通信原理实验二

河北工业大学信息工程学院通信工程系《通信原理》实验报告
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实验2 FSK（ASK）调制解调与频分复用/解复用实验

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；4.了解线路成形和频分复用的概念；
5.了解线路成形和频分复用的实现方法。

图5 FSK调制解调电原理框图
(2)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。FSK锁相环解调器原理图如图6所示。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。

图6 FSK锁相环解调器原理示意图

(3)FSK（ASK）调制解调电路各测量点和可调元件的作用
1.FSK调制模块
16K02：两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调 信号。仅1-2脚连通，则输出ASK已调信号。

16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。

16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。

16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。

16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。

16P01：数字基带信码信号输入铆孔。

16P02：FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。

2．FSK解调模块
17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。

17P01：FSK解调信号输入铆孔。

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。

17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。

3．噪声模块
3W01:噪声电平调节。

3W02：加噪后信号幅度调节。

3TP01:噪声信号测试点，电平由3W01调节。

3P01:外加信号输入铆孔。

3P02:加噪后信号输出铆孔。

2、频分复用/解复用部分
(1)频分复用的概念
频分多路复用记为FDM，是过去几十年在模拟电话通信系统中占统治地位的复用方式。通常一路电话占用的频带宽度为0-4KHZ，而电缆可用带宽则远大于4KHZ，例如对称电缆可用带宽约为300KHZ，若是同轴电缆，可用带宽更宽。因此一根电缆，仅供一路电话传输是极大的浪费。然而多路信号若不加处理，

直接加在同一条电缆中进行传输，将造成相互干扰。为了能在同一条电缆中传输多路信号，同时互不干扰，

方法是采用频分复用。

频分复用是发送端采用调制技术,将各路0-4KHZ的话音信号，搬移到事先设定的、电缆可用频带的不

同位置上；接收端采用不同频带范围的带通滤波器分别取出各路信号，并用解调技术还原出原来的话音信

号。因此频分复用的本质是：按调制后信号带宽要求，将传输信道有效通带，分为若干个排列紧凑同时又

不重迭的子信道，每一路话音占用一个指定的子信道，从而实现多路通信，并且互不干扰。可见频分多路

要互不干扰，滤波器的设计与制作是关键。

(2)线路成形的概念
线路成形又称线路形成器或成形滤波器等。如前所述，在频分复用中，为了能在线路(电缆)有限的可用频带内，尽可能多地安排通话的路数，而且互不干扰，则它要求每一路话占用的频带宽度窄，并且带外

辐射小。为减小带外辐射，在频分复用发送端，各路信号合路前，需对信号进行滤波，常称为成形滤波；

同时接收端要求带通滤波器特性好，这样才能把各路信号分别选择出来,这是频分复用的基本要求。模拟通

信与数字通信是两大不同的通信体制，对频分复用，虽然原理相同，但在具实现方法上仍有些差别。

模拟通信，采用模拟调制，为减小每一路的带宽，多采用单边带调制；为减小带外辐射，同时保持信

号不失真，成形滤波器则选用矩形系数较好的带通滤波器。接收端为较好区分各路信号，通常也是选用矩

形系数较好的带通滤波器作为分路滤波器。

数字通信，调制为数字调制，为减小每一路带宽，常采用最小频移键控(MSK)，正弦频移键控(SFSK)，受控调频(TFM)，高斯预调滤波最小频移键控(GMSK)等；其中后两种调制带外辐射小，更有利于频分多路

复用。为减小带外辐射，成形滤波器也常选用矩形系数较好的带通滤波器。此外，在数字通信中，成形滤

波器还常用来形成数字信号的波形，常选用带宽比较窄、带外辐射比较小，同时便于识别的波形，作为数

字信号的波形。因此，数字通信的形成滤波器，它的另一个作用是，形成如上所述的特定的波形。因此，

数字通信的形成滤波器不一定是矩形带通滤波器；相应地接收端，若是最佳接收，接收滤波器也不一定是

矩形带通滤波器。

本实验系统，频分复用是将话音(2KHZ正弦波)与FSK信号在同一信道上传送，实现频分复用，频分复用实验系统结构示意图如图7所示。

基带信码	话音发	＋	低通	功放	恢复信码
	FSK/PSK		高通	FSK/PSK
	调制			解调

图7频分复用实验系统结构示意图
当话音信号为2KHz正弦波，FSK占用频带在14-34KHz，高、低通滤波器截止频带约为8KHz。因此，

合路后能共用一个信道，实现频分复用，则互不干扰。

当话音信号改为由“时钟与基带数据发生模块”4P01输出的2KHZ伪随机码，由于伪随机码的谐波高达20KHz以上，它与FSK信号在同一信道上传输，实现频分复用，则相互干扰。若将伪随机码经成形滤波器(8KHz低通)滤波后，再与FSK信号合路，并在同一信道上传输，则能实现频分复用，相互不会干扰，成形滤波及频分复用系统实验结构示意图如图8所示。

