FSK調制解調實驗報告

時間：2024-09-30 15:54:34 呈報告我要投稿

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FSK調制解調實驗報告

　　在現在社會，我們使用報告的情況越來越多，報告具有成文事后性的特點。相信許多人會覺得報告很難寫吧，以下是小編精心整理的FSK調制解調實驗報告，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

FSK調制解調實驗報告

　　FSK調制解調實驗報告 1

　　一、實驗目的：

　　1.掌握FSK（ASK）調制器的工作原理及性能測試；

　　2.掌握FSK（ASK）鎖相解調器工作原理及性能測試；

　　3.學習FSK（ASK）調制、解調硬件實現，掌握電路調整測試方法。

　　二、實驗儀器：

　　1.信道編碼與 ASK.FSK.PSK.QPSK 調制模塊，位號： A,B 位

　　2.FSK 解調模塊，位號： C 位

　　3.時鐘與基帶數據發生模塊，位號： G 位

　　4.100M 雙蹤示波器

　　三、實驗內容：

　　觀測m序列（1，0， 0/1碼）基帶數據FSK （ASK）調制信號波和解調后基帶數據信號波形。

　　觀測基帶數字和FSK（ASK）調制信號的頻譜。

　　改變信噪比（S/N），觀察解調信號波形。

　　四、實驗原理：

　　數字頻率調制是數據通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調制解調方式容易實現，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數據傳輸通信系統中得到了較為廣泛的應用。

　　（一） FSK 調制電路工作原理

　　FSK 的調制模塊采用了可編程邏輯器件+D/A 轉換器件的軟件無線電結構模式，由于調制算法采用了可編程的邏輯器件完成，因此該模塊不僅可以完成 ASK， FSK 調制，還可以完成 PSK， DPSK， QPSK， OQPSK 等調制方式。不僅如此，由于該模塊具備可編程的特性，學生還可以基于該模塊進行二次開發，掌握調制解調的算法過程。在學習 ASK， FSK 調制的同時，也希望學生能意識到，技術發展的今天，早期的純模擬電路調制技術正在被新興的技術所替代，因此學習應該是一個不斷進取的過程。下圖為調制電路原理框圖

　　上圖為應用可編程邏輯器件實現調制的電路原理圖(可實現多種方式調制)。基帶數據時鐘和數據，通過 JCLK 和 JD 兩個鉚孔輸入到可編程邏輯器件中，由可編程邏輯器件根據設置的工作模式，完成 ASK 或 FSK 的調制，因為可編程邏輯器件為純數字運算器件，因此調制后輸出需要經過 D/A 器件，完成數字到模擬的轉換，然后經過模擬電路對信號進行調整輸出，加入射隨器，便完成了整個調制系統。

　　ASK/FSK 系統中，默認輸入信號應該為 2K 的時鐘信號，在時鐘與基帶數據發生模塊有2K的M序列輸出，可供該實驗使用，可以通過連線將時鐘和數據送到 JCLK 和 JD 輸入端。標有 ASK.FSK 的輸出鉚孔為調制信號的輸出測量點，可以通過按動模塊上的 SW01 按鈕，切換輸出信號為 ASK 或 FSK，同時 LED 指示燈會指示當前工作狀態。

　　（二） FSK 解調電路工作原理

　　FSK 解調采用鎖相解調，鎖相解調的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環時，使它鎖定在 FSK 的一個載頻上，此時對應的'環路濾波器輸出電壓為零，而對另一載頻失鎖，則對應的環路濾波器輸出電壓不為零，那末在鎖相環路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。下圖為FSK 鎖相環解調器原理示意圖和電路圖。

　　FSK 鎖相解調器采用集成鎖相環芯片 MC4046。其中，壓控振蕩器的頻率是由 17C02.17R09.17W01 等元件參數確定，中心頻率設計在 32KHz 左右，并可通過 17W01 電位

