北交通原实验3 FSK传输系统

1、通信系统原理实验报告FSK传输系统姓 名 学 号 班 级 成 员 老 师 时 间 2014年12月14日 上课时间 第十二周 周三 14：1016:00 目录一、实验目的1二、实验仪器1三、实验原理1（一）FSK简介1（二）FSK调制电路1（三）FSK解调电路3四、实验内容3（一）FSK调制31、基带FSK信号观测32、发端同相支路和正交支路信号时域波形观测43、发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测54、连续相位基带FSK信号观测75、FSK调制中频信号波形观测8（二）FSK解调91、解调基带FSK信号观测92、解调基带信号的李沙育波形观测103、接收位同步信号相位抖动观测124、不做1

2、25、位定时同步和非同步状态的观测126、FSK调制输入信号和解调输出信号的测量14五、思考题15一、实验目的1、熟悉软件无线电FSK调制和解调原理。2、掌握FSK产生、传输和恢复过程。3、掌握FSK正交调制的基本原理和实现方法。4、加深对FSK调制和解调中现象和问题的理解。二、实验仪器1、ZH5001A通信系统原理实验箱 一台2、20MHz双踪示波器 一台三、实验原理（一）FSK简介FSK（Frequency-shift keying）频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。FSK是信息传输中使用得较早的一种调制

3、方式。它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。技术上的FSK有两个分类，非相干和相干的FSK 。在非相干的FSK ，瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观命名为马克和空间频率。 在另一方面，在相干频移键控或二进制的FSK ，是没有间断期在输出信号。在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。来电显示的信息传输方式有2种：FS

4、K和DTMF。FSK方式与DTMF方式相比有如下的优点：（l）数据传输速率高，在规定时间内能传的字符数多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持数字及少数字符。目前采用FSK方式的国家和地区有：美国、中国、日本、英国、加拿大、比利时、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要则是以瑞典为代表的一些欧洲国家等。（二）FSK调制电路FSK调制电路如下图所示。FSK调制器输入的数据源可以通过实验箱右下角的菜单选择，可以有以下几种选择输入。（1）外部数据输入。可来自同步数据接口、异步数据接口和m序列。（2）全1码。可测试传号时的发送频率（高）。（3）全0码。可测试空号时的发送频率（低）。（

5、4）0/1码。01交替码型，用作一般测试。（5）特殊序列。周期为7的码序列，用于常规测试。（6）m序列。用于通道性能测试。电路中的同相基带和正交基带分别利用FPGA芯片输出两路相互正交的基带FSK信号，经过D/A转换器并经过低通滤波后，变为模拟信号。因此，在TPi03和TPi04所测试到的就是基带FSK信号，两路信号相互正交。两路正交的基带FSK信号再经过相互正交的载波调制并相加则得到单边带FSK信号。其频谱变换过程如下图所示。（三）FSK解调电路FSK解调电路如下图：图可以看到，FSK解调采用的是非相干解调，因此，不需要提取相干载波，但位定时信号还是需要提取的。经过A/D装换后，就送到FPG

6、A芯片进行信号处理，然后判决再生输出数字信号。四、实验内容实验前准备：首先将通信系统原理实验箱菜单中的调制方式设置成“FSK传输系统”；用示波器测量TPMZ07测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已经正常工作，如果没有脉冲波型，则需要按面板上的复位按钮对硬件进行初始化。（一）FSK调制1、 基带FSK信号观测（1）在D/A模块内的TPi03是基带FSK波形。通过菜单选择为1码输入数据信号，观测TPi03信号波形，测量其信号周期。 T=2.6×10us=26us（2）通过菜单选择为0码输入数据信号，观测TPi03信号波形，测量其信号周期。将测量结果与1码比较。T=5.4×

7、;10us=54us与1码相比，0码的周期约是1码的两倍。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。将输入信号选为全1码（或全0码），测量两信号的时域波形，画出测试波形。通过测试波形分析两信号是否满足正交关系。全1码：当输入信号为0时，输出信号为最值；当输入信号为最值时，输出信号为0；可知两信号满足正交关系。全0码：当输入信号为0时，输出信号为最值；当输入信号为最值时，输出信号为0；可知两信号满足正交关系。3、 发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观测TPi03和TPi04

