通信報告?zhèn)鬏斚到y(tǒng)實驗報告

1、FSK傳輸系統(tǒng)實驗報告一、實驗原理和電路說明（一）FSK調(diào)制在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號的頻率隨著輸入碼流的變化而切換（稱為高音和低音，代表二進(jìn)制的1和0）。通常，F(xiàn)SK信號的 表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其中2f代表信號載波的恒定偏移。產(chǎn)生FSK信號最簡單的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號稱為不連續(xù)FSK信號。不連續(xù)的FSK信號表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其實現(xiàn)如圖1所示：圖1 非連續(xù)相位FSK的調(diào)制框圖由于相位的不連續(xù)會造頻譜擴(kuò)展，這種FSK的調(diào)制方式在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中采用較

2、多。隨著數(shù)字處理技術(shù)的不發(fā)展，越來越多地采用連繼相位FSK調(diào)制技術(shù)。目前較常用產(chǎn)生FSK信號的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。因此，F(xiàn)SK可表示如下：應(yīng)當(dāng)注意，盡管調(diào)制波形m（t）在比特轉(zhuǎn)換時不連續(xù)，但相位函數(shù)（t）是與m（t）的積分成比例的，因而是連續(xù)的，其相應(yīng)波形如圖2所示：圖2連續(xù)相位FSK的調(diào)制信號由于FSK信號的復(fù)包絡(luò)是調(diào)制信號m（t）的非線性函數(shù)，確定一個FSK信號的頻譜通常是相當(dāng)困難的，經(jīng)常采用實時平均測量的方法。二進(jìn)制FSK信號的功譜密度由離散頻率分量fc、fc+nf、fc-nf組成，其中n為整數(shù)。相位連續(xù)的FSK信號的功率譜密度函數(shù)最

3、終按照頻率偏移的負(fù)四次冪衰落。如果相位不連續(xù)，功率譜密度函數(shù)按照頻率偏移的負(fù)二次冪衰落。FSK的信號頻譜如圖3所示。圖3 FSK的信號頻譜FSK信號的傳輸帶寬Br，由Carson公式給出：Br=2f+2B其中B為數(shù)字基帶信號的帶寬。假設(shè)信號帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號的帶寬B=R。因此，F(xiàn)SK的傳輸帶寬變?yōu)椋築r=2（f+R）如果采用升余弦脈沖濾波器，傳輸帶寬減為：Br=2f+（1+）R=32k(理論)其中為濾波器的滾降因子。在通信原理綜合實驗系統(tǒng)中，F(xiàn)SK的調(diào)制方案如下：FSK信號：其中：因而有：其中：如果進(jìn)行量化處理，采樣速率為fs，周期為Ts，有下式成立：按照上述原理，F(xiàn)SK正交調(diào)制

4、器的實現(xiàn)為如圖4結(jié)構(gòu)：圖4 FSK正交調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖如時發(fā)送0碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時相位基礎(chǔ)上，在每個抽樣到達(dá)時刻相位累加，直到該信號碼元結(jié)束；如時發(fā)送碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時的相位基礎(chǔ)上，在每個抽樣到達(dá)時刻相位累加，直到該碼元結(jié)束。（二）FSK解調(diào)對于FSK信號的解調(diào)方式很多：相干解調(diào)、濾波非相干解調(diào)、正交相乘非相干解調(diào)。、FSK相干解調(diào)FSK相干解調(diào)要求恢復(fù)出傳號頻率（）與空號頻率（），恢復(fù)出的載波信號分別與接收的FSK中頻信號相乘，然后分別在一個碼元內(nèi)積分，將積分之后的結(jié)果進(jìn)行相減，如果差值大于0則當(dāng)前接收信號判為1，否則判為0。相干FSK解調(diào)框圖如圖6所示：圖6 相干F

5、SK的解調(diào)框圖相干FSK解調(diào)器是在加性高斯白噪聲信道下的最佳接收，其誤碼率為：相干FSK解調(diào)在加性高斯白噪聲下具有較好的性能，但在其它信道特性下情況則不完全相同，例如在無線衰落信道下，其性能較差，一般采用非相干解調(diào)方案。、FSK濾波非相干解調(diào)圖7 非相干FSK接收機(jī)的方框圖對于FSK的非相干解調(diào)一般采用濾波非相干解調(diào)，如圖7所示。輸入的FSK中頻信號分別經(jīng)過中心頻率為、的帶通濾波器，然后分別經(jīng)過包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波的輸出在t=kTb時抽樣（其中k為整數(shù)），并且將這些值進(jìn)行比較。根據(jù)包絡(luò)檢波器輸出的大小，比較器判決數(shù)據(jù)比特是1還是0。使用非相干檢測時FSK系統(tǒng)的平均誤碼率為：在高斯白噪聲信道環(huán)境下

