实验6 FSK（ASK）调制解调实验
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。
七、实验报告要求题目：
1、根据实验的连线关系，画出实验结构示意图。
答：
2、画出 FSK、ASK 各主要测试点波形。
答：
FSK：
无噪声解调
加入噪声解调：
ASK：
无噪声解调：
加入噪声解调：
3、分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，这种解调方式在什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题？
答：
产生了延迟。当相位延迟π时，会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题。
第二篇：数字调制解调
实验报告
一、实验目的、要求
1.掌握掌握数字调制以及对应解调方法的原理。
2.掌握数字调制解调方法的计算机编程实现方法，即软件实现。
3.培养学生综合分析、解决问题的能力，加深对课堂内容的理解。
4.掌握数字ASK、FSK和PSK的方法原理以及对应的解调原理；编制调制解调程序；完成对一个二进制数字序列的调制、传输、滤波、解调过程的仿真；实验后撰写实验报告。
二、实验原理
1.FSK调制解调原理
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频点间变化。故其表达式为：
2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控的方法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的键控下通过开关电路对两个不同的独立频率源选通，使其在每个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。
2FSK信号的常用解调方法是采用非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别解调，然后进行判决。
三、实验环境
PC机，Windows7，WPS，Matlab12以上版本软件。
四、实验内容
已知消息信号为一个长度为8的二进制序列；载波频率为
，采样频率为4KHz。编程实现一种调制、传输、滤波和解调过程。
五、实验步骤
1 根据参数产生消息信号s和载波信号。调用函数randint生成随机序列。
2 编程实现调制过程。调用函数y=fskmod(s,M，FREQ_SEP,NSAMP)完成频率调制，y=pskmod(s,M) 完成相位调制，或者。调用函数modulate完成信号调制。
3 编程实现信号的传输过程。产生白噪声noise，并将其加到调制信号序列。或者调用函数awgn完成。
4 编程实现信号的解调。x=fskdemod(y,M, FREQ_SEP,NSAMP) 完成FSK信号的解调，x=pskdemod(y,M) 完成PSK调制信号的解调。或者调用demodulate完成解调。
5 计算误码率。调用函数symerr完成误码率计算。
五、实验过程、数据记录、分析及结论
1.先产生一组随机8位离散信号，但是对它实现800位扩展，如果是0，则接下来的100位都是0，如果是1，接下来的100位都是1，正好完成800位扩展；然后画出它的信号图和频谱图；再对这个离散信号利用demodulate进行fsk完成频率调制和psk完成相位调制；再分别画出调制后的信号频谱图。
离散信号和载波信号的时域和频谱图形如下：
2.画图fsk和psk调制后的信号和其频谱图形如下：
3.然后给信号加上白噪声，然后再分别对其进行fsk和psk解调，得到解调后的信号时域和频谱图，如下图：
六、讨论、思考题
1．总结数字调制解调的仿真方法。
2FSK:是利用载频频率的变化来传输数字信息的。数字载频信号有相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。
2PSK:在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号. 通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0. 二进制移相键控信号的时域表达式为
e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct
2. 如何显示已调信号的完整波形？
假设X为信号，plot(X)显示信号的波形，如果X为复数形式，可用plot(abs(X))显示幅度波形，plot(angle(X))显示相位波形，也可用real和imag函数取实部和虚部。
附源程序：
clear all
s = randi([0,1],1,8);
N = 8; fc = 800; Fs = 4000;
t = 1/Fs:1/Fs:0.2;
T=0:1/Fs:1;
g = -Fs/2:1:Fs/2;
fk=sin(2*pi*fc*T);
f = (-Fs/2):Fs/799:Fs/2;
for i=1:N
if s(i)==1
sn(i*100-99:i*100)=ones(1,100);
else
sn(i*100-99:i*100)=zeros(1,100);
end
end
Sn = fft(sn);
Fk=fft(fk);
%FSK调制
opt = (fc/Fs)*2*pi;
y = modulate(sn,fc,Fs,'fm',opt);
Y = fft(y);
%PSK调制
opt = pi;
y1 = modulate(sn,fc,Fs,'pm',opt);
Y1 = fft(y1);
figure(1);
subplot(221);
plot(sn);
title('信号波形');
axis([0,800,0,1.5]);
subplot(222);
plot(T,fk);
title('载波信号时域');
subplot(223);
plot(f,abs(fftshift(Sn)));
xlabel('f/Hz');ylabel('频谱幅度');
title('信号频谱');
subplot(224);
plot(g,abs(fftshift(Fk)));
xlabel('f/Hz');ylabel('频谱幅度');
title('载波信号频谱');
figure(2)
subplot(221);
plot(y);
title('FSK调制波形');
axis([0,800,-1.5,1.5]);
subplot(222);
plot(y1);
title('PSK调制波形');
axis([0,800,-1.5,1.5]);
subplot(223);
plot(f,abs(fftshift(Y)));
title('FSK调制信号频谱');
subplot(224);
plot(f,abs(fftshift(Y1)));
title('PSK调制信号频谱');
%加入噪声
y = awgn(y,20);
y1 = awgn(y1,20);
%FSK解调
opt = (fc/Fs)*2*pi;
x = demod(y,fc,Fs,'fm',opt);
X = fft(x);
%PSK解调
opt = pi;
x1 = demod(y1,fc,Fs);
X1 = fft(x1);
figure(3);
subplot(321);
plot(sn);
title('信号波形');
axis([0,800,0,1.5]);
subplot(322);
plot(f,abs(fftshift(Sn)));
title('信号频谱');
subplot(323);
plot(x);
title('经过FSK调制，解调后信号波形');
axis([0,800,-0.5,1.5]);
subplot(324);
plot(x1);
title('经过PSK调制，解调后信号波形');
axis([0,800,-1.5,1.5]);
subplot(325);
plot(f,abs(fftshift(X)));
title('经过FSK调制，解调后信号频谱');
subplot(326);
plot(f,abs(fftshift(X1)));
title('经过PSK调制，解调后信号频谱');