《数字通信系统》课程设计-FSK调制通信系统设计.doc

1 FSK调制原理
FSK调制系统框图
所谓FSK调制系统,就是调制和解调采用FSK的方式,其基本框图如下:
信原序列 FSK调制系统信道 FSK解调系统信宿
噪声
FSK时域表达式
在二进制频移键控(2FSK)中,当传送“1”码时对应于载波频率,传送“0”码时对应于载波频率。
其中,,为频率为的载波的初始相位,为频率为的载波的初始相位。令为的反码,即
则有:当时,;当时,。
     则2FSK信号可表示为:
其中,我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列,其表达式为:
由式可知,相位不连续的2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和
FSK频域表达式
由于2FSK信号是随机的功率信号,孤烟具他的频谱特性时,应该讨论它的功率谱密度。有上述可知,2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和,故有
令概率P=1/2,参照2ASK频域表达式,可得
由上式可知:1、相位不连续2FSK信号的功率谱又连续谱和离散谱组成。其中,连续谱有两个中心位于,处的双边谱叠加而成,离散谱位于两个载频、处;2、连续谱的形状随着两个栽频之差||的大小变化而异,若||<
连续谱在处出现单峰;若||>,连续谱在出现双峰;3、若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽,则其带宽近似近似为
||+2
其图形如下所示:
由此易知2FSK调制解调系统带通滤波器的设计带宽,以增大信噪比。
2 FSK通信系统设计
FSK通信系统框图
由上节分析可知,FSK系统设计包括两个大方面,调制系统的设计和解调系统的设计,现分别加以阐述整体过程如下框图所示:
各部分电路实现将在后述章节中加以具体阐述:
调制系统设计

方案一:采用正弦波振荡器输出正弦波,利用乘法器对输出的正弦波进行倍频已得到两个正弦载波,利用电压比较器将正弦波转化成方波,进而得到M序列,利用M序列来控制模拟电子开关的通断来实现FSK调频。由于本次试验所要求的正弦载波频率较低,不易选择晶振,用一般的振荡电路振荡频率不稳定。
方案二:利用555多谐振荡器产生方波,将方波通入VCO中,以实现调频。由于VCO电路制作较为复杂,而且线性不是特别理想。
方案三:综合方案一、二,采用555生成正弦波,由带通滤波器滤出基带信号用作载频,利用电子开关实现频率调节。本次课程设计采用方案三。
电路设计
振荡电路实现
振荡电路如2-2-2-1图所示:

图2-2-2-1多谐振荡器电路
参数计算:由555振荡周期公式可知:

又有当滑动变阻器处于中间位置时,占空比满足50%关系,所以选取电路参数为:

仿真结果如图2-2-2-2所示:
图2-2-2-2 多谐振荡电路仿真波形
分频电路
由于是方波,用一个D触发器很容易实现分频,这个也是本实验采取方波振荡的原因
分频电路如图2-2-2-3所示:
图2-2-2-3 分频电路
仿真结果如图2-2-2-4所示:
图2-2-2-4 分频电路仿真波形
从波形可以看出,电路能实现分频功能。
波形变换电路
由频谱分析可知,频率为W的方波,其频谱为谱线相隔W的离散谱,因此要想从放播种滤出基波,只需设计一个中心频率为W,带宽小于2W的带通滤波器(为增大信噪比计,带宽应越小越好)电路图如图2-2-2-5所示:
图2-2-2-5 波形变换电路
电路分析:C5与放大器构成高通滤波器滤去直流分量,放大器将输入信号放大,使滤出正弦波幅度达到要求,同时起着隔离作用,减小后面电路对前边电路的影响。电感电容构成R、L、C谐振电路,设置电感L、电容C值使其满足=W,即可达到滤波效果,仿真结果如图2-2-2-6所示:
图2-2-2-6 波形变换仿真图形
M序列产生电路
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,码率约为400bit/s,如图2-2-2-7所示:

图2-2-2-7 M序列产生电路
输出序列为:M=1110100
仿真波形如图2-2-2-8所示:

图2-2-2-8 M序列产生电路仿真波形
显然输出序列与原设定值一致,证明电路工作正常。
调频电路
充分利用数字信号“0”“1”的特点,当数字信号及其反相与正弦载波相乘时,将得到2路2ASK信号,-2-2-9所示:
图2-2-2-9 调频电路
仿真输出波形如图2-2-2-10所示