19P02	FSK 信号	19P03	频	19TP01	19K01	低通滤波器	19P04
			分
19P01	线路成形				19K02	高通滤波器	19P05
			复
			用
							还原的FSK 信号

图8成形滤波及频分复用系统实验结构示意图(3)线路成形及频分复用模块各测量点的作用
19P01：线路成形滤波器信号（音频信号等）输入铆孔。

19P02：频分复用器的一个信号(FSK信号)输入铆孔。

19P03：线路成形滤波器输出铆孔，也是频分复用器的另一个信号(音频信号等)输入铆孔。复用的分支 信号也可不经过19P01而直接从19P03铆孔输入到频分复用器。

19TP01：频分复用（合路后）的信号测量点。

19P04：频分解复用低通滤波器输出。

19P05：频分解复用高通滤波器输出。

19K01：频分复用信号至低通滤波器的连接开关。

19K02：频分复用信号至高通滤波器的连接开关。

以上测量点的位置见图8。

四、实验内容及步骤
1、FSK（ASK）调制解调部分
(1)插入有关实验模块
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“FSK调制模块”、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“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，模块位号与底板位号的一致。

(2)信号线连接
用专用导线将4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。

(3)加电:打开系统电源开关，底板电源指示灯正常显示。若指示灯显示不正常，立即关闭电源，查找原因。

(4)设置好跳线及开关：用短路块将16K02的1-2、3-4相连。

拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的15位m序列输出。

(5)载波幅度调节：16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。（调不到这么大）16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。（调不到这么大）用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。

(6)FSK调制信号和巳调信号波形观察
双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调

制信号和巳调信号波形，记录实验数据。

(7)噪声模块调节
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。（调不到这么大） (8)FSK解调参数调节
调节17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16KHz行不行？），同时可用频率计监测17TP02信号频率。

(9)无噪声FSK解调输出波形观察
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接17P02。同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并作记录，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。如果不一致，可微调17W01电位器，使之达到一致。

(10)加噪声FSK解调输出波形观察
调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。

(11)ASK实验与上相似，这儿不再赘述。

(12)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。

注：由于本实验中载波频率为16KHz、32KHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过4KHz。

2、频分复用/解复用部分
(1)插入有关实验模块
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“FSK调制模块”、“线路成形与频分复用”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“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，模块位号与底板位号的一致。

(2)调试FSK调制解调实验模块
用信号连接线将4P01、16P01；16P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）；时钟与基带数据发生模块上的拨码器4SW02置“00000”，使4P01输出2KHZ的15位伪随机码。对比4P01、17P02两点数据波形，调整17W01电位器直到此两点波形相近。

1．2KHZ正弦波与FSK信号频分实验
（1）DDS信号源置于2KHZ正弦波，用信号连接线将2KHZ正弦波接到复接电路(加法器)的一个输入端（连接P03、19P03）。

（2）断开16P02、17P01连接。连接16P02、19P02，将FSK调制信号连接到频分复接电路(加法器)的另一个输入端。

（3）插上19K01、19K02开关。

（4）连接19P04、P14，将解复用端的低通滤波器输出信号连接到底板的功放模块。则在低通滤波器输出可用示波器观察正弦波波形，从功放的扬声器能监听正弦波声音。

（5）连接19P05、17P01，将解复用端的高通滤波器输出信号连接到FSK解调模块。此时，对比测试4P01、17P02两点数据波形，看FSK信号是否能正常解调。

以上实验说明正弦波与FSK信号实现了频分复用。

2．2KHZ伪随机码信号与FSK信号频分实验。

（1）断开连接P03、19P03。连接4P01、19P03，（FSK的基带信号仍用2KHZ伪随机码，即仍接在4P01上）
。将2KHZ伪随机码信号连接到复接电路(加法器)的一个输入端(即用随机码信号代替2KHZ正弦波)。此时，由于受随机码信号的干扰，FSK信号将不能正常解调。

（2）断开连接4P01、19P03。连接4P01、19P01，即将2KHZ伪随机码信号先经过成形滤波器(低通滤波器)滤除高频成份后，再加到复用器上。则此时FSK信号能正常解调。

在这里我们主要看FSK信号是否能被解调，所以上述实验清楚地说明成形滤波器的作用和频分复用的

原理。

3．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。

五、实验记录
1、FSK（ASK）调制解调部分
(1)FSK调制信号和巳调信号波形

(2)无噪声FSK解调输出波形观察
(3)加噪声FSK解调输出波形观察
(4)ASK调制信号和巳调信号波形
(5)无噪声ASK解调输出波形观察
(6)加噪声ASK解调输出波形观察
2、频分复用/解复用部分
(1)画出各主要测试点波形。

六、实验体会

七、创新提高思考题
1．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?