FSK傳輸系統(tǒng)實驗

1、實驗四 FSK傳輸系統(tǒng)實驗一、實驗目的和要求1、熟悉FSK調制和解調基本原理。2、掌握FSK數(shù)據(jù)傳輸原理。3、掌握FSK正交調制的基本原理與實現(xiàn)方法。4、掌握FSK性能的測試。5、了解FSK在噪聲下的基本性能。二、實驗儀器1、ZH5001通信原理綜合實驗系統(tǒng) 一臺2、DSO-X-2012A數(shù)字示波器 一臺三、實驗原理與說明（一）、FSK 調制在二進制頻移鍵控中，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，代表二進制的1和0)。通常，F(xiàn)SK信號的表達式為： 其中 2f 代表信號載波的恒定偏移。產生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

2、切換。采用這種方法產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信號表達式為： 其實現(xiàn)圖如下 圖4.1 非連續(xù)相位FSK的調制圖由于相位的不連續(xù)會造成頻譜擴展，這種FSK的調制方式在傳統(tǒng)的通信設備中采用較多。隨著數(shù)字處理技術的不段發(fā)展，越來越多地采用連繼相位 FSK 調制技術。目前較常用產生FSK信號的方法是，首先產生FSK基帶信號,利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調制。因此,FSK可表示如下： 應當注意，盡管調制波形m（t）在比特轉換時不連續(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，其相應波形如圖 4.2 所示：

3、圖4.2 連續(xù)相位FSK的調制信號由于 FSK 信號的復包絡是調制信號m（t)的非線性函數(shù)，確定一個FSK信號的頻譜通常是相當困難的，經常采用實時平均測量的方法。二進制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)最終按照頻率偏移的負四次冪衰落。如果相位不連續(xù)，功率譜密度函數(shù)按照頻率偏移的負二次冪衰落。FSK 的信號頻譜如圖 4.3 所示。 圖4.3 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。假設信號帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號的帶寬

4、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 的調制方案如下：FSK 信號：其中：因而有：其中：如果結進行量化處理，采樣速率為fs，周期為Ts，有下式成立：按照上述原理，F(xiàn)SK正交調制器的實現(xiàn)為如下圖結構：如時發(fā)送0碼，則相位累加器在前一碼元結束時相位(n)基礎上，在每個抽樣到達時刻相位累加2f1Ts,直到該碼元結束；如時發(fā)送碼，則相位累加器在前一碼元結束時的相位(n)基礎上，在每個抽樣到達時刻相位累加2f1Ts,直到該碼元結束。在通信信道 FSK 模式的基帶信號中

5、傳號采用fh頻率，空號采用fl頻率。在FSK 模式下，不采用采用漢明糾錯編譯碼技術。制器器提供的數(shù)據(jù)源有：1、外部數(shù)據(jù)輸入：可來自同步數(shù)據(jù)接口、異步數(shù)據(jù)接口和 m 序列；2、全 1 碼：可測試傳號時的發(fā)送頻率（高）；3、全 0 碼：可測試空號時的發(fā)送頻率（低）；4、0/1 碼：0101交替碼型，用作一般測試；5、特殊碼序列：周期為7的碼序列，以便于常規(guī)示波器進行觀察；6、m 序列：用于對通道性能進行測試；（二）、FSK 解調FSK 的正交相乘非相干解調框圖如圖 4.4 所示： 圖4.4 FSK正交相乘非相干解調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

6、乘之后的結果為：在上式化簡后：因而經過積分器后，輸出信號為：，從而實現(xiàn)了 FSK 的正交相乘非相干解調。AB兩點的波形如下圖4.5 圖4.4 差分解調波形通信原理實驗的 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。四、實驗內容測試前檢查： 首先將通信原理綜合實驗系統(tǒng)調制方式設置成“FSK傳輸系統(tǒng)”；用示波器測量 TPMZ07 測試點的信號，如果有脈沖波形，說明實驗系統(tǒng)已正常工作；如果沒有脈沖波形，則需按面板上的復位按鈕重新對硬件進行初始化。（一）FSK 調制1.FSK基帶信號觀測2.

7、發(fā)端同相支路和正交支路信號時域波形觀測3.連續(xù)相位FSK調制基帶信號觀測4.FSK調制信號中頻信號波形觀測（二）FSK 解調1.解調基帶FSK信號觀測2.接收端同步信號相位抖動觀測3.抽樣判決點波形觀測4.解調器位定時恢復與最佳抽樣判決點波形觀測5.位定時鎖定和位定時調整觀測6.觀察在各種輸入碼字下FSK的輸入輸出數(shù)據(jù)7.FSK解調過程綜合分析五、實驗結果1、實驗數(shù)據(jù)及測試波形測試前檢查波形1碼輸入，基帶信號周期T=26.6us0碼輸入，基帶信號周期T=53.6us符合正交關系0/1碼輸入，數(shù)據(jù)與基帶FSK波形對應波形圖特殊序列碼輸入，數(shù)據(jù)與基帶FSK波形對應波形圖0/1碼輸入，中頻信號測試特

8、殊序列碼輸入，中頻信號測試正交調制斷開一路，特殊序列碼輸入，中頻信號測試正交調制斷開一路，0/1碼輸入，中頻信號測試斷開一路Ki01后，只留下中頻以及有用信號，因此波形較為清晰一些。0/1碼輸入，F(xiàn)SK解調基帶信號測試1碼輸入，F(xiàn)SK解調基帶信號測試接受同步信號相位抖動，特殊碼抽樣判決點的波形變化對于全0或全1碼的不抖動，因為在全0或全1碼下接收數(shù)據(jù)沒有跳變沿，譯碼器無論從任何時刻開始譯碼均能 正確譯碼，因此譯碼器無須進行調整，當然就看不到位定時的抖動了0/1碼的抽樣判決點的波形特殊碼的抽樣判決點的波形解調位定時與最佳抽樣判決點的波形M序列與最佳判決時刻的波形不斷按確定鍵，測試鎖定后的相位關系

9、不斷按確定鍵，全1碼，測試鎖定后的相位關系不斷按確定鍵，全1碼，測試鎖定后的相位關系不斷按確定鍵，全1碼，測試鎖定后的相位關系通過三次不斷按確定鍵，在全1碼情況下，相位基本同步 不斷按確定鍵，全0碼，測試鎖定后的相位關系不斷按確定鍵，全0碼，測試鎖定后的相位關系通過三次不斷按確定鍵，在全1碼情況下，相位基本不同步不斷按確定鍵，全0碼，測試鎖定后的相位關系FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，全1碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，全0碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，0/1碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，特殊碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，M序列解調基帶信號測試點與時鐘誤差提取的波形解調基帶信號測試點與抽樣判決點的波形解調基帶信號測試點與解調輸出的波形解調基帶信號測試點與接收時鐘的波形2、FSK正交調制方式與傳統(tǒng)的一般FSK調制方式的區(qū)別? 其有哪些特點？傳統(tǒng)的一般FSK調制方式利用模擬開關在兩個獨立振蕩器中間切換，從而產生的波形，但其在碼元切換點的相位是不連續(xù)的，因此在不同的頻率下需要采用不同的濾波器，十分不方便。而采用正交調制的優(yōu)點在于在不同的頻率下可以自適應的將一個邊帶抑制掉,不需要設計專門的濾波