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1、实验、二进制频移键控技术（2FSK）实验（二）2FSK调制系统设计与仿真一、 实验目的1. 通过实验深入理解、掌握二进制频移键控技术（2FSK）的调制原理。2. 掌握（2FSK）调制系统模型的构建技术。3. 掌握（2FSK）调制技术的设计与实现方法。4. 深入理解、掌握二进制频移键控（2FSK）调制系统各模块间参数的设置及相互间的关联与影响。5. 能够按不同用户的技术指标需求，进行（2FSK）调制系统的设计。6. 掌握（2FSK）调制系统的测试方法 。7. 掌握对（2FSK）调制系统的相关参数、信号波形及频谱进行分析的方法。二、 实验仪器（软/硬件环境及所需元器件模块）1. PC机一台 2.
2、安捷伦科技EESof软件ADS：Advanced Design System 2005A3. 计算机操作系统：Win 2000, Win XP, HP Unix11.0, Sun Unix 5.8 等4. 元器件模块：（1） Sinusoid正弦波信号发生器（Sinusoid signal generator）；（2） Data数字序列信号发生器（Data generator）；（3） 信号类型转换器（Signal Converters）：TimedToFloat信号类型转换器、FloatToTimed信号类型转换器；（4） TimedSink信号收集器（Timed Data Collecto
3、r）；（5） SpectrumAnalyzer频谱分析仪（Spectrum analyzer）；（6） DF数据流控制器(Data Flow Controller)；（7） Mpy2乘法器（2-Input Multiplier）；（8） VAR变量和方程式模块(器件)（ Variables and Equations Component）。三、 实验原理 2FSK是用两个不同频率的载波来传送二进制数字信号的。2FSK有两种形式（1）相位连续的2FSK，（2）相位不连续的2FSK。相位不连续的频移键控信号，更具有普遍性。在2FSK中，载波频率随着调制信号“1”或 “0”而变，“1”对应于载波频率
4、f1，“0” 对应载波频率f2，或反之。因此，2FSK已调信号的时域表达式为： (6.2-7)式中，；是的反码，即若=1，则=0或反之。g(t)为单个矩形脉冲, Tb为脉冲的宽度；、分别是第个码元信号的初相位。一般来说，当与频率变换时刻，其相位是不连续的。1二进制移频键控信号的产生2FSK信号的产生，可以采用模拟调频法来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图6-6是数字键控法产生2FSK信号的原理图，图中两个振荡器的载波输出受输入的二进制基带信号s(t)控制。由图6-6可知，s(t)为“1”时，正脉冲使门电路1接通，门2断开，输出频率为f1；数字信号为“0”时，门1断开，门2接通，输出频率为
5、f2。在一个码元Tb期间输出1或2两个载波之一。由于两个频率的振荡器是独立的，故输出的2FSK信号：在码元“0”“1”转换时刻，相邻码元的相位有可能是不连续的。这种方法的特点是转换速率快，波形好，频率稳定度高，电路简单，得到广泛应用。图6-6数字键控法实现2FSK信号的原理图对应图6-6（a）和(b) 2FSK调制器各点的时间波形如图6-7所示，图中波形g可以看成是两个不同频率载波的2ASK信号波形e和波形f的叠加，时域表达式为 (6.2 -7) 式。图6-7 2FSK调制器各点的时间波形可见，2FSK信号由两个2ASK信号相加构成。 四、 实验内容1. 设计一个（2FSK）调制系统。采用乘法
6、器的方法产2FSK信号。2. 应用ADS软件：Advanced Design System 2005A构建所设计的（2FSK）调制系统模型。3. 应用ADS软件：Advanced Design System 2005A对所设计的（2FSK）调制系统进行测试及分析。(1).记录各点的测试数据。(2).测试、观察、画出（2FSK）调制系统各关键点的时域波形，并对其进行比较、分析。(3).测试、观察、画出（2FSK）调制系统的基带信号和已调信号的频域波形，并对其进行比较、分析。五、 实验步骤1. 应用ADS软件：Advanced Design System 2005A构建所设计的（2FSK）调制系统
7、。要求采用乘法器的方法产2FSK信号。（1）开始运行ADS：执行“程序-Advanced Design System 2005A-RF Designer”，（2）新建一个工程文件：（3）创建项目文件： 在原理图窗口中，执行“File-New Design”并命名为：“学生姓名”，如图（图2.6）。在“Type of Network”中，选中“Digital Sigal Processing Network”，其它的不变点击OK。 2. 构建（2FSK）调制系统模型及参数设置(1).寻找元器件 （2）配置系统模型中各模块及参数设置(a).需要的元器件有：正弦波发生器，DATA信号发生器，信号类型