　　器進行微調。當輸入信號為 32KHz時，調節 17W01 電位器，使環路鎖定，經形成電路后，輸出高電平；當輸入信號為 16KHz時，環路失鎖，經形成電路后，輸出低電平，則在解調器輸出端就得到解調的基帶信號序列。

　　五、各測量點和可調元件的作用

　　1、數字調制電路模塊接口定義：

　　信道編碼與ASK、FSK、PSK、QPSK調制模塊（A、B位） JCLK：2K時鐘輸入端； JD：2K基帶數據輸出端；

　　ASK、FSK：FSK或ASK調制信號輸出端；

　　SW01：調制模式切換按鈕；

　　L01L02：指示調制狀態。

　　2、FSK （ASK）解調模塊接口定義：

　　17P01：FSK解調信號輸入鉚孔；

　　17P02：FSK解調信號輸出，即數字基帶信碼信號輸出，波形同16P01。

　　17TP02：FSK解調電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調節電位器17W01；

　　17W01：解調模塊壓控振蕩器的中心頻率調整電位器；

　　數字調制電路模塊：

　　FSK（ASK）調制模塊

　　CD4046原理框圖：

　　六、實驗步驟：

　　1、插入有關實驗模塊

　　在關閉系統電源的情況下，按照下表放置實驗模塊：

　　對應位號可見底板右上角的“實驗模塊位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。

　　2、信號線連接

　　使用專用導線按照下表進行信號線連接：

　　3、加電

　　打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。

　　4、實驗設置

　　設置撥碼器 4SW02（ G）為“ 00000”，則 4P01 產生 2K 的 15 位 m 序列輸出，4P02 產生 2K 的碼元時鐘。

　　按動SW01（AB）按鈕，使L02指示燈亮，“ASK、FSK”鉚孔輸出為FSK 調制信號。

　　5、FSK 調制信號波形觀察

　　用示波器通道 1 觀測“ 4P01”（ G），通道 2 觀測“ ASK、 FSK”（A&B），調節示波器使兩波形同步，觀察基帶信號和 FSK 調制信號波形，分析對應“ 0”和“ 1”載波頻率，記錄實驗數據。

　　6、FSK 解調觀測

　　無噪聲 FSK 解調

　　（1）調節 3W01（E），使 3TP01 信號幅度為 0，即傳輸的 FSK 調制信號不加入噪聲。

　　（2）用示波器分別觀測JD（AB）和 17P02（C），對比調制前基帶數據和解調后基帶數據。兩路數據是否有延時，分析其原理。

　　（3）調節解調模塊上的17W01（C）電位器，使壓控振蕩器鎖定在32KHz，同時注意對比JD（AB）和17P03（C）的信號是否相同。

　　加入噪聲 FSK 解調

　　（1）在保持上述連線（無噪聲時）不變的情況下，逐漸調節 3W01（E），使噪聲電平逐漸增大，即改變信噪比（S/N），觀察解調信號波形是否還能保持正確。

　　（2）用示波器觀察 3P01（E）和 3P02（E），分析加噪前和加噪后信號有什么差別。

　　7、ASK 調制解調觀測

　　ASK 調制解調操作和 FSK 操作類似，不同點在于需調整 SW01（AB），使 L01 指示燈亮，則“ASK FSK” 輸出為 ASK 調制。其他操作和測量參考 FSK 調制解調完成。

　　8、關機拆線

　　實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。

　　FSK調制解調實驗報告 2

　　一、實驗目的

　　1. 理解 FSK（頻移鍵控）調制解調的基本原理。

　　2. 掌握 FSK 調制解調的實現方法。

　　3. 通過實驗觀察和分析 FSK 信號的特性。

　　二、實驗原理

　　FSK 是利用載波的頻率變化來傳遞數字信息，即用所傳送的數字信息控制載波的頻率。在 FSK 中，載波的頻率隨二進制基帶信號在 `f1` 和 `f2` 兩個頻率點間變化。

