北交通原實(shí)驗(yàn)3 FSK傳輸系統(tǒng)

1、通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告FSK傳輸系統(tǒng)姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 成 員 老 師 時(shí) 間 2014年12月14日 上課時(shí)間 第十二周 周三 14：1016:00 目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)儀器1三、實(shí)驗(yàn)原理1（一）FSK簡(jiǎn)介1（二）FSK調(diào)制電路1（三）FSK解調(diào)電路3四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3（一）FSK調(diào)制31、基帶FSK信號(hào)觀測(cè)32、發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)時(shí)域波形觀測(cè)43、發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)54、連續(xù)相位基帶FSK信號(hào)觀測(cè)75、FSK調(diào)制中頻信號(hào)波形觀測(cè)8（二）FSK解調(diào)91、解調(diào)基帶FSK信號(hào)觀測(cè)92、解調(diào)基帶信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)103、接收位同步信號(hào)相位抖動(dòng)觀測(cè)124、不做1

2、25、位定時(shí)同步和非同步狀態(tài)的觀測(cè)126、FSK調(diào)制輸入信號(hào)和解調(diào)輸出信號(hào)的測(cè)量14五、思考題15一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉軟件無(wú)線電FSK調(diào)制和解調(diào)原理。2、掌握FSK產(chǎn)生、傳輸和恢復(fù)過(guò)程。3、掌握FSK正交調(diào)制的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。4、加深對(duì)FSK調(diào)制和解調(diào)中現(xiàn)象和問(wèn)題的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZH5001A通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、20MHz雙蹤示波器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理（一）FSK簡(jiǎn)介FSK（Frequency-shift keying）頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制

3、方式。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。技術(shù)上的FSK有兩個(gè)分類(lèi)，非相干和相干的FSK 。在非相干的FSK ，瞬時(shí)頻率之間的轉(zhuǎn)移是兩個(gè)分立的價(jià)值觀命名為馬克和空間頻率。 在另一方面，在相干頻移鍵控或二進(jìn)制的FSK ，是沒(méi)有間斷期在輸出信號(hào)。在數(shù)字化時(shí)代，電腦通信在數(shù)據(jù)線路（電話線、網(wǎng)絡(luò)電纜、光纖或者無(wú)線媒介）上進(jìn)行傳輸，就是用FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行的，即把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成FSK信號(hào)傳輸，反過(guò)來(lái)又將接收到的FSK信號(hào)解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為用高，低電平所表示的二進(jìn)制語(yǔ)言，這是計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別的語(yǔ)言。來(lái)電顯示的信息傳輸方式有2種：FS

4、K和DTMF。FSK方式與DTMF方式相比有如下的優(yōu)點(diǎn)：（l）數(shù)據(jù)傳輸速率高，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能傳的字符數(shù)多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持?jǐn)?shù)字及少數(shù)字符。目前采用FSK方式的國(guó)家和地區(qū)有：美國(guó)、中國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、比利時(shí)、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要?jiǎng)t是以瑞典為代表的一些歐洲國(guó)家等。（二）FSK調(diào)制電路FSK調(diào)制電路如下圖所示。FSK調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)源可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱右下角的菜單選擇，可以有以下幾種選擇輸入。（1）外部數(shù)據(jù)輸入。可來(lái)自同步數(shù)據(jù)接口、異步數(shù)據(jù)接口和m序列。（2）全1碼?？蓽y(cè)試傳號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率（高）。（3）全0碼?？蓽y(cè)試空號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率（低）。（

5、4）0/1碼。01交替碼型，用作一般測(cè)試。（5）特殊序列。周期為7的碼序列，用于常規(guī)測(cè)試。（6）m序列。用于通道性能測(cè)試。電路中的同相基帶和正交基帶分別利用FPGA芯片輸出兩路相互正交的基帶FSK信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器并經(jīng)過(guò)低通濾波后，變?yōu)槟M信號(hào)。因此，在TPi03和TPi04所測(cè)試到的就是基帶FSK信號(hào)，兩路信號(hào)相互正交。兩路正交的基帶FSK信號(hào)再經(jīng)過(guò)相互正交的載波調(diào)制并相加則得到單邊帶FSK信號(hào)。其頻譜變換過(guò)程如下圖所示。（三）FSK解調(diào)電路FSK解調(diào)電路如下圖：圖可以看到，F(xiàn)SK解調(diào)采用的是非相干解調(diào)，因此，不需要提取相干載波，但位定時(shí)信號(hào)還是需要提取的。經(jīng)過(guò)A/D裝換后，就送到FPG

