FSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。FSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)-FSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一FSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釬SK調(diào)制的基本工作原理；掌握FSK正交調(diào)制的基本工作原理與實(shí)現(xiàn)過程；預(yù)備知識(shí)數(shù)字信號(hào)的傳輸工作方式與基本工作過程；FSK的基本工作原理；正交調(diào)制與基帶信號(hào)的表示方式；軟件無(wú)線電的基本概念；實(shí)驗(yàn)儀器通信網(wǎng)絡(luò)工程“通信信道平臺(tái)”實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；20MHz示波器一臺(tái)；實(shí)驗(yàn)原理在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號(hào)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(hào)的表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其中2f代

2、表信號(hào)載波的恒定偏移。產(chǎn)生FSK信號(hào)最簡(jiǎn)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(gè)獨(dú)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(shí)刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號(hào)稱為不連續(xù)FSK信號(hào)。不連續(xù)的FSK信號(hào)表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其實(shí)現(xiàn)如圖3.1-1所示：圖3.1-1非連續(xù)相位FSK的調(diào)制框圖由于相位的不連續(xù)會(huì)造頻譜擴(kuò)展，這種FSK的調(diào)制方式在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中采用較多。隨著數(shù)字處理技術(shù)的不發(fā)展，越來(lái)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(hào)的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號(hào)，利用基帶信號(hào)對(duì)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（

3、t）在比特轉(zhuǎn)換時(shí)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3.1-2所示：圖3.1-2連續(xù)相位FSK的調(diào)制信號(hào)由于FSK信號(hào)的復(fù)包絡(luò)是調(diào)制信號(hào)m（t）的非線性函數(shù)，確定一個(gè)FSK信號(hào)的頻譜通常是相當(dāng)困難的，經(jīng)常采用實(shí)時(shí)平均測(cè)量的方法。二進(jìn)制FSK信號(hào)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(hào)的功率譜密度函數(shù)最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(hào)頻譜如圖3.1-3所示。圖3.1-3FSK的信號(hào)頻譜FSK信號(hào)的傳輸帶寬Br，由Carson公式給出：

4、Br=2f+2B其中B為數(shù)字基帶信號(hào)的帶寬。假設(shè)信號(hào)帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號(hào)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其中為濾波器的滾降因子。在通信信道平臺(tái)中，F(xiàn)SK的調(diào)制方案如下：FSK信號(hào)：其中：因而有：其中：如果結(jié)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)制器的實(shí)現(xiàn)為如圖3.1-4結(jié)構(gòu)：圖3.1-4FSK正交調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖如時(shí)發(fā)送0碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時(shí)相位基礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加，直到該碼元結(jié)束；如時(shí)發(fā)送碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時(shí)的相位基

5、礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加，直到該碼元結(jié)束。在通信信道FSK模式的基帶信號(hào)中傳號(hào)采用32KHz頻率，空號(hào)采用16KHz頻率，數(shù)據(jù)傳輸速率為8Kbps。在FSK模式下，不采用FEC技術(shù)。制器提供的數(shù)據(jù)源有：外加數(shù)據(jù)：通過信道接口模塊提供數(shù)據(jù)；全1碼：可測(cè)試傳號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率；全0碼：可測(cè)試空號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率；01碼：0101交替碼型，用作一般測(cè)試；特殊碼序列：周期為8的碼序列，以便于常規(guī)示波器進(jìn)行觀察；m序列：可用于對(duì)通道性能進(jìn)行測(cè)試；FSK調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖3.1-5所示：圖3.1-5FSK調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)驗(yàn)步驟將通信信道平臺(tái)所有的短路器均于置于1-2狀態(tài)（短路器置于左側(cè)）。按1.12節(jié)中的

6、方式將通信信道平臺(tái)設(shè)置成“FSK模式”。檢查DSP是否正常工作：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說明DSP已正常工作；如果沒有脈沖波形，則DSP沒有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。在菜單中選擇不同的輸入碼型：外部數(shù)據(jù)全1碼全0碼0/1碼特殊碼序列m序列碼觀察發(fā)送數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)TP402與TP803（或TP804）之間的關(guān)系：TP402是發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，TP803基帶FSK波形，以TP402作為同步信號(hào)，可以看出TP402與TP803有明確的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，在碼元的切換點(diǎn)發(fā)送波形的相位連續(xù)；觀察TP803、TP804兩測(cè)量點(diǎn)的波形，判斷它們之間的關(guān)系。觀察TP803、TP804

