FSK调制解调实验报告

  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.信道编码与 ASK.FSK.PSK.QPSK 调制模块,位号: A,B 位

  2. FSK 解调模块,位号: C 位

  3.时钟与基带数据发生模块,位号: G 位

  4. 100M 双踪示波器

  三、实验内容:

  观测m序列(1,0, 0/1码)基带数据FSK (ASK)调制信号波和解调后基带数据信号波形。

  观测基带数字和FSK(ASK)调制信号的频谱。

  改变信噪比(S/N),观察解调信号波形。

  四、实验原理:

  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,抗噪声和抗群时延性能较强,因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛 的应用。

  (一)  FSK 调制电路工作原理

  FSK 的调制模块采用了可编程逻辑器件+D/A 转换器件的软件无线电结构模式,由于调 制算法采用了可编程的逻辑器件完成,因此该模块不仅可以完成 ASK, FSK 调制,还可以完成 PSK, DPSK, QPSK, OQPSK 等调制方式。不仅如此,由于该模块具备可编程的特性,学生还可以基于该模块进行二次开发,掌握调制解调的算法过程。在学习 ASK, FSK 调制的同时,也希望学生能意识到,技术发展的今天,早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代,因此学习应该是一个不断进取的过程。 下图为调制电路原理框图

  上图为应用可编程逻辑器件实现调制的电路原理图(可实现多种方式调制)。基带数据时钟和数据,通过 JCLK 和 JD 两个铆孔输入到可编程逻辑器件中,由可编程逻辑器件根据设置的工作模式,完成 ASK 或 FSK 的调制,因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件,因此调制后输出需要经过 D/A 器件,完成数字到模拟的转换,然后经过模拟电路对信号进行调整输出,加入射随器,便完成了整个调制系统。

  ASK/FSK 系统中,默认输入信号应该为 2K 的时钟信号,在时钟与基带数据发生模块有2K的M序列输出,可供该实验使用,可以通过连线将时钟和数据送到 JCLK 和 JD 输入端。标有 ASK.FSK 的输出铆孔为调制信号的输出测量点,可以通过按动模块上的 SW01 按钮,切换输出信号为 ASK 或 FSK,同时 LED 指示灯会指示当前工作状态。

  (二)  FSK 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。下图为FSK 锁相环解调器原理示意图和电路图。

  FSK 锁相解调器采用集成锁相环芯片 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。

  五、各测量点和可调元件的作用

  1、数字调制电路模块接口定义:

  信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块(A、B位) JCLK:2K时钟输入端; JD:2K基带数据输出端;

  ASK、FSK:FSK或ASK调制信号输出端;

  SW01:调制模式切换按钮;

  L01L02:指示调制状态。

  2、FSK (ASK)解调模块接口定义:

  17P01:FSK解调信号输入铆孔;

  17P02:FSK解调信号输出,即数字基带信码信号输出,波形同16P01。

  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;

  17W01:解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器;

  数字调制电路模块:

  FSK(ASK)调制模块

  CD4046原理框图:

  六、实验步骤:

  1、插入有关实验模块

  在关闭系统电源的情况下,按照下表放置实验模块:

  对应位号可见底板右上角的“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。

  2、信号线连接

  使用专用导线按照下表进行信号线连接:

  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、实验设置

  设置拨码器 4SW02( G) 为“ 00000”,则 4P01 产生 2K 的 15 位 m 序列输出,4P02 产生 2K 的码元时钟。

  按动SW01(AB)按钮,使L02指示灯亮,“ASK、FSK”铆孔输出为FSK 调制信号。

  5、FSK 调制信号波形观察

  用示波器通道 1 观测“ 4P01”( G),通道 2 观测“ ASK、 FSK”(A&B),调节示波器 使两波形同步,观察基带信号和 FSK 调制信号波形,分析对应“ 0”和“ 1”载波频率,记录实验数据。

  6、FSK 解调观测

  无噪声 FSK 解调

  (1)调节 3W01(E),使 3TP01 信号幅度为 0,即传输的 FSK 调制信号不加入噪声。

  (2)用示波器分别观测JD(AB)和 17P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带 数据。两路数据是否有延时,分析其原理。

  (3)调节解调模块上的17W01(C)电位器,使压控振荡器锁定在32KHz,同时注意对比JD(AB)和17P03(C)的信号是否相同。

  加入噪声 FSK 解调

  (1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下,逐渐调节 3W01(E),使噪声电平 逐渐增大,即改变信噪比(S/N),观察解调信号波形是否还能保持正确。

  (2)用示波器观察 3P01(E)和 3P02(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。

  7、ASK 调制解调观测

  ASK 调制解调操作和 FSK 操作类似,不同点在于需调整 SW01(AB),使 L01 指示灯亮,则“ASK FSK” 输出为 ASK 调制。其他操作和测量参考 FSK 调制解调完成。

  8、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。

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