　　調制原理：

　　當輸入基帶信號為“1”時，輸出頻率為 `f1` 的載波；當輸入基帶信號為“0”時，輸出頻率為 `f2` 的載波。

　　解調原理：

　　常用的解調方法有非相干解調（包絡檢波法）和相干解調。非相干解調是通過檢測 FSK 信號的包絡來恢復基帶信號。

　　三、實驗儀器與設備

　　1. 信號源

　　2. 示波器

　　3. 頻譜分析儀

　　4. 實驗電路板

　　四、實驗步驟

　　1. 按照實驗電路圖連接好設備。

　　2. 調節信號源，產生合適的基帶信號和載波信號。

　　3. 觀察調制后的 FSK 信號在示波器上的波形。

　　4. 使用頻譜分析儀分析 FSK 信號的頻譜。

　　5. 對調制后的 FSK 信號進行解調，觀察解調后的基帶信號。

　　五、實驗結果與分析

　　1. 調制后的 FSK 信號波形

　　觀察到不同的基帶信號對應不同的載波頻率，實現了頻率的'切換。

　　波形的幅度和周期等特性符合預期。

　　2. FSK 信號的頻譜

　　頻譜呈現出兩個明顯的峰值，分別對應 `f1` 和 `f2` 兩個載波頻率。

　　3. 解調后的基帶信號

　　解調后的基帶信號與原始基帶信號基本一致，存在一定的延遲和失真，但在可接受范圍內。

　　六、實驗總結

　　通過本次實驗，深入理解了 FSK 調制解調的原理和過程，熟悉了相關儀器的使用。實驗結果表明，FSK 調制解調能夠有效地實現數字信號的傳輸，但在實際應用中還需要考慮噪聲、帶寬等因素的影響，以進一步提高系統的性能。

　　七、實驗思考與展望

　　1. 如何進一步提高 FSK 調制解調的抗噪聲性能？

　　2. 在現代通信系統中，FSK 與其他調制方式相比有哪些優缺點？

　　3. 探討如何將 FSK 應用于更復雜的通信場景。

　　FSK調制解調實驗報告 3

　　一、實驗目的

　　1. 深入理解FSK（頻移鍵控）調制和解調的基本原理。

　　2. 掌握FSK調制器和解調器的基本結構和工作過程。

　　3. 通過實驗觀察FSK信號的時域和頻域特性，學會使用示波器和頻譜分析儀等儀器對信號進行測量和分析。

　　二、實驗原理

　　（一）FSK調制原理

　　FSK是一種利用載波的頻率變化來傳遞數字信息的調制方式。在二進制FSK中，數字信號“0”和“1”分別對應著兩個不同頻率的載波信號。設原始數字基帶信號為\(s(t)\)，當\(s(t)\)為“0”時，輸出載波頻率為\(f_1\)；當\(s(t)\)為“1”時，輸出載波頻率為\(f_2\)。

　　FSK信號的表達式可以表示為：

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

　　（二）FSK解調原理

　　1. 非相干解調（包絡檢波法）

　　利用FSK信號在不同頻率下包絡的變化來恢復原始數字信號。將FSK信號通過兩個不同中心頻率（分別為\(f_1\)和\(f_2\)）的帶通濾波器，分離出對應于“0”和“1”的兩種頻率成分的信號。然后對這兩個信號分別進行包絡檢波，得到兩個包絡信號，再通過比較判決電路，根據包絡的大小來判決輸出是“0”還是“1”。

　　2. 相干解調

　　需要本地載波與接收的FSK信號進行相干運算。將接收到的FSK信號分別與頻率為\(f_1\)和\(f_2\)的本地載波相乘，然后通過低通濾波器得到基帶信號，再經過判決電路恢復出原始數字信號。相干解調的性能優于非相干解調，但需要精確的本地載波同步。