7、兩測(cè)量點(diǎn)的李沙育x-y的波形：TP803與TP804為FSK的正交基帶信號(hào)，其李沙育圖形應(yīng)為一個(gè)圓。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信號(hào)；不然如果只采用一路同相FSK信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)FSK頻譜信號(hào)，這需在后面采用較復(fù)雜的中頻窄帶濾波器，如圖3.1-6所示：圖3.1-6FSK的頻譜調(diào)制過程實(shí)驗(yàn)報(bào)告FSK正交調(diào)制方式與傳統(tǒng)的一般FSK調(diào)制方式有什么區(qū)別?其有哪些特點(diǎn)?畫出各測(cè)量點(diǎn)工作波形。為什么TP803、TP804的信號(hào)具有正交性。實(shí)驗(yàn)二FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釬SK解調(diào)的基本工作原理；掌握FSK數(shù)據(jù)傳輸過程；預(yù)備知識(shí)數(shù)字信號(hào)的傳輸工作方式與基本工作過程；FS

8、K的解調(diào)基本工作原理；軟件無(wú)線電的基本概念；實(shí)驗(yàn)儀器通信網(wǎng)絡(luò)工程“通信信道平臺(tái)”實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；20MHz示波器一臺(tái)；實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于FSK信號(hào)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(hào)頻率（）與空號(hào)頻率（），恢復(fù)出的載波信號(hào)分別與接收的FSK中頻信號(hào)相乘，然后分別在一個(gè)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(hào)判為1，否則判為0。相干FSK解調(diào)框圖如圖3.2-1所示：圖3.2-1相干FSK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

9、其它信道特性下情況則不完全相同，例如在無(wú)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)對(duì)于FSK的非相干解調(diào)一般采用濾波非相干解調(diào)，如圖3.2-2所示。輸入的FSK中頻信號(hào)分別經(jīng)過中心頻為、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(shí)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。圖3.2-2非相干FSK接收機(jī)的方框圖使用非相干檢測(cè)時(shí)FSK系統(tǒng)的平均誤碼率為：在高斯白噪聲信道環(huán)境下FSK濾波非相干解調(diào)性能較相干FSK的性能要差，但在無(wú)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

10、波非相干解調(diào)方法一般采用模擬方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法不太適合對(duì)FSK的數(shù)字化解調(diào)。對(duì)于FSK的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法一般采用正交相乘方法加以實(shí)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3.2-3所示：圖3.2-3FSK正交相乘非相干解調(diào)示意圖輸入的信號(hào)為傳號(hào)頻率為：空號(hào)頻率為：在上圖中，延時(shí)信號(hào)為：其中為延時(shí)量。相乘之后的結(jié)果為：在上式中，第一項(xiàng)經(jīng)過低通濾波器之后可以濾除。當(dāng)時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為：因而經(jīng)過積分器（低通濾波器）之后，輸出信號(hào)大小為：，從而實(shí)現(xiàn)了FSK的正交相乘非相干解調(diào)。AB兩點(diǎn)的波形如圖3.2-4所示：圖3.2-4差分解調(diào)波形在FSK中位定時(shí)的恢復(fù)見BPSK解調(diào)方式。在“

11、通信信道平臺(tái)”FSK模式中，采樣速率為96KHz的采樣速率（每一個(gè)比特采16個(gè)樣點(diǎn)），F(xiàn)SK基帶信號(hào)的載頻為24KHz，因而在DSP處理過程中，延時(shí)取1個(gè)樣值。FSK的解調(diào)框圖如圖3.2-5所示：圖3.2-5FSK的解調(diào)方框圖實(shí)驗(yàn)步驟將通信信道平臺(tái)所有的短路器均置于1-2連接。按1.12節(jié)中的方法將通信信道平臺(tái)設(shè)置成“FSK模式”。在菜單中選擇不同的輸入碼型；在“通信信道平臺(tái)”中,用中頻電纜連接S001、S002，使其在中頻上進(jìn)行自環(huán)連接，即自發(fā)自收。檢查DSP是否正常工作：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說明DSP已正常工作；如果沒有脈沖波形，則DSP沒有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。測(cè)量接收基帶測(cè)量點(diǎn)TP605與測(cè)量點(diǎn)TP402發(fā)碼（以它作同步）的波形,比較其兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它與發(fā)送端基帶波形有什么不同（TP803與TP402的波形觀察效果），并解釋原因。以TP101（發(fā)送時(shí)鐘）信號(hào)為同步，在不同的測(cè)試碼序列下測(cè)量TP102（接收時(shí)鐘）的抖動(dòng)情況，為什么在全0或全1碼下觀察不到位定時(shí)的抖動(dòng)。位定時(shí)調(diào)整觀察：TP413為DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻，它與TP401具有明確的相位關(guān)系。在輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為m序列時(shí)，用示波器同時(shí)觀察TP401（發(fā)端時(shí)鐘，觀察時(shí)以它作同步）、TP413（收端最佳判決時(shí)刻）之間的相位關(guān)系。不斷按確認(rèn)鍵（此時(shí)僅對(duì)D