4FSK实验报告.docx

随机信号分析实验报告 实验选题：码元速率9.765625KHz的4FSK调制信号的实验与性能分析 指导教师： 实验小组成员： 所在院系：通信工程学院 所在班级：班 2013/11/14 摘 要：频率偏移调制，又称频率移键、频移键控（FSK，Frequency-Shift Keying ）是一种利用频率差异的信号来传送资料的调制方式。最常见的FSK为二进制FSK（BFSK，binary FSK，或称2FSK）。BFSK用两个离散的频率分别代表不同的二进制信号（0和1），四进制频移键控则称QFSK。 FSK 广泛应用于低速数据传输设备中，根据国际电联(ITU－T)的建议，传输速率为 1200波特以下的设备一般采用 FSK 方式传输数据。 FSK 具有：调制方法简单易于实现、解调不需要恢复本地载波、可以异步传输、抗噪声和衰落性能较强等特点。由于这些原因，FSK 是在模拟电话网上用来传输数据的低速、低成本异步调制解调器的一种主要调制方式。 本次实验采用的就是4FSK调制方式 4FSk的调制原理 随着时代的发展，数字信号在信号传输比模拟信号有许多的优越性，数字信号传输也越来越重要。虽然近距离传输可以由数字基带信号直接传输，但是要进行远距离传输时必须将基带信号调制到高频处，所以调制解调技术是数字通信中一种关键的技术。二进制频移键控是数字信号调制的基本方式之一。而多进制（MFSK）的可降低信道系统信噪比的要求。2FSK信号的产生方法主要有两种：采用模拟调频电路实现；采用键控法来实现，即在二进制基带脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每个码元期间输出f1和f2两个载波之一。频移键控是利用载波的频率变化来传递信息的。在2FSK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。同理4FSK中基带脉冲序列四个码元（00 01 10 11）可用f1,f2,f3,f4四个载波之一；本实验讨论4FSK是通过并联输入两位基带信号，两位二进制来表示四进制的频移键控。 2FSK键控法调频原理图如下： 振荡器f1 选通开关 反相器 振荡器f2 选通开关 相加器 4FSK可通过基带信号（00,01,10,11）并联传输0或1来分别用f1,f2,f3,f4四个载频表示，两路基带信号作为控制选通选通开关，1路选通开关发送0时选通载频f1, 发送0时选通载频f2, 1路选通开关发送0时选通载频f3, 送1时选通载频f4。两路不同载频通过相加器得到已调信号发送出去。 4FSK键控法调频原理图（图1.1）如下： 振荡器f1 选通开关1 选通开关2 相加器 振荡器f2 振荡器f3 振荡器f4 0或1 0或1 图1.1 4FSK键控法调频原理框图 4FSK实验的设计与实现 电路设计 4FSK调制原理框图如图所示 基带信号（信源）：设计一个周期为15的小M序列作为信源。信源码元速率为9.765625KHz。电路图如下： 时钟信号：由实验板提供20MHz时钟，经分频得到（仿真时可设20MHz时钟分频得到）。 Start信号：开始信号，在仿真时可以自己设置，在实验板中需要硬件实现。Start信号波形图如下（本实验中置1）： 分频器：使用 QuartusⅡ中的lpm_counter计数器实现分频，四个分频器分频系数分别为64,32,16,8，m序列前面的分频系数为2048。 正弦波输出电路： 注：本次试验的计数器是5位输出，在rom中是5位输入12位输出。 数据选择器：本实验中，我们利用了QuartusⅡ中提供的器件lpm_mux来实现四选一。电路如下： 注：四选一为12位输入12为输出。 电路仿真及实现 ⑴连接电路 将上述原理中的每个器件参照4FSK调制器的原理图连接好，用QuartusⅡ进行检错，在确认无错误后，进行下一步操作； 调制器的电路图如下： 注：m序列发生器前面的分频器用的是分频系数为2048的分频器。 　⑵仿真波形： 　　　 ⑶电路在ＦＰＧＡ实验板上的实现： 仿真成功后连接好ＵＳＢ连线和实验板电源，将文件 下载到实验板上，并用示波器观察输出波形。 示波器波形如下： 实验结论及体会 １．做好电路仿真后，发现波形有的有正弦波，有的波发生失谐，相位发生突变，仔细检查后发现问题如下： ⑴ＲＯＭ输出8位，导致输出精度下降，造成波形失真，后来改为12位，效果明显改善，但波形还不是正弦波。 ⑵在上面调整后出现的问题，我们认为是分频器分频有问题，经过仔细计算发现我们刚开始的分频系数太小了，刚开始第一分频分频系数为16，经过计算后发现我们应该是64（2000/（9.765625*32）=64），调整后我们的正弦波就完美了表现出来了。 ２．在实验过程中，我们深刻的体会到理论与实践的巨大差距，一个计数器的参数错误就意味着整个实验的失败