FSK调制解调
前言
FSK是一种在无线通信中很有吸引力的数字调制方式，目前在短波，微波和卫星通信中均被采用。是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。本次实验为FSK调制解调系统的设计，先通过软件来仿真证明设计的电路可行性，之后在焊接实物。
关键词：2FSK 调制仿真
第一章设计要求
一、基本要求
用分立元件实现相位不连续的2FSK信号的调制。
二、提高要求
用锁相环完成2FSK信号的解调。
第二章系统组成及工作原理
一、系统组成
FSK调制解调系统由调制系统和解调系统组成。本次实验只做了FSK的调制部分。FSK的调制部分主要由变频电路和模拟开关电路组成。
二、工作原理
FSK调制解调实验中，本次只做了FSK的调制部分。2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如(b)图所示。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。
(c)相位连续 (d)相位不连续
1. 模拟开关电路
输入的基带信号由转换开关分成两路，4脚输入f1=32KHz的正弦波，2脚输入f2=16KHz的正弦波。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到2FSK已调信号。如图2所示:
图 2 模拟开关电路
2. 变频电路
变频电路是将输入的二进制数字基带信号通过控制载频转换成已调信号，即2FSK调制信号。电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生送入。两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关。其中LC选频电路函数：
，选频网络如图3所示，由信号发生器发出方波信号，经过变频电路后变为正弦信号。
图3 变频电路图
第三章电路方案设计
一、电路方案设计的方案论证：
1.方案一:模拟调频法。即直接利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。如图4所示：
S(t) 2FSK
图4 模拟高频器
直接调频法是频移键控通信方式早期采用的实现方法。其优点是调制方便，设备简单，得出的是2FSK信号，相位连续。
2. 方案二：键控法。即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。本课程设计采用键控法产生2FSK信号，即用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图5所示：
图 5 键控法
2FSK键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛，但设备要复杂些，得出的是2FSK信号，相位不连续。
本实验采用开关法产生2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生的信号，故相邻码的相位不一定是连续的，数字基带信号以及2FSK调制信号如图6所示:
图 6 数字基带信号以及2FSK调制信号图
由于本次实验所需的是相位不连续的，所以本次实验选择的方案是2FSK键控法，用的方案是方案二2FSK键控法。
第四章 仿真
一、总电路图
二、仿真结果
输入方波
C15.1nF
C7
10μF
C1047μF
C1147μF
R1
33kΩR222kΩ
R3620Ω
R5620ΩR622kΩ
Q1
2N2219A
Q22N2219A
L16.8mH
R822kΩ
V1
12 V C315nF
C410μF
C5
47μF
C1247μF
R1533kΩR1622kΩ
R17620Ω
R18620Ω
R1922kΩ
Q5
2N2219A
Q62N2219A
L3
8.2mH
R2122kΩ
V312 V U1
4066BD_10V
D1
2
S11IN113
D23
D39D410S24IN2
5
S38IN36S411IN412VDD 14
VSS
7V212 V
U2A 74LS04N
R73kΩ
XSC3
A B Ext Trig
+
+
_
_
+
_
V4
0 V 5 V
0.5msec 1msec
R451.5Ω
R951.5Ω
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
XSC2
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
V7
0 V 5 V
0.015625msec 0.03125msec
U3A
74ALS74AM
1D
2
1Q
5
~1Q
6
~1CLR 1
1CLK 3
~1PR
4VCC
5V
经变频器后产生的正弦波
经过模拟开关电路后的2FSK信号波形
通过仿真结果可看出设计的电路满足设计要求，所以方案可行，电路是正确的。
第五章实验与结果一、电路板实物
二、实验实际结果与分析
实验结果与预期的效果有明显的差别，预期的的是方波为1时输出32KHZ 的正弦波，方波输入为0时输出为16KHZ的正弦波，实际的波形是只有16KHZ 的正弦波，32KHZ的正弦波并未输出。经检查发现CD4066输入都正确，既32KHZ、16KHZ的正弦波与方波的输入都没错但检测时输出只有16KHZ的正弦波，怀疑是芯片工作不正常或是芯片的焊接处有问题。
三、调试
实验最初时有一方波经过变频电路后未发生变化，经检查发现有一个电容未接入，接入后正常。另一路方波输入后无法起震，怀疑是电感太大，替换一较小的电感后，输出正常。
第六章结论
通过本次实验，学到了很多新的知识，对自己的知识面有了很大的扩展，对各元器件的功能都有了进一步的了解，而且对Multisim的仿真软件的应用有了进一步的认识，很多模块的实用性功能对专业知识的学习很有帮助。
本通信原理实验设计中调制电路采用的是键控法。通过课本对2FSK调制的基本原理有了了解，因此对电路的设计有了基础。但对各电路的分解的具体设计不是很清楚但通过查找资料对其有了了解。对整个过程的理解得更加彻底，同时在电路设计的过程中，真复习了很多相关的知识，尤其是在变频电路中各元件以及参数的设置。
总之，设计本通信实验设计电路图，通过整个过程，明确了解决工题
的一半思路和多元性方法，培养了工程思维方式。深深体会到，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手的能力和独立思考的能力。
附录
元件型号元件参数数量单位
模拟开关4066BD-10V VDD:0.5-18V
VIN:-0.5V VCC:+0.5V
1 块
反向
器
7404N 1 块
分频
器
74ALS74AM 1 块IC座6PIN 1 个8PIN 1 个14PIN 1 个电阻R4/11 51.5欧 2 个R3/5/10/12 620欧 4 个R15 3k 1 个R2/6/7/9/13/14 22k 6 个
参考文献
[1].《通信原理》 主编：樊昌信 国防工业出版社，2007 [2].《通信原理基本教程》 主编：王秉钧 北京大学出版社，2005
[4].《电子线路设计、实验、测试》 主编：谢自美 华中理工大学出版社，1998 [5].《通信原理》 主编：江晓林 哈尔滨工业大学出版社，2010
R1/8 33k 2 个 电容 C1/5 10uF 2 个 C3/4/7/8 47uF 4 个 C2 5.1nF 1 个 C6 15nF 1 个 三极管 2N2219A
4 个 电感
L1/2
6.8mH,8.2mH
2
个