第一章 通信实验箱概述
1.1引言
我们正处在信息技术蓬勃发展的时代。以微电子、通信、计算机为代表的
信息产业的发展引起了社会经济乃至人们生活方式的深刻变化。现代通信技术的发展日新月异，而且正在迅速地向各个领域渗透。特别是通信技术与计算机技术的结合，正在以前所未有的力度促进通信网、计算机网和综合业务网的发展。这就要求人们能了解和掌握现代通信的基本原理和技术，以面对信息社会所带来的各种挑战。
“现代通信原理”课程是一门理论性和实践性都很强的课程，而且理论比较难以理解．针对这个特点，在教学中理论联系实际，一般的学校都会采用购买通信教学实验箱，不过实验箱都很贵，而且容易出故障。如果要是实验箱一有故障就报废的话，那样既花费很多的申请报批时间，又浪费了大量的资金。所以我们想对实验箱进行电路分析，研究。对一些出现简单故障的实验箱进行维修，同时给出电路改进意见。
一、
移频健控（FSK）概述 移频健控（Frequency Shift Keying），或称数字频率调制，是数字特性中使用较早的一种调制方式。数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息。在数字通信系统中，这种频率的变化不是连续的而是离散的，例如，在二进制数字频率调制系统中，用两个不同的载频来传递数字信息。
FSK广泛应用于低速数据传输设备中，根据国际电信联盟（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、抗噪声和抗衰落性能较强等特点。由于这些原因，FSK是在模拟电话线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。
在一个FSK系统中，发端把基带信号的变化转换成对应的载波频率的变化，而在收端则完成与发端相反的转换，将载波频率的变化转变为基带信号的变化。由于FSK信号在信道中传输的是两个载频的切换，那么其频谱是否就是这两个载波的线谱呢？或者说信道的频带只是这两个载频之差就够了呢？答案是否定的。
设FSK的两个载频为f1和f2，其中心载频为f0=(f1+f2)/2；又设基带信号的速率为fs，这样，经过分析，FSK的频谱如图5.1所示。图5.1中曲线A对应的f1=f0+fs，f2=f0-fs，曲线B对应的f1=f0+0.4fs，f2=f0-0.4fs。
2fs 0.8fs B: h=0.8 A: h=2 f0-2fs f0-fs f0 f0+fs f0+2fs
图5.1 相位不连续FSK信号的频谱示意图
因为FSK属于频率调制，通常可定义其移频健控指数为
h=|f1-f0|Ts=|f1-f0|/fs
显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大的影响。当h<1时，2FSK信号的功率谱与2ASK信号的极为相似，呈单峰；当h>>1时，2FSK信号的功率谱呈双峰状，此时，信号的带宽近似为
B2FSK=|f1-f0|+2fs=(2+h)fs (Hz)
实现数字频率调制(FSK)的方法很多,总概括起来有两类:直接调频法和移频健控法。由于移频健控法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（0→1或1→0）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。直接调频法产生2FSK信号，已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。
数字频率调制（FSK）的解调一般有三种方法：鉴频法、过零检测法和差分鉴波法。 本实验为传输600波特基带信号的FSK实验，采用改变分频链、分频比来实现移频键控。收端采用过零检测恢复基带信号，并从恢复的基带信号中直接提取码元定时信号。
而PSK根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。
产生PSK信号的两种方法：
1)、调相法：将基带数字信号（双极性）与载波信号直接相乘的方法： 2)、选择法：用数字基带信号去对相位相差180度的两个载波进行选择。
两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控（PSK）。 S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中：S DIG (T)=1或-1 l 解调方法：只能采用相干解调。