6、A芯片進(jìn)行信號(hào)處理，然后判決再生輸出數(shù)字信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：首先將通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱菜單中的調(diào)制方式設(shè)置成“FSK傳輸系統(tǒng)”；用示波器測(cè)量TPMZ07測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)，如果有脈沖波形，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)正常工作，如果沒(méi)有脈沖波型，則需要按面板上的復(fù)位按鈕對(duì)硬件進(jìn)行初始化。（一）FSK調(diào)制1、 基帶FSK信號(hào)觀測(cè)（1）在D/A模塊內(nèi)的TPi03是基帶FSK波形。通過(guò)菜單選擇為1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀測(cè)TPi03信號(hào)波形，測(cè)量其信號(hào)周期。 T=2.6×10us=26us（2）通過(guò)菜單選擇為0碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀測(cè)TPi03信號(hào)波形，測(cè)量其信號(hào)周期。將測(cè)量結(jié)果與1碼比較。T=5.4×

7、;10us=54us與1碼相比，0碼的周期約是1碼的兩倍。2、 發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)時(shí)域波形觀測(cè)TPi03和TPi04分別是基帶FSK輸出信號(hào)的同相支路和正交支路信號(hào)。將輸入信號(hào)選為全1碼（或全0碼），測(cè)量?jī)尚盘?hào)的時(shí)域波形，畫(huà)出測(cè)試波形。通過(guò)測(cè)試波形分析兩信號(hào)是否滿足正交關(guān)系。全1碼：當(dāng)輸入信號(hào)為0時(shí)，輸出信號(hào)為最值；當(dāng)輸入信號(hào)為最值時(shí)，輸出信號(hào)為0；可知兩信號(hào)滿足正交關(guān)系。全0碼：當(dāng)輸入信號(hào)為0時(shí)，輸出信號(hào)為最值；當(dāng)輸入信號(hào)為最值時(shí)，輸出信號(hào)為0；可知兩信號(hào)滿足正交關(guān)系。3、 發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀測(cè)TPi03和TPi04

8、的正交性。通過(guò)菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測(cè)量，畫(huà)出李沙育波形。全1碼：李沙育圖形成圓形，說(shuō)明兩信號(hào)幅度相同，相位正交。全0碼：李沙育圖形成圓形，說(shuō)明兩信號(hào)幅度相同，相位正交。全0碼比全1碼圓形略大。0/1碼M碼4、 連續(xù)相位基帶FSK信號(hào)觀測(cè)（1）TPM02是發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)（DSP+FPGA模塊左下角），TPi03是基帶FSK波形。通過(guò)菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)，并以TPM02作為同步信號(hào)。觀測(cè)TPM02與TPi03點(diǎn)波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫(huà)出測(cè)量波形。（2）通過(guò)菜單選擇為特殊碼序列作為輸入信號(hào)，測(cè)量并畫(huà)出TPM02、TPi03點(diǎn)的波形及對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢钥闯觯海?）0碼頻率是1碼頻率的一半，即0碼周

9、期是1碼周期的兩倍。（2）當(dāng)包含N（N為整數(shù)）個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)相位是連續(xù)的，當(dāng)不是整數(shù)時(shí)，波形和瞬時(shí)相位也是可能不連續(xù)的。5、 FSK調(diào)制中頻信號(hào)波形觀測(cè)在FSK正交調(diào)制方式中，必須采用FSK的同相支路與正交支路兩路信號(hào)；如果只采用一路同相FSK信號(hào)或一路正交FSK信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)FSK頻譜信號(hào)。要想去掉一個(gè)信號(hào)頻譜，需在后面采用較復(fù)雜的中頻窄帶濾波器，這種方法的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。本實(shí)驗(yàn)中采用的是正交調(diào)制相加抵消法去掉其中一個(gè)FSK頻譜的。（1）調(diào)制模塊測(cè)試點(diǎn)TPK03為FSK調(diào)制中頻觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，并以TPM02作為同步信號(hào)。觀

10、測(cè)TPM02與TPK03點(diǎn)波形。（3）將正交調(diào)制輸入信號(hào)中的一路基帶調(diào)制信號(hào)斷開(kāi)（D/A模塊內(nèi)的跳線器Ki01或Ki02），重復(fù)（1）測(cè)量步驟。觀測(cè)并定性畫(huà)出TPM02與TPK03點(diǎn)波形，分析波形變化原因。圖（1）中顯示的是兩路正交信號(hào)疊加后的波形；當(dāng)一路信號(hào)斷開(kāi)（即拔掉一個(gè)跳線器），圖（2）中顯示的是原信號(hào)中的一路信號(hào)；明顯可見(jiàn)，0碼和1碼的頻率差別很大。（二）FSK解調(diào)1、 解調(diào)基帶FSK信號(hào)觀測(cè)首先用中頻電纜連接KO02和JL02，建立中頻通道。測(cè)量FSK解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)TPJ05的波形，觀測(cè)時(shí)仍用發(fā)送數(shù)據(jù)（TPM02）作同步，比較兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（1）通過(guò)菜單選擇為1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，

