传输系统试验

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