　　三、實驗儀器與設備

　　1. FSK調制解調實驗箱

　　2. 示波器

　　3. 頻譜分析儀

　　4. 信號發生器（用于提供基帶信號）

　　四、實驗步驟

　　（一）FSK調制實驗

　　1. 連接實驗電路

　　將信號發生器的輸出連接到FSK調制實驗箱的基帶信號輸入端，將示波器的通道1連接到基帶信號輸入端，通道2連接到FSK調制器的輸出端。

　　2. 設置信號發生器

　　產生一個頻率為\(f_b\)（例如\(1kHz\)）的方波數字基帶信號，幅度設置為合適的值（如\(2V_{pp}\)）。

　　3. 觀察基帶信號和FSK調制信號

　　在示波器上觀察基帶信號的波形，記錄其頻率、幅度和占空比等參數。然后觀察FSK調制信號的波形，比較其與基帶信號的關系，注意頻率的變化情況。

　　4. 頻譜分析

　　使用頻譜分析儀觀察FSK調制信號的頻譜特性。設置頻譜分析儀的中心頻率、掃頻寬度等參數，記錄FSK調制信號的頻譜分布，確定兩個載波頻率\(f_1\)和\(f_2\)的位置以及頻譜寬度等信息。

　　（二）FSK解調實驗（以非相干解調為例）

　　1. 連接解調電路

　　將FSK調制器的輸出連接到FSK解調器（非相干解調）的輸入端，將示波器的通道1連接到解調器的輸入信號端，通道2連接到解調器的輸出端。

　　2. 觀察解調過程

　　在示波器上觀察解調器輸入的FSK信號和解調后的輸出信號。對比輸入的FSK信號和原始基帶信號，觀察解調后的信號是否能夠正確恢復原始數字信號。如果存在誤差，可以適當調整解調器中的判決門限等參數，重新觀察。

　　3. 誤碼率測試（可選）

　　如果實驗設備支持，可以通過發送已知的'數字序列，統計解調后的誤碼個數，計算誤碼率。發送不同長度和不同內容的數字序列，觀察誤碼率的變化情況。

　　五、實驗結果

　　（一）FSK調制結果

　　1. 基帶信號

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

　　2. FSK調制信號

　　在示波器上觀察到，當基帶信號為“0”時，FSK調制信號的頻率為\(f_1 = 5kHz\)；當基帶信號為“1”時，FSK調制信號的頻率為\(f_2 = 10kHz\)。FSK調制信號的幅度基本保持不變，約為\(3V_{pp}\)。

　　3. 頻譜分析結果

　　通過頻譜分析儀觀察到，FSK調制信號的頻譜在\(5kHz\)和\(10kHz\)附近有兩個明顯的峰值，分別對應于兩個載波頻率。頻譜寬度大約為\(2kHz\)左右，頻譜形狀基本符合理論預期。

　　（二）FSK解調結果

　　1. 輸入FSK信號和解調輸出信號對比

　　在示波器上觀察到，輸入的FSK信號經過解調器后，能夠較好地恢復出原始基帶信號的波形。但是在判決點附近存在一些小的波動，經過調整判決門限后，波動明顯減小。

　　2. 誤碼率測試結果（如果進行）

　　當發送長度為\(1000\)位的數字序列時，誤碼個數為\(5\)個，誤碼率為\(0.5\%\)。隨著數字序列長度的增加，誤碼率略有波動，但基本保持在較低水平。

　　六、實驗分析

　　1. 調制結果分析

　　基帶信號的參數設置符合實驗要求，能夠有效地控制FSK調制器產生正確的FSK信號。在FSK調制信號中，頻率的變化與基帶信號的數字信息相對應，這表明調制器正常工作。頻譜分析結果顯示，兩個載波頻率的位置和頻譜寬度與理論計算基本一致，說明FSK調制過程在頻域上的表現符合預期。

　　2. 解調結果分析

　　從解調器的輸出結果來看，雖然能夠恢復出原始基帶信號，但在判決點附近存在波動。這可能是由于噪聲、電路的非理想性（如帶通濾波器的帶寬不夠精確、包絡檢波的非線性等）導致的。在調整判決門限后，波動減小，說明判決門限對解調結果有重要影響。誤碼率測試結果表明，在當前實驗條件下，解調器具有一定的誤碼性能，誤碼率的波動可能與實驗環境的穩定性、信號的質量等因素有關。

