FSK调制解调实验报告

2024-09-30 报告

　　在现在社会，我们使用报告的情况越来越多，报告具有成文事后性的特点。相信许多人会觉得报告很难写吧，以下是小编精心整理的FSK调制解调实验报告，仅供参考，希望能够帮助到大家。

　　FSK调制解调实验报告 1

　　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。

　　FSK调制解调实验报告 2

　　一、实验目的

　　1. 理解 FSK（频移键控）调制解调的基本原理。

　　2. 掌握 FSK 调制解调的实现方法。

　　3. 通过实验观察和分析 FSK 信号的特性。

　　二、实验原理

　　FSK 是利用载波的频率变化来传递数字信息，即用所传送的数字信息控制载波的频率。在 FSK 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。

　　调制原理：

　　当输入基带信号为“1”时，输出频率为 `f1` 的载波；当输入基带信号为“0”时，输出频率为 `f2` 的载波。

　　解调原理：

　　常用的解调方法有非相干解调（包络检波法）和相干解调。非相干解调是通过检测 FSK 信号的包络来恢复基带信号。

　　三、实验仪器与设备

　　1. 信号源

　　2. 示波器

　　3. 频谱分析仪

　　4. 实验电路板

　　四、实验步骤

　　1. 按照实验电路图连接好设备。

　　2. 调节信号源，产生合适的基带信号和载波信号。

　　3. 观察调制后的 FSK 信号在示波器上的'波形。

　　4. 使用频谱分析仪分析 FSK 信号的频谱。

　　5. 对调制后的 FSK 信号进行解调，观察解调后的基带信号。

　　五、实验结果与分析

　　1. 调制后的 FSK 信号波形

　　观察到不同的基带信号对应不同的载波频率，实现了频率的切换。

　　波形的幅度和周期等特性符合预期。

　　2. FSK 信号的频谱

　　频谱呈现出两个明显的峰值，分别对应 `f1` 和 `f2` 两个载波频率。

　　3. 解调后的基带信号

　　解调后的基带信号与原始基带信号基本一致，存在一定的延迟和失真，但在可接受范围内。

　　六、实验总结

　　通过本次实验，深入理解了 FSK 调制解调的原理和过程，熟悉了相关仪器的使用。实验结果表明，FSK 调制解调能够有效地实现数字信号的传输，但在实际应用中还需要考虑噪声、带宽等因素的影响，以进一步提高系统的性能。

　　七、实验思考与展望

　　1. 如何进一步提高 FSK 调制解调的抗噪声性能？

　　2. 在现代通信系统中，FSK 与其他调制方式相比有哪些优缺点？

　　3. 探讨如何将 FSK 应用于更复杂的通信场景。

　　FSK调制解调实验报告 3

　　一、实验目的

　　1. 深入理解FSK（频移键控）调制和解调的基本原理。

　　2. 掌握FSK调制器和解调器的基本结构和工作过程。

　　3. 通过实验观察FSK信号的时域和频域特性，学会使用示波器和频谱分析仪等仪器对信号进行测量和分析。

　　二、实验原理

　　（一）FSK调制原理

　　FSK是一种利用载波的频率变化来传递数字信息的调制方式。在二进制FSK中，数字信号“0”和“1”分别对应着两个不同频率的载波信号。设原始数字基带信号为\(s(t)\)，当\(s(t)\)为“0”时，输出载波频率为\(f_1\)；当\(s(t)\)为“1”时，输出载波频率为\(f_2\)。

　　FSK信号的表达式可以表示为：

　　\[e_{FSK}(t)=\left\{\begin{matrix}A\cos(2\pi f_1t), & \text{当} s(t)=0 \\ A\cos(2\pi f_2t), & \text{当} s(t)=1\end{matrix}\right.\]

　　（二）FSK解调原理

　　1. 非相干解调（包络检波法）

　　利用FSK信号在不同频率下包络的变化来恢复原始数字信号。将FSK信号通过两个不同中心频率（分别为\(f_1\)和\(f_2\)）的带通滤波器，分离出对应于“0”和“1”的两种频率成分的信号。然后对这两个信号分别进行包络检波，得到两个包络信号，再通过比较判决电路，根据包络的大小来判决输出是“0”还是“1”。

