北交大通原实验实验八FSK传输系统

1、北京交通大学毕业设计（论文）开题报告学生： 学号： 指导教师： 王根英 日期： 2014 年 11 月 25 日 上课时间：星期 二 第 5 大节通信原理实验电子信息工程学院通信原理实验 第 页1实验八实验八 FSKFSK 传输系统传输系统一、一、 实验前的准备实验前的准备（1）预习本实验相关内容。（2）熟悉实验指导书附录 B 和附录 C 中实验箱面板分布及测试孔位置；定义本实验相关模块的跳线状态。（3）实验前重点熟悉的内容：i. 了解软件无线电的基本概念；ii. 熟悉 FSK 调制和解调原理。二、二、 实验目的实验目的（1） 熟悉软件无线电 FSK 调制和解调原理。（2） 掌握 FSK 产生

2、、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。三、三、 实验仪器实验仪器（1） ZH5001A 通信原理综合实验系统 一台（2） 20MHz 双踪示波器 一台四、四、 基本原理基本原理1、 FSK 调制在二进制频移键控中，幅度恒定的载波频率随着输入数字信号的变化而变化。通常，FSK 信号的表达式为 表示信号 10cos(22)FSKSAff t0StT 表示信号 00cos(22)FSKSAff t0StT 式中 A 表示载波幅度，表示载波频率，表示 FSK 信号的频率偏移，表0ffST示码元的周期。本实验采用 FP

3、GA 产生 FSK 基带信号，并采用连续相位正交调制方式，产生单边带 FSK 调制信号。调制原理框图如图 1 所示通信原理实验 第 页2图 1 FSK 正交调制系统FPGA 模块产生的 FSK 信号经过 D/A 转化及低通滤波后产生相互正交的基带 FSK信号，分别与相互正交的载波相乘后，再相加即可得到功率谱为单边带的频带 FSK信号。2、 FSK 解调对于 FSK 的非相干解调一般采用滤波非相干解调，如图 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HfLf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

4、络检波器输出的大小，比较器判决数据比特是 1 还是 0。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框图如图 2 所示：图 2 FSK 解调系统五、五、 实验内容实验内容（一）（一）FSKFSK 调制调制1.基带 FSK 信号观测（1）TPI03 信号波形通信原理实验 第 页3全 1 码的信号周期为 28 微秒。（2）TPI03 信号波形全 0 码的信号周期：56 微秒2.发端同相支路和正交支路信号时域波形观测TPI03（上）TPI04（下）全 1 码同相支路与

5、正交支路的相位相差 90 度，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全 0 码的李沙育波形通信原理实验 第 页4全 1 码0/1 码4.连续相位基带 FSK 信号观测（1）TPM02（上）TPI03（下）0/1 码波形通信原理实验 第 页5（2）TPM02（上）TPI03（下）特殊码基带 FSK 信号由两种频率不同的正弦波构成，且相位连续。5.FSK 调制中频信号波形观测（1）TPM02（上）TPM03（下）可以观察到，中频 FSK 信号中有两个频率频率较高的分量，分别对应的是调制信号的 0 和 1。（2） （3）TPM02（上）TPK03（下）拔出 KI01通信原理实验

6、第 页6拔出 KI02由实验结果可以看出，将正交调制输入信号中的一路基带调制信号断开，中频 FSK信号由双边带变成单边带。（二）（二）FSKFSK 解调解调 1.解调基带 FSK 信号观测（1）TPJ05（下）TPM02（上）全 1 码全 1 码的信号周期为 28 微秒（2） （2）TPJ05（下）TPM02（上）全 0 码通信原理实验 第 页7全 0 码的信号周期为 56 微秒2.解调基带信号的李沙育波形观测（1）全 0 码李沙育波形波形变粗，说明存在噪声，但基本符合正交条件（2）0/1 码李沙育波形信号较粗，粗线条内有波动。3.接收位同步信号相位抖动观测TPMZ07（下）TPM01（上）通

7、信原理实验 第 页8噪声最大是，抖动值约为 0.1UI。4判决前抽样点波形观测0/1 码，无噪声判决前波形TPN04 无噪声噪声中等噪声最大通信原理实验 第 页9可以看出，随着噪声的增大，判决点电平随机变化越大，由此可能造成误判。5.位定时同步和非同步状态的观测（1）TOM01（上）TPMZ07（下）输入数据为 m 序列是，两波形相位相对静止。接收端定时脉冲唯一对应发送端定时脉冲上升沿。（2）不断按下确认键，相位没关系，说明 M 序列可提取时钟分量。 （3）TOM01（上）TPMZ07（下）全 1 码输入序列为全 1 码时，反复按确认键后相位对应关系不唯一。因为不同步，全 0 和全 1 相当于

8、没有信号输入，提取不到时钟分量。6.FSK 调制输入信号和解调输出信号的测量通信原理实验 第 页10TPM02（上）TPM04(下）特殊码序列接受数据信号正确，但有时延输入序列为 0/1 码：结论同上。六、六、 实验结论分析实验结论分析（一）（一）FSKFSK 调制调制对于 FSK 基带信号，是有周期为 28 微秒和 56 微秒的正弦信号构成，且分别对应调制信号的 1 码和 0 码。通过观察发送端同相支路和正交支路的时域波形，可以看出其相位相差 90 度，说明其相互正交，且通过观察同相支路和正交支路信号的李沙育波形，其波形为一个圆圈，也证明了同相支路与正交支路信号的正交性。通过观察发送数据信号

9、和基带 FSK 信号，可以看出，0 码和 1 码分别对应两个频率的基带信号，并且基带信号相位连续。FSK 正交调制后的中频信号，为单边带信号。如果去除同相支路或正交支路中的任意一个信号，则已调信号变为双边带信号。（二）（二）FSKFSK 解调解调对于解调后得到的基带 FSK 信号，由于在信道中混叠噪声，所以得到的基带信号波通信原理实验 第 页11形较调制得到的基带信号波形粗糙，但仍保持了 0 码和 1 码所对应的两个频率分量。且同相支路与正交支路得到的信号仍满足正交关系。信道的噪声会影响接收位同步信号，使其出现相位抖动，在实验中，噪声最大时，抖动值为 0.1UI。此外，噪声也会影响判决前抽样点

10、的波形，随着噪声的增大，判决点电平随机变化越大，由此可能造成误判。对于位定时信号，它是由解调后的信号经过锁相环路确定的，因此进入锁相环路的信号应为 m 序列或特殊码序列或 0/1 序列，这样才能实现同步。而输入信号为全 0 或全1 时，相当于没有信号输入，无法恢复始终信号，因此不能进入同步状态。七、七、 思考题思考题（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？本次实验中所用到的模块如下：1. FPGA 模块：调制时，用于生成相互正交的两路 FSK 基带信号，解调时，用于对基带 FSK 信号抽样、判决、再生，及产生接收时钟信号。2. D/A 模块：在调制时，将 FPGA 产生的数字信号转换为模拟的 FSK 基带信号。3. A/D 模块：在解调时，将模拟的 FSK 基带信号