11、觀察TPJ05信號(hào)波形，測(cè)量并記錄其信號(hào)周期。T=2.8×10us=28us（2）通過(guò)菜單選擇為0碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀察TPJ05信號(hào)波形，測(cè)量并記錄其信號(hào)周期。試與FSK調(diào)制步驟（1）的測(cè)量結(jié)果比較。T=2.6×20us=52us與1碼相比，0碼的周期約是1碼的兩倍。2、 解調(diào)基帶信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在（x-y）方式，從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的李沙育波形。（1）通過(guò)菜單選擇為為1碼（或0碼）輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，測(cè)試并畫(huà)出李沙育信號(hào)波形。1碼：0碼：（2）通過(guò)菜單選擇為為0/1碼（或特殊碼）輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，測(cè)試并畫(huà)出李沙育信號(hào)波形。0/1碼：特殊碼：3、 接收

12、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)觀測(cè)用發(fā)送時(shí)鐘TPM01（DSP+FPGA模塊左下角）信號(hào)作同步，輸入信號(hào)選擇為m序列，利用噪聲模塊的跳線，將噪聲增加到最大，測(cè)量接收時(shí)鐘TPMZ07（DSP芯片左端）的抖動(dòng)情況，估計(jì)定時(shí)的抖動(dòng)值，抖動(dòng)的單位用單位間隔（UI）來(lái)描述。對(duì)于29kHz振頻率的m序列來(lái)說(shuō)，由于他們每幀為7bit，所以在采用了雙相位標(biāo)志編碼后，通道中每幀有標(biāo)稱的14個(gè)脈沖，所以UI=120000*143.6us4、 不做5、 位定時(shí)同步和非同步狀態(tài)的觀測(cè)TPMZ07為接收端恢復(fù)的時(shí)鐘，在同步狀態(tài)下它與發(fā)端時(shí)鐘TPM01具有確定的相位關(guān)系。（1）在輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為m序列時(shí)，觀察并畫(huà)出發(fā)端定時(shí)脈沖TPM0

13、1和收端定時(shí)提取出的脈沖TPMZ07波形，觀測(cè)時(shí)注意兩波形之間的相位對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）不斷按確認(rèn)鍵，此時(shí)僅對(duì)DSP位定時(shí)提取環(huán)路初始化，讓環(huán)路重新調(diào)整鎖定，觀察經(jīng)過(guò)重新調(diào)整和鎖定后TPMZ07測(cè)試點(diǎn)位定時(shí)提取的脈沖信號(hào)與發(fā)端定時(shí)脈沖TPM01的相位關(guān)系是否發(fā)生了變化？其結(jié)論說(shuō)明什么問(wèn)題？相位不發(fā)生變化，說(shuō)明收發(fā)時(shí)鐘同步。（3）在測(cè)試數(shù)據(jù)為全1或全0碼時(shí)重復(fù)實(shí)驗(yàn)（2），并加以分析；斷開(kāi)JL02接收中頻電纜，重復(fù)上述步驟（2），觀測(cè)TPM01和YPMZ07之間的相位關(guān)系，記錄并解釋測(cè)量結(jié)果。 全1碼和全0碼中缺少跳變沿，無(wú)法從信號(hào)中提取定時(shí)脈沖，故其相位隨機(jī)。未按確認(rèn)建之前，相位變化在時(shí)鐘跳變沿，而按下確認(rèn)鍵之后，跳變沿開(kāi)始平移。未斷開(kāi)電纜時(shí)，全1碼和全0碼中都有相位的滯后或提前；斷開(kāi)后，無(wú)相位滯后或提前。在電平由高變?yōu)榈停蛴傻妥優(yōu)楦邥r(shí)，輸出波形立即有相應(yīng)的變化。6、 FSK調(diào)制輸入信號(hào)和解調(diào)輸出信號(hào)的測(cè)量測(cè)試點(diǎn)TPM02是調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，TPM04是解調(diào)輸出數(shù)據(jù)。通過(guò)菜單選擇特殊碼序列和0/1碼數(shù)據(jù)輸入，觀測(cè)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)是否正確。觀測(cè)時(shí)，用TPM02點(diǎn)信號(hào)同步。畫(huà)出選擇輸入特殊碼序列和0/1碼時(shí)TPM02和TPM04點(diǎn)的測(cè)試波形。特殊碼：0/1碼：五、思考題1、該實(shí)驗(yàn)用到通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱中哪些模塊？各模塊的作用是什么？