　　2. 相干解调

　　需要本地载波与接收的FSK信号进行相干运算。将接收到的FSK信号分别与频率为\(f_1\)和\(f_2\)的本地载波相乘，然后通过低通滤波器得到基带信号，再经过判决电路恢复出原始数字信号。相干解调的性能优于非相干解调，但需要精确的本地载波同步。

　　三、实验仪器与设备

　　1. FSK调制解调实验箱

　　2. 示波器

　　3. 频谱分析仪

　　4. 信号发生器（用于提供基带信号）

　　四、实验步骤

　　（一）FSK调制实验

　　1. 连接实验电路

　　将信号发生器的输出连接到FSK调制实验箱的基带信号输入端，将示波器的通道1连接到基带信号输入端，通道2连接到FSK调制器的输出端。

　　2. 设置信号发生器

　　产生一个频率为\(f_b\)（例如\(1kHz\)）的方波数字基带信号，幅度设置为合适的值（如\(2V_{pp}\)）。

　　3. 观察基带信号和FSK调制信号

　　在示波器上观察基带信号的波形，记录其频率、幅度和占空比等参数。然后观察FSK调制信号的波形，比较其与基带信号的'关系，注意频率的变化情况。

　　4. 频谱分析

　　使用频谱分析仪观察FSK调制信号的频谱特性。设置频谱分析仪的中心频率、扫频宽度等参数，记录FSK调制信号的频谱分布，确定两个载波频率\(f_1\)和\(f_2\)的位置以及频谱宽度等信息。

　　（二）FSK解调实验（以非相干解调为例）

　　1. 连接解调电路

　　将FSK调制器的输出连接到FSK解调器（非相干解调）的输入端，将示波器的通道1连接到解调器的输入信号端，通道2连接到解调器的输出端。

　　2. 观察解调过程

　　在示波器上观察解调器输入的FSK信号和解调后的输出信号。对比输入的FSK信号和原始基带信号，观察解调后的信号是否能够正确恢复原始数字信号。如果存在误差，可以适当调整解调器中的判决门限等参数，重新观察。

　　3. 误码率测试（可选）

　　如果实验设备支持，可以通过发送已知的数字序列，统计解调后的误码个数，计算误码率。发送不同长度和不同内容的数字序列，观察误码率的变化情况。

　　五、实验结果

　　（一）FSK调制结果

　　1. 基带信号

　　频率：\(1kHz\)，幅度：\(2V_{pp}\)，占空比：\(50\%\)。

　　2. FSK调制信号

　　在示波器上观察到，当基带信号为“0”时，FSK调制信号的频率为\(f_1 = 5kHz\)；当基带信号为“1”时，FSK调制信号的频率为\(f_2 = 10kHz\)。FSK调制信号的幅度基本保持不变，约为\(3V_{pp}\)。

　　3. 频谱分析结果

　　通过频谱分析仪观察到，FSK调制信号的频谱在\(5kHz\)和\(10kHz\)附近有两个明显的峰值，分别对应于两个载波频率。频谱宽度大约为\(2kHz\)左右，频谱形状基本符合理论预期。

　　（二）FSK解调结果

　　1. 输入FSK信号和解调输出信号对比

　　在示波器上观察到，输入的FSK信号经过解调器后，能够较好地恢复出原始基带信号的波形。但是在判决点附近存在一些小的波动，经过调整判决门限后，波动明显减小。

　　2. 误码率测试结果（如果进行）

　　当发送长度为\(1000\)位的数字序列时，误码个数为\(5\)个，误码率为\(0.5\%\)。随着数字序列长度的增加，误码率略有波动，但基本保持在较低水平。

　　六、实验分析

　　1. 调制结果分析

　　基带信号的参数设置符合实验要求，能够有效地控制FSK调制器产生正确的FSK信号。在FSK调制信号中，频率的变化与基带信号的数字信息相对应，这表明调制器正常工作。频谱分析结果显示，两个载波频率的位置和频谱宽度与理论计算基本一致，说明FSK调制过程在频域上的表现符合预期。

