《完整word版-FSK通信系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版-FSK通信系统设计.doc（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉理工大学通信原理课程设计说明书目 录摘要1 数字带通传输系统11.1 定义11.2 数字调制技术方法12 FSK频移键控22.1 基本原理22.2 功率谱密度53 FSK通信系统设计思路63.1 系统分析63.2 模块分析64 系统电路设计与结果验证94.1 M序列的产生94.2 分频电路104.3 波形变换电路114.4 调制电路124.5 解调电路135 结果分析15心得体会16参考文献171 数字带通传输系统1.1 定义数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用
2、数字基带信号控制载波，把数字信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统，也称频带传输，又因为是借助于正弦载波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号的，所以带通传输也叫载波传输。1.2 数字调制技术方法a. 利用模拟调制的方法去实现数字是调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；b. 利用数字信号的离散取之特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控，便可获得振幅键控、频移键控
3、和相移键控。2 FSK频移键控数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制喝多进制调制。调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制成为二级制数字调制。相应的调制方式有二进制频移键控（2FSK）。2.1 基本原理频移键控是利用载波的频率变化传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为e2FSK(t)=Acos1t+ 发送“1”时Acos2t+ 发送“0”时典型波形图如下：图2.1 2FSK的时间波形由图可见，一个2FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可写成式中：为单个矩形脉冲，脉宽为
4、Ts: 是的反码，即若，则；若，则，于是 2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一，如图2.2所示。 振荡器1f1选通开关反相器振荡器f2选通开关相加器基带信号e2FSK(t)图2.2 键控法产生2FSK信号的原理图2FSK信号的常用解调方式是非相干解调和相干解调。带通滤波器包络检波器抽样判决器未同步信号包络检波器带通滤波器图2.3 非相干解调 抽样判决器位同步信号 带通滤波器相乘器 低通滤波器 带通滤波器相乘器
5、低通滤波器图2.4 相干解调2.2 功率谱密度对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加，因此，2FSK频谱可以近似表示成中心频率分别为f1和f2的两个2ASK频谱的组合。根据这一思路，我们可以直接利用2ASK频谱的结果来分析2FSK的频谱。一个相位不连续2FSK信号可表示为。 2FSK信号的功率谱密度的表示式为：连续谱有两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处；连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，其带宽近似为B2FSF=+2fS。3 FSK通信系统设计思路3.1 系统分析
6、根据任务书，此系统需要完成FSK移频数据传输电路的设计，实现基带信号的FSK传输功能，要求收发波形一致。进一步分析，明确了在设计过程中需要完成对相关调制、传输以及解调模块电路的设计。得出基本系统流程图如3.1。主载波 分频波形变换分频后波形变换调 制M序列解 调 输 出 图3.1 系统流程图3.2 模块分析M序列产生器：实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试的方便，一般都用M 序列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。本次设计采用三级线性移位寄存器（选用74LS74双D2片），形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列。示意图如下：图3.2 M序列产生器示意图分频电路：对原有载波进行二
7、分频后，得到新的波形的频率是原来的1/2。分频电路一般由D触发器构成，二分频电路需要1个D触发器。示意图如下：图3.3 分频电路示意图波形转换电路：分频前后都是方波，调制之前需要转换成正弦波。示意图如下：图3.4 波形转换电路示意图调制器：实现数字频率调制有直接调频法和移频键控法。本设计采用移频键控发法。可以采用数字门电路构成电子开关电路（或直接选用集成模拟开关）与采用集成模拟乘法器。这里使用与门和或门。解调电路：采用非相干解调法。电路组成需要有带通滤波器、包络检波、抽样判决，用电压比较器实现抽样判决，只需比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。 图3.5 调制电路示意图高通滤波器采用R
8、C无源电路，构成三阶高通滤波器。已知2FSK的中心频率：f=(f1+f2) / 2,且滤波器的通带频率：fH=1 / 2kRC，所以有：C=1/ fR,R=1 / fC 。低通滤波器低通滤波器选用一般RC滤波器电路。电压比较器电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，目的是防止干扰，参考电压设定为0.22V。4 系统电路设计与结果验证4.1 M序列的产生图4.1 M序列产生电路先由555定时器自激振荡产生简单的方波，经过4个D触发器一次连接构成分频器，实现32分频后，产生伪随机序列作为通信系统的基带信号。得到波形如下：图4.2 M序列波形4.2 分频电路图4.3 二分频电路经过分频后，实现两种频率
9、的载波。波形实现如下：图4.4 二分频波形4.3 波形变换电路图4.5 波形变换电路图4.6 变换后波形4.4 调制电路图4.7 调制电路图4.8 调制后波形当输入的基带信号为“0”时，FSK调制后频率为f，当输入的基带信号为“1”时，FSK调制后频率为2f。4.5 解调电路图4.9 解调电路图4.10 解调后波形输入M序列，经调制、解调后应实现输入输出波形一致。由上述仿真波形可以看出输入与输出波形基本一致，但是有少许时延产生。完整仿真电路图如下：图4.11 完整仿真图5 结果分析 整个FSK通信系统包括信号调制、信号传输、信号解调，仿真电路中还包括有M序列的产生和载波的产生部分，电路图很大，
10、就分了几个模块分别制出，最后再连接在一起。各部分仿真结果都符合要求，经过分频，载波有两个频率，再经过波形变换，将方波转换成正弦波。将M序列作为基带信号经过调制、解调两个步骤后输出波形和输入的M序列保持一致，FSK系统实现了信号的整个传输过程,满足了任务要求。心得体会通信原理是我们电信专业非常重要的一门课程，学好它对以后的进一步学习或者工作都有至关重要的作用，经过了一个学期的理论课程的学习，我感觉自己还停留在做题目上，而对理论知识的应用却知之甚少，因此，这次课程设计对我来说是一个非常好的机会来进一步认识理论知识的具体意义，怀着这种心态，我从对理论知识的回顾到设计仿真，每一步都非常认真的对待，运用
11、到以前学习的数电、高频知识，我还从中学到了不少新的知识。这次课程设计主要用到了Multisim软件，这款软件在电路仿真、分析方面非常强大，由于之前在课程设计中我们曾经接触过Multisim，因此这次做起来相对轻松一些。我的题目是FSK通信系统的设计，在开始进行电路设计之前，我先对理论知识进行了回顾，在熟悉了FSK系统的调制、传输、解调后，又重新熟悉了一下Multisim的运行环境。虽说之前对Multisim有所了解，但对软件里面的元件不是很了解，所以做图过程中也遇到过很多问题。虽然调试的过程并不顺利，但成功后的喜悦是无穷的。我从中学到了很多东西，这些都是书本上很难遇到的。参考文献1樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，2007.8. 2夏宇闻.Verilog数字系统设计教程（第二版）.北京：北京航空航天大学出版社，2008.3吴继华.Altera FPGA/CPLD设计.北京：人民邮电出版社，2009.4 曾兴雯,陈健.高频电子线路辅导.北京：高等教育出版社,2005.5 王京玲.数字卫星广播系统.北京：北京广播学院出版社，2000.13
