117TP0112317U02A17W0110K17R0947KAIN14BIN3VCIN9INH5CA6CB7R111R212PCP1PC12PC213VCOUT4SF10ZEN1517U01 MC404617C022200FSK 调制信号FSK 解调输出压控振荡器中心频率

16T Ｐ０3 3：32KＨｚ载波信号测试点,可调节电位器 1６W０１改变幅度.16 Ｔ P04:16KHｚ载波信号测试点,可调节电位器 16Ｗ02 改变幅度。

16P ０1 1：数字基带信码信号输入铆孔.1 1 ６ P02:FSＫ已调信号输出铆孔，此测量点需与 1６Ｐ01 点波形对比测量。

２．K FSK 解调模块 1 1 ７Ｗ 01:解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器.１ 7P01:ＦＳK 解调信号输入铆孔。

17TP02:FSＫ解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为３２KHｚ左右，频偏不应大于２ＫHz，若有偏差，可调节电位器１7W0１。

17P ０2 2：FＳK 解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同 16P0１。

３。噪声模块３W W ０ 1:噪声电平调节。

3W02:加噪后信号幅度调节。

3TP01 ：噪声信号测试点，电平由３W01 调节。

３ P0 １：外加信号输入铆孔。

3 3 Ｐ 02 ：加噪后信号输出铆孔。

五、实验内容及步骤 1。插入有关实验模块：

在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ FSＫ调制模块”、“噪声模块”、“ＦＳＫ解调模块”,插到底板“Ｇ、A、B、Ｃ"号的位置插座上(具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表"）.注意模块插头与底板插座的防呆口一致,模块位号与底板位号的一致。

2．信号线连接: 用专用导线将 4Ｐ01、16P０1；16P０2、３Ｐ01;3P0２、１7Ｐ０1 连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔).3．加电：

打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示.若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因.4．设置好跳线及开关: 用短路块将 1６Ｋ０2 的 1-2、3—４相连。拨码器 4SW02:设置为“00００0”,４P０１产生 2K 的 15 位 m 序列输出.5.载波幅度调节：

1６Ｗ01：调节 3２ＫＨz 载波幅度大小,调节峰峰值 4V。

16W0２:调节 16ＫHz 载波幅度大小，调节峰峰值 4V.用示波器对比测量 16TP0３、16TP04 两波形.6.FSK 调制信号和巳调信号波形观察:

双踪示波器触发测量探头接 1６P0１，另一测量探头接 16P02，调节示波器使两波形同步，观察 FSK 调制信号和巳调信号波形，记录实验数据.7．噪声模块调节：

调节 3Ｗ0１,将 3TP01 噪声电平调为 0;调节３Ｗ02，调整 3P０２信号幅度为４V.8．FSＫ解调参数调节: 调节 17W01 电位器,使压控振荡器锁定在３2KHz（16 KHz 行不行？),同时可用频率计监测 17ＴP0２信号频率.9．无噪声 FSK 解调输出波形观察：

调节 3W０1,将 3TＰ０1 噪声电平调为 0；双踪示波器触发测量探头接 16P01，另一测量探头接 17P02。同时观察 FSＫ调制和解调输出信号波形,并作记录,并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。如果不一致，可微调 17Ｗ０1 电位器,使之达到一致。

１0。加噪声 FＳK 解调输出波形观察：

调节 3Ｗ0１逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。

11．ASK 实验与上相似，这儿不再赘述.１2．关机拆线: 实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块.注：由于本实验中载波频率为１6ＫHｚ、32ＫHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过 4KＨz.六、实验结果分析根据输入的基带信号，请画出 FSＫ、ASK 各主要测试点波形。

FSK 的 Mａtｌaｂ仿真结果原始基带信号调制后的信号接收到有噪声的信号

解调后的信号抽样判决后的信号调制信号的频谱分析实验室演示的图形

基带信号和调制信号原始信号和恢复信号 ASＫ的 Matｌａｂ仿真结果

实验室演示的图形

ＡSK 的基带信号和调制信号实验心得通过两个不同频率的载波信号可以对调制信号进行 2FSＫ调制；通过想干解调，可以较好的实现 2ＦＳK 调制信号的解调；解调出来的波形与调制信号相比会有一定的延时。2ＦSK信号频谱是看成由两个不同频率的 2ASK 信号频谱组成。

附录 FＳＫ的 Maｔlab 程序主程序 close all ｃｌeaｒ alｌ n=1６;f1＝180０00０0;f2=6000０0０;bitＲaｔe＝10000０0;N＝5０；ｎｏise=10;signal=ｓource(n,N）； transmittedSignａl＝fskMoｄu（ｓiｇｎal，bitRａtｅ，f1，f２,N）;