l 类型：二进制相移键控（2PSK)，多进制相移键控（MPSK)。
第二章 实验箱电路分析
2.1频移（fsk）键控实验
二、 实现原理和电路说明
本实验采用移频健控法，它便于用数字集成电路来实现。本实验采用过零检测法解调2FSK信号。
目前，低速率的移频健控调制解调器有专用的集成电路，例如MOTOROLA公司的MC6800、NE564等。本实验为帮助学生理解移频健控调制、解调的基本原理，采用小规模集成电路来实现调制、解调。
实验电路分成FSK发送部分（调制）和FSK接收（解调）两部分（合装在一个实验架上）。左边为FSK发送部分，包括：方波源、分频器、M序列发生器、调制器、驱动器等；右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决、位同步、码再生等。FSK发送部分和接收部分的方框图如图5.2和图5.3所示。
方波 振荡器 调制 驱动 输出 发送信号 40 分频 M序列发生器 图 5.2 2FSK发送部分
接收信号 过零 检测 零电平判决 抽样判决和 码元再生 收码： M序列 位同步 提取 图5.3 FSK接收部分
下面介绍该实验系统的各主要组成部分。 （一）方波源
方波源为一多谐振荡器，以提供FSK的载波和信码定时信号，振荡频率为11800Hz，用W1微调频率。
（二）M序列发生器
M序列发生器由四级移位寄存器组成，形成长度为24-1＝15的随机序列，充当信码，其信码定时是方波源输出信号经20分频得到，码率约为600bit/s。
（三）调制器
调制器为全数字的可变分频比的分频链，其逻辑图如图5.5所示。从图中可以看出，信码为“1”时，分频链作4分频，即输出频率为2950Hz；信码为“0”时，分频链作8分频，输出频率为1475Hz。
f1输入11800Hz 4分频 f28分频 M序列输入 调制信号输出 （信码） 反相器 M=0，1475Hz M=1，2950Hz 图5.5 FSK调制器逻辑框图
由于这里的输出为对称方波，所含频率成分较丰富，即要占据较宽的信道频带，在实际工程中为节省频带，在信号送入信道前，只取基频分量就可以了，所以在调制器后接有一带通滤波器，中心频率为2212.5Hz，（其带宽为多少作为思考题）。这样，在发送部分的输出端，就得到相对于“1”和“0”码的2950Hz和1475Hz的正弦波。但是，如果带通的中心频率发生偏移或者带通的通带特性不平，都会给输出的FSK信号带来寄生调幅，应尽量使之减小。
（四）过零检测
在实验接收端对FSK信号的解调是用过零检测的方法实现的，其原理如图5.6所示。
a b 微分 c 整流 d 展宽 e f 低通 限幅
图5.6 过零检测发的方框图及各点波形
大家知道，数字调频波的过零点随载频而异，如本实验，信码为“1”时，载频为2950Hz，过零点为5900个；信码为“0”，载频为1475Hz，过零点为2950个，因此检测出过零点数就可以得到关于输入信号频率差异的信息，这就是过零检测的基本思路。
输入信号a经限幅后产生矩形波序列b，经微分c，整流就形成与频率变化相对应的脉冲序列d，这个序列就代表着调频波的过零点。将其变换成具有一定宽度的矩形波e，并经过低通滤波器滤除高次谐波，使能得到对应与原数字信号的基带脉冲信号。
（五）位同步
在数字接收设备的接收端，位同步是为码的再生所必需的。在数字通信中，常常是不发送导频或位同步信号的，这就必须直接从数字信号中提取位同步。本实验就采用这种直接从数字信号中滤波提取位同步的方法，其原理如图框图如图5.7所示。
A 微分 b 整流 c 窄带 滤波 d 成形 e f 延时
图5.7 滤波法提取位同步信号
我们知道，一个不归零（NRZ）的随机二进制序列是不能直接从该序列中滤出位同步信号的，但是，若对该信号进行某种变换，例如变成归零码后，则该序列中就有fs=1/Ts的位同步分量，经一个窄带滤波器，就可以滤出此信号分量，再整形成方波，再作相位调整（移相器或延迟），就形成了位同步脉冲。
（六）码再生
从过零检测低通滤波、整形后输出的信号，必须经过码再生电路才能恢复出和发端相同的非归零（NRZ）信码。码再生电路仅用一比较器对解调获得的基带信号进行零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样定位，如图5.8所示。所不同的是，这种码元定时是由位同步提供的，这样，解调、同步和码再生就组成了一个较完整的数字通信接收系统。