　　七、實驗總結

　　1. 通過本次實驗，成功地實現了FSK調制和解調過程，觀察到了FSK信號在時域和頻域的特性，加深了對FSK調制解調原理的理解。

　　2. 在實驗過程中，掌握了FSK調制解調實驗箱的使用方法，以及示波器和頻譜分析儀等儀器在信號測量和分析中的應用。

　　3. 實驗結果表明，雖然FSK調制解調能夠基本實現數字信號的傳輸，但實際電路中存在一些因素會影響信號的質量和誤碼率，需要進一步優化電路設計和參數調整，以提高系統的性能。

　　FSK調制解調實驗報告 4

　　一、實驗名稱

　　FSK調制解調實驗

　　二、實驗目的

　　1. 掌握FSK調制與解調的原理、電路組成及其實現方法。

　　2. 了解FSK信號的頻譜特性，掌握使用儀器測量FSK信號相關參數的技能。

　　3. 分析FSK調制解調系統的性能，包括誤碼率等指標。

　　三、實驗原理

　　（一）FSK調制原理

　　FSK是數字頻率調制的一種，它將數字基帶信號的離散值轉換為不同頻率的載波信號。設輸入的二進制數字序列為\(\{a_n\}\)，其中\(a_n = 0\)或\(1\)。FSK調制器根據輸入數字信號的不同產生不同頻率的輸出信號，即當\(a_n = 0\)時，輸出\(s_{FSK}(t)=A\cos(2\pi f_1t)\)；當\(a_n = 1\)時，輸出\(s_{FSK}(t)=A\cos(2\pi f_2t)\)。這里\(A\)為載波幅度，\(f_1\)和\(f_2\)為兩個不同的載波頻率。

　　（二）FSK解調原理

　　1. 相干解調原理

　　相干解調需要本地產生與發送端同頻同相的載波信號。接收的FSK信號分別與頻率為\(f_1\)和\(f_2\)的本地載波相乘，再經過低通濾波器得到基帶信號。設接收的FSK信號為\(r(t)\)，本地載波為\(c_1(t)=\cos(2\pi f_1t)\)和\(c_2(t)=\cos(2\pi f_2t)\)。當\(r(t)=A\cos(2\pi f_1t)\)（對應發送\(0\)）時，與\(c_1(t)\)相乘后經過低通濾波器得到的輸出為\(A/2\)（假設無噪聲），與\(c_2(t)\)相乘后經過低通濾波器得到的輸出接近\(0\)；當\(r(t)=A\cos(2\pi f_2t)\)（對應發送\(1\)）時，情況相反。通過判決電路根據輸出的大小判決出原始數字信號。

　　2. 非相干解調原理

　　非相干解調不需要本地載波的相位信息。通常采用包絡檢波法，即將接收的'FSK信號通過兩個中心頻率分別為\(f_1\)和\(f_2\)的帶通濾波器，得到對應于兩個載波頻率的信號分量，然后對這兩個信號進行包絡檢波，得到兩個包絡信號\(e_1(t)\)和\(e_2(t)\)。比較這兩個包絡信號的大小，若\(e_1(t)>e_2(t)\)，判決為\(0\)；若\(e_1(t)

　　四、實驗器材

　　1. FSK調制解調綜合實驗平臺

　　2. 雙蹤示波器

　　3. 信號源

　　4. 頻譜分析儀

　　五、實驗內容及步驟

　　（一）FSK調制實驗

　　1. 連接電路

　　將信號源與FSK調制模塊的基帶信號輸入端口相連，將示波器的通道1連接到基帶信號輸入端口，通道2連接到FSK調制模塊的輸出端口。

　　2. 信號源設置

　　設置信號源輸出頻率為\(f_b = 500Hz\)的方波信號作為基帶信號，幅度為\(1V_{pp}\)。

　　3. 觀察信號