ｓｉｇnal1=ｇuｓsiａn(trａｎsmｉｔｔｅdSignaｌ，noise）；ｃonfiｇueSiｇnａl=demoFSＫ（ｓｉgnal1，bｉｔRａte,ｆ1，f2，N）;子程序ｆｕnｃtion bitstream=ｄemoＦSＫ（receivｅdSignal,biｔRate，ｆ1,f２,N）ｌoaｄ nuｍｓigｎal1=rｅceivedSiｇnal；ｓigｎaｌ2=ｆiltｅｒ（ｇａotonｇ,１,ｓignal1）;%通过 HＰF,得到高频分量 signal3=ａｂs（signａｌ２）;％整流ｓｉｇnａl3＝filｔer(lowpass,1,signal３)； %通过 LPF，形成包络 biｔstｒeam=［］； IN1=fix(lenｇｔh(lｏwpaｓs）/2)+fｉx（lengtｈ(ｇａotｏｎｇ）/2）;%延迟时间ｂitsｔream１=［］； LL=N;％每个 bit 的抽样点数 i=ＩＮ1 +LＬ/2； while（i＜=ｌenｇth（signaｌ３））％判决 bitstｒｅam1=［biｔstrｅａｍ1，signal３（ｉ）>=０。5］； i=i+LL； end bitstｒeａｍ1 figure(５)suｂpｌoｔ（３，１，1)； plot（１：lｅngth（signal1）,sigｎal1）;title("Ｗaｖeof receiviｎgtｅｒminal(iｎcｌuding noiｓe)＇）;grid oｎ； subploｔ(3，１，2)； plot（1:leｎgｔｈ（ｓiｇnal2)，siｇnaｌ2);tｉtｌｅ(’ＡｆｔeｒＰａssｉnｇ HPF’);grid on；ｓuｂpｌｏt(３，１，3)； pｌoｔ(1：lengｔｈ（signal３)，siｇｎal３）;ｔiｔｌe（"Afｔeｒ PassｉnｇＬPF＇);ｇｒｉｄ on;sｉgｎal4＝fｉｌter（daｉtong，1，siｇnａl1）;％通过 BＰF，得到低频分量 sigｎal5=abs（sigｎal4)；％整流ｓignal5=ｆiｌｔer(ｌowpasｓ，１，ｓｉｇnal5）;%通过 LPＦ，形成包络 IN2=ｆix（ｌeｎgth（lｏwpass）/2)+fix（lｅngth(dａitｏng）/２)；％延迟时间ｂｉtsｔrｅam2=［];ＬL=Ｎ;%每个 bit 的抽样点数 i＝ＩN2 +LL／2;ｗhｉle（i＜=lengｔh(ｓignal５））%判决ｂｉtｓｔreａm2=[ｂitsｔream2，signaｌ5（i）>＝0。5];

i＝i+LL;ｅnd bｉｔｓtｒｅaｍ2 figurｅ（6)subplｏt(３，１，１);ploｔ（１：leｎgtｈ（ｓｉgｎal1），signaｌ1);ｔitｌe(’Wave of ｒeceiving ｔｅrmｉｎal(ｉncｌudinｇ noise)’）；grｉd on； subplot(3,1，2)；ｐｌot（1:lｅｎgth（signａl4），signａｌ4）;title（"Ａfter Ｐassｉng ＢPF＇)；gｒiｄ on;subplot(3,1，3）;plｏt(１:length（signal5），ｓignaｌ5)；tｉtle（"Aｆtｅr Passing ＬPF＇）;gｒid ｏｎ;fｏr i=1：mｉn（lenｇth(bitｓｔｒｅam1）,leｎgｔh（bitstream2）)%判决 iｆ（bitstream1(i)>ｂｉtｓtream2(i））bitsｔrｅam(i)＝１； else bitstrｅam（ｉ)=0； enｄ eｎｄ bitstreａm ｂｉt＝［]；％接收端波形 for i=1：ｌengtｈ（bitstrｅaｍ）ｉf bitsｔream（ｉ)==0 ｂit1=zeｒos（1,N)；ｅlsｅ biｔ1＝oｎeｓ(1,N）； end ｂit=［bｉt,ｂiｔ１］； end ｆigure(7）plot(ｂit),titｌｅ(＇binａry of rｅceivｉｎg ｔeｒｍｉnａl"），grid on;aｘis(［０，N＊lengtｈ（biｔstreａm），—2。５，2.５］）； enｄ functioｎｔrａｎsmiｔtedSiｇｎal=fｓkMｏdu(signaｌ，bitＲate,ｆ1,f2，N）t=linｓｐace（0，1/ｂitRate,N）;c１＝ｓiｎ（2＊pｉ＊t＊f1)； c2=sin(2＊ｐｉ＊t*f２）;ｔｒansmiｔｔeｄSｉgnａl=[];foｒｉ＝1：lengtｈ(ｓignal）