6、FSK濾波非相干解調(diào)性能較相干FSK的性能要差，但在無線衰落環(huán)境下，F(xiàn)SK濾波非相干解調(diào)卻表現(xiàn)出較好的穩(wěn)健性。FSK濾波非相干解調(diào)方法一般采用模擬方法來實現(xiàn)，該方法不太適合對FSK的數(shù)字化解調(diào)。對于FSK的數(shù)字化實現(xiàn)方法一般采用正交相乘方法加以實現(xiàn)。、FSK的正交相乘非相干解調(diào)FSK的正交相乘非相干解調(diào)框圖如圖8所示：圖8 FSK正交相乘非相干解調(diào)示意圖輸入的信號為傳號頻率為：空號頻率為：在上圖中，延時信號為：其中t為延時量。相乘之后的結(jié)果為：在上式中，第一項經(jīng)過低通濾波器之后可以濾除。當(dāng)時，上式可簡化為：因而經(jīng)過積分器（低通濾波器）之后，輸出信號大小為：，從而實現(xiàn)了FSK的正交相乘非相干解調(diào)

7、。AB兩點的波形如圖9所示：圖9 差分解調(diào)波形在FSK中位定時的恢復(fù)見BPSK解調(diào)方式。通信原理實驗的FSK模式中，采樣速率為96KHz的采樣速率（每一個比特采16個樣點），F(xiàn)SK基帶信號的載頻為24KHz，因而在DSP處理過程中，延時取1個樣值。FSK的解調(diào)框圖如圖10所示：圖10 FSK解調(diào)二、實驗內(nèi)容（一）FSK調(diào)制1. 將KP03放置在FSK端。2. 測量FSK系統(tǒng)輸入碼元傳輸速率。TPM01為發(fā)送碼元傳輸時鐘，記為fb。3. FSK傳號頻率和空號頻率測量KG01放在測試數(shù)據(jù)，KG023:1=100（1代表跳線插入，0代表跳線拔出），此時FSK調(diào)制的輸入數(shù)據(jù)為一周期較長的隨機(jī)碼流，以F

8、SK輸入數(shù)據(jù)TPM02為同步，觀察FSK輸出波形TPi3。用光標(biāo)測量傳號頻率，記為f1；空號頻率，記為f2。比較fb，f1，f2之間的關(guān)系。計算FSK的中心頻率f0，f，帶寬。示波器操作技巧：按下水平菜單按鈕，選擇：“Set Trigger Holdoff”，選擇旋鈕，可以使波形動態(tài)穩(wěn)定。4. 發(fā)端同相支路和正交支路信號的李沙育（x-y）波形觀測將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育應(yīng)為一個圓。5. 正交調(diào)制輸出信號觀察示波器測量TPK03波形，以TPM02為同步。觀察TPK03的包絡(luò)情況。6. FSK調(diào)制信號頻譜觀測利用示波器的FFT功能查看頻

9、譜。用波器測量中頻調(diào)制信號（TPK03）。先將示波器調(diào)到125kHz/div，選擇hanning窗，然后將頻譜擴(kuò)展10倍，旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，觀察1.024MHz頻率點附近波形。先把KG02跳線全部拔除，則FSK調(diào)制輸入數(shù)據(jù)為全1碼，觀測FSK信號頻譜。再將KG023:1=100，觀測并記錄FSK信號頻譜。注意標(biāo)明特殊點的頻率值和幅值，與步驟2中計算的帶寬作比較。（二）FSK解調(diào)1. 解調(diào)基帶FSK信號觀測首先用中頻電纜連結(jié)KO02和JL02（接收端）。測量FSK解調(diào)基帶信號測試點TPJ05的波形，觀測時仍用發(fā)送數(shù)據(jù)（TPM02）作同步，比較其兩者的對應(yīng)關(guān)系。（1） 全部拔除KG02跳線，則FSK調(diào)制輸入數(shù)據(jù)為全1碼，觀察時域和頻域波形。不斷加入噪聲，觀察頻域和時域波形。（2） 將KG023:1=100，觀察時域和頻域波形。不斷加入噪聲，觀察頻域和時域波形。2. FSK的輸入/輸出數(shù)據(jù)測試點TPM02是調(diào)制輸