8、转换器，信号收集器， DF数据流控制器，乘法器，加法器，限幅器, VAR变量和方程式器件。(b).按照寻找元器件的第二种方法搭建，正弦波发生器“元件名”为 Sinusoid。双击如图（图2.8）中的正弦函数，出现如图（图2.9）并按图进行参数修改。TSemp= Tsemp，Vpeak=1.0V，Frequency=1MHz，Phase=0.0，DecayRatio=0，Delay=0.0sec，Duration Time=1usec，Repetitionlnterval=1usec。其中Tsemp是变量，会在 VAR变量和方程式器件中赋值。当有不明白的地方时可以点击如图（图2.9）右下角的he
9、lp帮助进行了解。当“Display parameter on schematic”前面打对勾时证明需要显示。 图2.9DATA信号发生器“元件名”为Data；并按如图（图2.10）进行参数修改。Rout=50.0m0hm，RTemp=-273.15，TSemp= Tsemp，BitTime= BitTime，SequencePattern=8，Repeat=Yes。其中Tsemp、BitTime是变量，会在 VAR变量和方程式器件中赋值。图2.10信号类型转换器（1.黑色箭头表示时系数，2.蓝色箭头表示浮点数）“元件名”为TimedToFloat用两个，FloatToTimed用一个，注意蓝
10、的要和蓝的箭头接，黑的要和黑色箭头接，颜色一定要一致。信号类型转换器Timed To Float的作用是把模拟信号变为数字信号如图（图2.11），Float To Timed是反过来。信号类型转换器不需要修改参数。 图2.11 信号收集器“元件名”为Timed Sink用三个，如图（图2.12）。 “元件名” 为Spectrum Analyzer用一个。如图（图2.12）。 图2.12加法器， “元件名”为Add2，这是一个数字加法器。如图（图2.13）图2.13DF数据流控制器“元件名”为DF，并按如图（图2.13）进行参数设置。Default Numeric Start=0，Default
11、 Numeric Stop=100，DefaultTimeStart=0usec，DefaultTimeStop=100usec。并在“display”窗口中在这四项打上对勾，OK进行显示。图2.13乘法器“元件名”为Mpy2，这是一个数字乘法器。如图（图2.14） 图2.14 VAR变量和方程式器件“元件名”为VAR，并按如图（图2.15）进行参数修改。Tstep=0.1usec，BitTime=10usec。图2.15限幅器“元件名”为Limiter如图（图2.16），并按如图（图2.17）进行参数设置。Nlimit=-0.0001V，Plimit=1V，Gain=1。（图2.16）图2.
12、17 （3）构建系统连接图点击图标把找到的元器件进行连接，连接方式如图（图2.18）,保存即可。 图2.183运行仿真程序并分析仿真结果：在原理图窗口中，单击Simulate运行程序，运行完后，单击 出现显示窗口，点击并拉出 图框，在“Plot Type”窗口中，加入T3（数据流）、T10（下限幅以后的波形）、T20（上限幅以后的波形），进行图形演示如图（图5.11）。图形加入方法见实验一。图5.11T22（上限幅与频率1相乘以后的波形）、T23（下限幅与频率2相乘以后的波形）、T21（输出波形）如图（图5.12）图5.12结果比较：T3（数据流）、T12（上面的余弦波形）、T13（下面的余弦
13、波形）T21（输出波形）在原理图窗口中，单击Simulate运行仿真程序，结果正确时，出现如图（图2.17）结果，单击 图标，出现显示窗口，点击并拉出 图框，在“Plot Type”窗口如图（图2.18）中，加入T3（输入数据流）、T4（本地振荡 正弦波）、T5（PSK已调 输出波），显示仿真结果图形如图（图2.19）。点击 和 图标，进行T3（输入数据流）、T4（本地振荡 正弦波）、T5（PSK已调 输出波）图形的局部放大显示，如图（图2.20）所示。 图2.17 图2.18图2.19图2.20六、 实验报告1. 保存构建的（2FSK）调制系统模型结构图2. 列出模型中各器件所设置的参数3. 保存实验仿真结果波形图。4. 分析、比较（输入数据流）、T4（本地振荡 正弦波）、T5（PSK已调 输出波）图形。七、注意事项 1.注意设计过程中要适时保存设计结果。 2. 注意适时保存设计的仿真结果。八、思考题1若改变系统设置的参数，对仿真结果会产生什么影响？ 2若采用图(b)和(c)数字键控（相位选择）的方法产生2FSK信号，如何构建系统模型及仿真实现。32FSK已调信号经带通滤波器输出后，其频谱将怎样变化？ 九、2FSK已调信号经带通滤波器输出后，其频谱变化：10
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