实验一 FSK 调制解调实验
一、 实验目的
1、 了解FSK 调制的基本工作原理；
2、 自行设计FSK 调制、解调单元；
二、 实验仪器
1、 J H5001（II ）通信原理基础实验箱 一台；
2、 20MHz 示波器 一台；
三、 实验原理
在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1和0）。
通常，FSK 信号的 表达式为：
b
c b b FSK T t t
f f T E S ≤≤∆+=
0)22cos(2ππ
（二进制１）
b
c b
b FSK T t t
f f T E S ≤≤∆-=
0)22cos(2ππ （二进制０）
其中Δf 代表信号载波的恒定偏移。
FSK 的信号频谱如图2.12.1所示。
图2.12.1 FSK 的信号频谱FSK 信号的传输带宽Br ，由Carson 公式给出：
Br=2Δf+2B
其中B 为数字基带信号的带宽。
假设信号带宽限制在主瓣范围，矩形脉冲信号的带宽B=R 。
因此，FSK 的传输带宽变为：
Br=2（Δf+R ）
在JH500１II 型的FSK 调制框图如图2.12.2下：
图2.12.2 FSK调制方框图
用数字基带信号的电平高低不同控制UE01(CD4046)内部的压控振荡器的振荡频率。
当输入码元为0时，振荡频率为6～9KHz；当输入码元为1时，振荡频率为20～24KHz。
这些频率范围的调整是通过WE01、WE02来获取的。
其中WE01调整输入1、0信号的幅度，从而达到控制传号频率与空号频率的间隔。
WE02是调整送入到VCO输入端信号的直流偏移，通过调整WE02达到控制FSK中心频率的作用。
注意：FSK的数据输入信号来源于基带成形模块的测试序列，其通过KG02来选择不同的数据，数据速率受KG03控制，在FSK实验中KG03设置在500bps（KG03处于2-3状态）。
FSK解调框图见图2.12.3：
图2.12.3 FSK解调方框图
FSK解调的工作原理是用一个模拟锁相环UE02(CD4046)对输入的FSK信号进行鉴频。
在解调模块中采用一个PLL环，当输入的FSK频率出现变化时，锁相环也紧随之变化，它是通过控制环路的输入电压TPE04来达到的。
这样当输入信号频率为20～24KHz时，锁相环的VCO控制电压为高电平，输出码元为1；反之当输入信号频率为6～9KHz时，锁相环的VCO控制电压为低电平，输出码元为0。
压控振荡器(VCO)的控制电压直接反映了FSK 信号中的码元变化。
将该VCO的输入控制电压送入比较器中之后就能得到的FSK接收解调的数字信号。
在JH5001Ⅱ通信原理基础实验箱中，FSK调制解调实验是作为扩展模块实验来开设的，在该模块中，各测试点的定义如下：
1.TPE01: FSK调制端的电平变换输出
2.TPE02: 调制之后的FSK调制输出
3.TPE03: 解调端的PLL压控振荡器输出
4.TPE04: FSK解调的鉴频输出
5.TPE05: 锁定指示(锁定时为高电平)
6.TPE06: FSK解调输出
7.TPE07: FSK解调输入信号
在该模块中，各跳线的功能如下：
1、K E01：跳线开关KE01用于选择UE01的鉴相输出。
当KE01设置于1_2时（左端），
选择异或门鉴相输出；当KE01设置于2_3时（右端），选择三态门鉴相输出，详情
请参见4046器件性能资料。
2、K E02：跳线开关KE02是用于选择输入锁相信号：当KE02置于2_3时（右端），输
入信号来自FSK调制端；当KE02置于1_2时（左端）选择外部的测试信号。
四、实验步骤
1.FSK信号传号频率与空号频率的测量
（1）准备工作：将选择开关KG03置于右端（数据速率为500bps），将FSK调制解调模块中的跳线开关KE01、KE02均置于右端，KG01放置在测试位置（最下端）。
（2）TPE02是已调FSK波形，通过开关KG02选择全1码输入数据信号，观测TPE02的信号波形，测量其基带信号周期和频率——传号频率。
（3）通过开关KG02选择全0码输入数据信号，观测TPE02信号波形，测量其基带信号周期和频率——空号频率。
将测量结果与1码比较。
2.FSK调制基带信号观测
（1）准备：同实验步骤1；
（2）通过开关KG02选择为0/1码输入数据信号，TPM02是发送数据信号（数字调制解调模块中部），TPE02是已调FSK波形。
并以TPM02作为同步信号，观测TPM02
与TPE02点波形应有明确的信号对应关系（频率等）。
（3）通过KG02选择其它测试数据信号，重复上述测量步骤。
记录测量结果。
3.锁相环特性观察
（1）准备：与步骤1不同之处是将KE02置于1-2端，这样接收的信号来源于外部测试信号。
（2）用信号源加入TTL方波测试信号。
通过：J007（TTL信号）、J006（地）加入测试信号，改变测试信号的频：从5KHz～30KHz进行变化，观察PLL鉴相输出TPE04
的信号波形。
再观察TPE06的波形。
（注意：示波器放在直流档测量）（3）反复进行上述测量，设计FSK的参数，并进行下一步实验。
4.解调数据信号观测
（1）准备：同步骤1；
（2）测量FSK解调数据信号测试点TPE06的波形，观测时仍用发送数据（TPM02）
作同步，比较其两者的对应关系。
（3）通过开关KG02选择为其它码，测量TPE06信号波形，观测解调数据是否与发送数据保持一致。
5.不同参数的FSK基带信号观测：调节电位器WE01、WE02，分别调整频率间隔和中心
频率，观测基带信号TPE02随调整的变化情况。
6.不同频率下的解调数据信号观测：通过开关KG03选择码元速率在左端32K位置，观
测对解调输出有什么影响，为什么？
五、实验报告
1、画出各测量点的工作波形；
2、自行设计一个FSK（可选择不同的中心频率与频率间隔）的传输系统并进行验证。
实验系统一台
2．20MHZ双踪示波器。