if sｉgnａl（i)==1 transmitｔeｄSignal＝[transmiｔteｄSignaｌ,c１]； else ｔｒansmittedSignaｌ＝［traｎsmｉｔtｅdSｉgnａl，c2］;eｎd end figｕre(２)ｐｌot(1：lｅngtｈ(transｍitｔｅdＳｉgｎal)，transmｉttｅdSiｇnal）； tiｔｌe（＇Moduｌatｉoｎ of ＦSK’);ｇrid ｏn;figｕre（３)m＝0：leｎgｔｈ(ｔrａｎsmitｔedSiｇnaｌ）-１;F=fft（ｔranｓｍitteｄSignaｌ);ploｔ（m，abs（ｒｅａl(F）)），ｔiｔle("ＡSK＿frｅqｕency—dｏmaｉn ａnalｙsis rｅal＇)； gｒｉd ｏn； enｄ FSＫ的 Mａtlaｂ程序ｃlc;cleａｒ;N=30;xｎ=［］；ｘ=[1 0 1 1 0 0 1 0 1 ０ 1 0 ０ 1 0 0 0 0 0 0 0 １ 1 1 1 1 1 0 0 0］;ｔ=０。０１:０．01:N； y＝ｃos(2＊pｉ＊2＊t)； foｒ i=1：N ｉf x（ｉ)=＝１ｘn（i*1００－９9：i＊10０）=ｏnｅs(1,１00）；ｅlse ｘn(i*1０0－9９：i＊100）=ｚeros（1，1０0）； eｎd end subpｌot（５，2,1）plｏt（xn)； tｉtle（’原始二进制信号＇）； aｘis（[0 300０-１ 2]）y=cｏｓ(2＊pｉ*2＊ｔ）； suｂｐlot（5，２，2)pｌot（y）;ｔitle(’载波波形"）； axｉs（［0 ３００0—2 2])z=xn.＊y;ｓuｂplot（5，2,3)plｏt（ｚ)title(＇已调信号"）ａxｉs（［０ 3０00—1。5 1.5］）％对已调信号进行频谱分析ｂa＝ffｔ（z,512）； ba＝abs（ba）； subploｔ（５,2,４）ｐlot(ba）;ｔiｔle（"已调信号频谱"）axiｓ（[－2０0 ６00 0 150])％加入高斯噪声 a=0.1;％noｉse 系数，控制噪声功率 noｉsｅ＝a＊（２*rand（1,100＊Ｎ)—1)； z１＝ｚ+noｉse； suｂpｌot（５，2,５）ｐlot（z1)； title（’加入噪声后信号波形＇）;

％对加噪信号进行频谱分析 ba=fｆt（z1，5１２)； bａ＝abs（bａ);subpｌｏt(5,2，6)ｐlot（bａ)；ｔｉtlｅ（＇加噪信号频谱＇)axｉs（［－２0０ 600 ０ 15０]）％设计一个低通滤波器 Wp ＝50/80;Wｓ＝ 70/80；［n,Wn］ = ｂuｔtord(Wp,Ws，１，５）[ｂ，a] = butter（ｎ,Ｗn）；％对加入噪声的信号进行滤波 x_fir=filｔer（ｂ，1，z1)； %观察滤波之后的信号波形 suｂplot（5,2，７)pｌot（x＿ｆir）;title（’滤波之后的信号"）axis（[0 3000-2 2])％相干解调 x2＝ｘ_fｉr.*ｙ；ｓuｂploｔ（５，2，8）； plｏt(x2)； titlｅ("与相干载波相乘波形"）ａxｉs（[０ 3０00-0。5 2］）%对加入噪声的信号进行滤波 x3=ｆｉltｅr(ｂ,1,x２）； sｕｂplot（５,2，9)plｏｔ（ｘ3）； tｉtle(＇与相干载波相乘后滤波波形 "）aｘiｓ([0 ３000—0.5 2.5］）%抽样判决 foｒ i=1:N if ａbｓ（x3（i＊100－２0））〉=0。5； xn2（i＊100-９9：i*１00）=ones(1，1００）；ｅｌsｅｘｎ2(i*100－99:i*10０）＝zerｏｓ（１，1００)； enｄ eｎd subpｌot（５,2,10)；ｐlｏt(xｎ2);tiｔｌe（"恢复波形"）axis(［０ 3００0 －1 2］）