　　2. 解调结果分析

　　从解调器的输出结果来看，虽然能够恢复出原始基带信号，但在判决点附近存在波动。这可能是由于噪声、电路的非理想性（如带通滤波器的带宽不够精确、包络检波的非线性等）导致的。在调整判决门限后，波动减小，说明判决门限对解调结果有重要影响。误码率测试结果表明，在当前实验条件下，解调器具有一定的误码性能，误码率的波动可能与实验环境的稳定性、信号的质量等因素有关。

　　七、实验总结

　　1. 通过本次实验，成功地实现了FSK调制和解调过程，观察到了FSK信号在时域和频域的特性，加深了对FSK调制解调原理的理解。

　　2. 在实验过程中，掌握了FSK调制解调实验箱的使用方法，以及示波器和频谱分析仪等仪器在信号测量和分析中的应用。

　　3. 实验结果表明，虽然FSK调制解调能够基本实现数字信号的传输，但实际电路中存在一些因素会影响信号的质量和误码率，需要进一步优化电路设计和参数调整，以提高系统的性能。

　　FSK调制解调实验报告 4

　　一、实验名称

　　FSK调制解调实验

　　二、实验目的

　　1. 掌握FSK调制与解调的原理、电路组成及其实现方法。

　　2. 了解FSK信号的频谱特性，掌握使用仪器测量FSK信号相关参数的技能。

　　3. 分析FSK调制解调系统的性能，包括误码率等指标。

　　三、实验原理

　　（一）FSK调制原理

　　FSK是数字频率调制的一种，它将数字基带信号的离散值转换为不同频率的载波信号。设输入的二进制数字序列为\(\{a_n\}\)，其中\(a_n = 0\)或\(1\)。FSK调制器根据输入数字信号的不同产生不同频率的输出信号，即当\(a_n = 0\)时，输出\(s_{FSK}(t)=A\cos(2\pi f_1t)\)；当\(a_n = 1\)时，输出\(s_{FSK}(t)=A\cos(2\pi f_2t)\)。这里\(A\)为载波幅度，\(f_1\)和\(f_2\)为两个不同的载波频率。

　　（二）FSK解调原理

　　1. 相干解调原理

　　相干解调需要本地产生与发送端同频同相的载波信号。接收的FSK信号分别与频率为\(f_1\)和\(f_2\)的本地载波相乘，再经过低通滤波器得到基带信号。设接收的FSK信号为\(r(t)\)，本地载波为\(c_1(t)=\cos(2\pi f_1t)\)和\(c_2(t)=\cos(2\pi f_2t)\)。当\(r(t)=A\cos(2\pi f_1t)\)（对应发送\(0\)）时，与\(c_1(t)\)相乘后经过低通滤波器得到的输出为\(A/2\)（假设无噪声），与\(c_2(t)\)相乘后经过低通滤波器得到的输出接近\(0\)；当\(r(t)=A\cos(2\pi f_2t)\)（对应发送\(1\)）时，情况相反。通过判决电路根据输出的大小判决出原始数字信号。

　　2. 非相干解调原理

　　非相干解调不需要本地载波的相位信息。通常采用包络检波法，即将接收的FSK信号通过两个中心频率分别为\(f_1\)和\(f_2\)的带通滤波器，得到对应于两个载波频率的信号分量，然后对这两个信号进行包络检波，得到两个包络信号\(e_1(t)\)和\(e_2(t)\)。比较这两个包络信号的大小，若\(e_1(t)>e_2(t)\)，判决为\(0\)；若\(e_1(t)

　　四、实验器材

　　1. FSK调制解调综合实验平台

　　2. 双踪示波器

　　3. 信号源

　　4. 频谱分析仪

　　五、实验内容及步骤

　　（一）FSK调制实验

　　1. 连接电路

　　将信号源与FSK调制模块的'基带信号输入端口相连，将示波器的通道1连接到基带信号输入端口，通道2连接到FSK调制模块的输出端口。

　　2. 信号源设置

　　设置信号源输出频率为\(f_b = 500Hz\)的方波信号作为基带信号，幅度为\(1V_{pp}\)。

　　3. 观察信号