8、的正交性。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量，画出李沙育波形。全1码：李沙育图形成圆形，说明两信号幅度相同，相位正交。全0码：李沙育图形成圆形，说明两信号幅度相同，相位正交。全0码比全1码圆形略大。0/1码M码4、 连续相位基带FSK信号观测（1）TPM02是发送数据信号（DSP+FPGA模块左下角），TPi03是基带FSK波形。通过菜单选择为0/1码输入数据，并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与TPi03点波形的对应关系，画出测量波形。（2）通过菜单选择为特殊码序列作为输入信号，测量并画出TPM02、TPi03点的波形及对应关系。可以看出：（1）0码频率是1码频率的一半，即0码周

9、期是1码周期的两倍。（2）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。5、 FSK调制中频信号波形观测在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路两路信号；如果只采用一路同相FSK信号或一路正交FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号。要想去掉一个信号频谱，需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器，这种方法的实现比较复杂。本实验中采用的是正交调制相加抵消法去掉其中一个FSK频谱的。（1）调制模块测试点TPK03为FSK调制中频观测点。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

10、测TPM02与TPK03点波形。（3）将正交调制输入信号中的一路基带调制信号断开（D/A模块内的跳线器Ki01或Ki02），重复（1）测量步骤。观测并定性画出TPM02与TPK03点波形，分析波形变化原因。图（1）中显示的是两路正交信号叠加后的波形；当一路信号断开（即拔掉一个跳线器），图（2）中显示的是原信号中的一路信号；明显可见，0码和1码的频率差别很大。（二）FSK解调1、 解调基带FSK信号观测首先用中频电缆连接KO02和JL02，建立中频通道。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，比较两者的对应关系。（1）通过菜单选择为1码输入数据信号，

11、观察TPJ05信号波形，测量并记录其信号周期。T=2.8×10us=28us（2）通过菜单选择为0码输入数据信号，观察TPJ05信号波形，测量并记录其信号周期。试与FSK调制步骤（1）的测量结果比较。T=2.6×20us=52us与1码相比，0码的周期约是1码的两倍。2、 解调基带信号的李沙育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）通过菜单选择为为1码（或0码）输入数据信号，测试并画出李沙育信号波形。1码：0码：（2）通过菜单选择为为0/1码（或特殊码）输入数据信号，测试并画出李沙育信号波形。0/1码：特殊码：3、 接收

12、位同步信号相位抖动观测用发送时钟TPM01（DSP+FPGA模块左下角）信号作同步，输入信号选择为m序列，利用噪声模块的跳线，将噪声增加到最大，测量接收时钟TPMZ07（DSP芯片左端）的抖动情况，估计定时的抖动值，抖动的单位用单位间隔（UI）来描述。对于29kHz振频率的m序列来说，由于他们每帧为7bit，所以在采用了双相位标志编码后，通道中每帧有标称的14个脉冲，所以UI=120000*143.6us4、 不做5、 位定时同步和非同步状态的观测TPMZ07为接收端恢复的时钟，在同步状态下它与发端时钟TPM01具有确定的相位关系。（1）在输入测试数据为m序列时，观察并画出发端定时脉冲TPM0

13、1和收端定时提取出的脉冲TPMZ07波形，观测时注意两波形之间的相位对应关系。（2）不断按确认键，此时仅对DSP位定时提取环路初始化，让环路重新调整锁定，观察经过重新调整和锁定后TPMZ07测试点位定时提取的脉冲信号与发端定时脉冲TPM01的相位关系是否发生了变化？其结论说明什么问题？相位不发生变化，说明收发时钟同步。（3）在测试数据为全1或全0码时重复实验（2），并加以分析；断开JL02接收中频电缆，重复上述步骤（2），观测TPM01和YPMZ07之间的相位关系，记录并解释测量结果。 全1码和全0码中缺少跳变沿，无法从信号中提取定时脉冲，故其相位随机。未按确认建之前，相位变化在时钟跳变沿，而按下确认键之后，跳变沿开始平移。未断开电缆时，全1码和全0码中都有相位的滞后或提前；断开后，无相位滞后或提前。在电平由高变为低，或由低变为高时，输出波形立即有相应的变化。6、 FSK调制输入信号和解调输出信号的测量测试点TPM02是调制输入数据，TPM04是解调输出数据。通过菜单选择特殊码序列和0/1码数据输入，观测输出数据信号是否正确。观测时，用TPM02点信号同步。画出选择输入特殊码序列和0/1码时TPM02和TPM04点的测试波形。特殊码：0/1码：五、思考题1、该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块？各模块的作用是什么？