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文档简介
1、通信原理硬件实验报告 实验名称:FSK传输系统试验姓 名:学 号:班 级:时 间:南京理工大学紫金学院电光系一、 实验目的1.熟悉FSK调制和解调基本工作原理; 2.掌握FSK数据传输过程; 3.掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现方法; 4.掌握FSK性能的测试; 5.了解FSK在噪声下的基本性能;二、 实验原理(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
2、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3.1-1所示:图3.1.1 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。(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
3、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3.2.1所示:图3.2.1 相干FSK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3.2.2 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3.2.2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
4、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3.2.3所示:图3.2.3 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
5、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。AB两点的波形如图3.2.4所示:图3.2.4 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3.2.5所示:三、 实验内容测试前检查:首先将通信原理综合实验系统调制方式设置成“FS传输系统”;用示波器测量TPMZ0测试点的信号,如果有脉冲波形,说明实验
6、系统已正常工作;如果没有脉冲波形,则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。 (一)FSK调制 1. FSk基带信号观测 1)TPi03是基带FSK波形(D/A模块内)。通过菜单选择为1码输入数据信号,观测TPi03信号波形,测量其基带信号周期。 2)通过菜单选择为0码输入数据信号,观测TPi03信号波形,测量其基带信号周期。将测量结果与1码比较。 2. 发端同相支路和正交支路信号时域波形观测TPi03和TPi04分别是基带FSK输出信号的同相支路和正交支路信号。测试两信号的时域信号波形时将输入全1码(或全0码),测量其两信号是否满足正交关系3. 发端同相支路和正交支路信号的李沙育(x-y)
7、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。 通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量。4. 连续相位FSK调制基带信号观测 1)TPM02是发送数据信号(DSP+FPGA模块左下脚),TPi03是基带FSK波形。测量时,通过菜单选择为0/1码输入数据信号,并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与TPi03点波形应有明确的信号对应关系。并且,在码元的切换点发送波形的相位连续。 2)通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号,重复上述测量步骤。记录测量结果。 FSK调制中频信号波形观测(二)FSK解调1. 解调基带FSK信号观测 首先用
8、中频电缆连结KO02和JL02,建立中频自环(自发自收)。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)通过菜单选择为1码(或0码)输入数据信号,观测TPJ05信号波形,测量其信号周期。 2)通过菜单选择为0/码(或特殊码)输入数据信号,观测TPJ0信号波形。 根据观测结果,分析解调端的基带信号与发送端基带波形(TPi03)不同的原因?2.解调基带信号的李沙育(x-y)波形观测 将示波器设置在(x-y)方式,从相平面上观察TPJ05和TPJ06的李沙育波形。 1)通过菜单选择为1码(或0码)输入数据信号,仔细观测其李沙育信号波
9、形。 2)通过菜单选择为0/1码(或特殊码)输入数据信号,仔细观测李沙育信号波形根据观测结果,思考接收端为何与发送端李沙育波形不同的原因? 将跳线开关KL01设置在2_3位置,调整电位器WL01(改变接收本地载频即改变收发频差),继续观察。分析波形的变化与什么因素有关。7.观察在各种输入码字FSK的输入/输出数据测试点TPM02是调制输入数据, TPM04是解调输出数据。通过菜单选择为不同码型输入数据信号,观测输出数据信号是否正确。观测时,用TPM02点信号同步。四、 实验步骤中的思考题1. FSK调制(1) 发端同相支路和正交支路信号时域波形观测思考:产生两个正交信号去调制的目的。答:如果只
10、采一路同相FSK信号进行调制,会产生两个FSK频谱信号,这需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器,用两个正交信号去调制,可以提高频带利用率,减少干扰。(2)连续相位FSK调制基带信号观测思考:非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是如何的。答:非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是不连续的,当包含N(N为整数)个载波周期时,初始相位相同的相邻码元的波形和瞬时相位是连续的,当不是整数时,波形和瞬时相位也是可能不连续的。2. FSK解调(1) 解调基带FSK信号观测思考:根据观测结果,分析解调器的基带信号与发送端基带波形不同的原因。答:因为在进行解调时,基带信号先通过带通滤波器,而带通滤波器会滤除已
11、调信号频带以外的噪声成分,带通滤波器的带宽等于已调信号的带宽,最大限制的抑制了噪声,所以解调器的基带信号和发送端基带信号波形不同。(2) 解调基带信号的李沙育(x-y)波形观测思考1:根据观测结果,思考接收端为何与发送端李沙育波形不同的原因。答:因为有码间干扰和噪声影响。思考2:分析波形的变化与什么因素有关。答:波形的变化与频率、幅度、相位有关。当两个信号相位差为90时,合成图形为正椭圆,此时若两个信号的振幅相同的话,合成图形为圆;当两个信号相位差为0时,合成图形为直线,此时若两个信号振幅相同则为与x轴成45的直线。五,实验总结1、FSK正交调制方式与传统的一般FSK调制方式有什么区别? 其有哪些特点 ?一般FSK调制方式产生FSK信号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
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