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文档简介
1、FSK传输系统实验报告一、实验原理和电路说明(一)FSK调制在二进制频移键控中,幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换(称为高音和低音,代表二进制的1和0)。通常,FSK信号的 表达式为:(二进制)(二进制)其中2f代表信号载波的恒定偏移。产生FSK信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1,在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的,因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。不连续的FSK信号表达式为:(二进制)(二进制)其实现如图1所示:图1 非连续相位FSK的调制框图由于相位的不连续会造频谱扩展,这种FSK的调制方式在传统的通信设备中采用较
2、多。随着数字处理技术的不发展,越来越多地采用连继相位FSK调制技术。目前较常用产生FSK信号的方法是,首先产生FSK基带信号,利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。因此,FSK可表示如下:应当注意,尽管调制波形m(t)在比特转换时不连续,但相位函数(t)是与m(t)的积分成比例的,因而是连续的,其相应波形如图2所示:图2连续相位FSK的调制信号由于FSK信号的复包络是调制信号m(t)的非线性函数,确定一个FSK信号的频谱通常是相当困难的,经常采用实时平均测量的方法。二进制FSK信号的功谱密度由离散频率分量fc、fc+nf、fc-nf组成,其中n为整数。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最
3、终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续,功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。FSK的信号频谱如图3所示。图3 FSK的信号频谱FSK信号的传输带宽Br,由Carson公式给出:Br=2f+2B其中B为数字基带信号的带宽。假设信号带宽限制在主瓣范围,矩形脉冲信号的带宽B=R。因此,FSK的传输带宽变为:Br=2(f+R)如果采用升余弦脉冲滤波器,传输带宽减为:Br=2f+(1+)R=32k(理论)其中为滤波器的滚降因子。在通信原理综合实验系统中,FSK的调制方案如下:FSK信号:其中:因而有:其中:如果进行量化处理,采样速率为fs,周期为Ts,有下式成立:按照上述原理,FSK正交调制
4、器的实现为如图4结构:图4 FSK正交调制器结构图如时发送0码,则相位累加器在前一码元结束时相位基础上,在每个抽样到达时刻相位累加,直到该信号码元结束;如时发送码,则相位累加器在前一码元结束时的相位基础上,在每个抽样到达时刻相位累加,直到该码元结束。(二)FSK解调对于FSK信号的解调方式很多:相干解调、滤波非相干解调、正交相乘非相干解调。、FSK相干解调FSK相干解调要求恢复出传号频率()与空号频率(),恢复出的载波信号分别与接收的FSK中频信号相乘,然后分别在一个码元内积分,将积分之后的结果进行相减,如果差值大于0则当前接收信号判为1,否则判为0。相干FSK解调框图如图6所示:图6 相干F
5、SK的解调框图相干FSK解调器是在加性高斯白噪声信道下的最佳接收,其误码率为:相干FSK解调在加性高斯白噪声下具有较好的性能,但在其它信道特性下情况则不完全相同,例如在无线衰落信道下,其性能较差,一般采用非相干解调方案。、FSK滤波非相干解调图7 非相干FSK接收机的方框图对于FSK的非相干解调一般采用滤波非相干解调,如图7所示。输入的FSK中频信号分别经过中心频率为、的带通滤波器,然后分别经过包络检波,包络检波的输出在t=kTb时抽样(其中k为整数),并且将这些值进行比较。根据包络检波器输出的大小,比较器判决数据比特是1还是0。使用非相干检测时FSK系统的平均误码率为:在高斯白噪声信道环境下
6、FSK滤波非相干解调性能较相干FSK的性能要差,但在无线衰落环境下,FSK滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。FSK滤波非相干解调方法一般采用模拟方法来实现,该方法不太适合对FSK的数字化解调。对于FSK的数字化实现方法一般采用正交相乘方法加以实现。、FSK的正交相乘非相干解调FSK的正交相乘非相干解调框图如图8所示:图8 FSK正交相乘非相干解调示意图输入的信号为传号频率为:空号频率为:在上图中,延时信号为:其中t为延时量。相乘之后的结果为:在上式中,第一项经过低通滤波器之后可以滤除。当时,上式可简化为:因而经过积分器(低通滤波器)之后,输出信号大小为:,从而实现了FSK的正交相乘非相干解调
7、。AB两点的波形如图9所示:图9 差分解调波形在FSK中位定时的恢复见BPSK解调方式。通信原理实验的FSK模式中,采样速率为96KHz的采样速率(每一个比特采16个样点),FSK基带信号的载频为24KHz,因而在DSP处理过程中,延时取1个样值。FSK的解调框图如图10所示:图10 FSK解调二、实验内容(一)FSK调制1. 将KP03放置在FSK端。2. 测量FSK系统输入码元传输速率。TPM01为发送码元传输时钟,记为fb。3. FSK传号频率和空号频率测量KG01放在测试数据,KG023:1=100(1代表跳线插入,0代表跳线拔出),此时FSK调制的输入数据为一周期较长的随机码流,以F
8、SK输入数据TPM02为同步,观察FSK输出波形TPi3。用光标测量传号频率,记为f1;空号频率,记为f2。比较fb,f1,f2之间的关系。计算FSK的中心频率f0,f,带宽。示波器操作技巧:按下水平菜单按钮,选择:“Set Trigger Holdoff”,选择旋钮,可以使波形动态稳定。4. 发端同相支路和正交支路信号的李沙育(x-y)波形观测将示波器设置在(x-y)方式,可从相平面上观察TPi03和TPi04的正交性,其李沙育应为一个圆。5. 正交调制输出信号观察示波器测量TPK03波形,以TPM02为同步。观察TPK03的包络情况。6. FSK调制信号频谱观测利用示波器的FFT功能查看频
9、谱。用波器测量中频调制信号(TPK03)。先将示波器调到125kHz/div,选择hanning窗,然后将频谱扩展10倍,旋转水平位移旋钮,观察1.024MHz频率点附近波形。先把KG02跳线全部拔除,则FSK调制输入数据为全1码,观测FSK信号频谱。再将KG023:1=100,观测并记录FSK信号频谱。注意标明特殊点的频率值和幅值,与步骤2中计算的带宽作比较。(二)FSK解调1. 解调基带FSK信号观测首先用中频电缆连结KO02和JL02(接收端)。测量FSK解调基带信号测试点TPJ05的波形,观测时仍用发送数据(TPM02)作同步,比较其两者的对应关系。(1) 全部拔除KG02跳线,则FSK调制输入数据为全1码,观察时域和频域波形。不断加入噪声,观察频域和时域波形。(2) 将KG023:1=100,观察时域和频域波形。不断加入噪声,观察频域和时域波形。2. FSK的输入/输出数据测试点TPM02是调制输
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