FSK传输系统实验Word版

1、FSK传输系统实验实验一 FSK调制实验一、 实验目的1、 了解FSK调制的基本工作原理；2、 掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现过程；二、 预备知识1、 数字信号的传输工作方式与基本工作过程；2、 FSK的基本工作原理；3、 正交调制与基带信号的表示方式；4、 软件无线电的基本概念；三、 实验仪器1、 通信网络工程“通信信道平台”实验箱一台；2、 20MHz示波器一台；四、 实验原理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

2、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）1 / 12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。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，

3、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3.1-2所示：图3.1-2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3.1-3所示。图3.1-3 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

4、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其中为滤波器的滚降因子。在通信信道平台中，FSK的调制方案如下：FSK信号：其中：因而有：其中：如果结进行量化处理，采样速率为fs，周期为Ts，有下式成立：按照上述原理，FSK正交调制器的实现为如图3.1-4结构：图3.1-4 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

5、时刻相位累加，直到该码元结束。在通信信道FSK模式的基带信号中传号采用32KHz频率，空号采用16KHz频率，数据传输速率为8Kbps。在FSK模式下，不采用FEC技术。制器提供的数据源有：1、 外加数据：通过信道接口模块提供数据；2、 全1码：可测试传号时的发送频率；3、 全0码：可测试空号时的发送频率；4、 01码：0101交替码型，用作一般测试；5、 特殊码序列：周期为8的码序列，以便于常规示波器进行观察；6、 m序列：可用于对通道性能进行测试；FSK调制器的结构如图3.1-5所示：图3.1-5 FSK调制器结构示意图五、 实验步骤1、 将通信信道平台所有的短路器均于置于1-2状态（短路

6、器置于左侧）。2、 按1.12节中的方式将通信信道平台设置成“FSK模式”。3、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。4、 在菜单中选择不同的输入码型：（） 外部数据（） 全1码（） 全0码（） 0/1码（） 特殊码序列（） m序列码5、 观察发送数据测量点TP402与TP803（或TP804）之间的关系：TP402是发送数据信号，TP803基带FSK波形，以TP402作为同步信号，可以看出TP402与TP803有明确的信号对应关系，在码元的切换点发送波形的相位连续

7、；6、 观察TP803、TP804两测量点的波形，判断它们之间的关系。7、 观察TP803、TP804两测量点的李沙育x-y的波形：TP803与TP804为FSK的正交基带信号，其李沙育图形应为一个圆。在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号；不然如果只采用一路同相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，如图3.1-6所示：图3.1-6 FSK的频谱调制过程六、 实验报告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 ?2、 画出各测量点工作波形。3、 为什么TP803、TP804的信号具有正交性。

8、实验二 FSK解调实验一、 实验目的1、 了解FSK解调的基本工作原理；2、 掌握FSK数据传输过程；二、 预备知识1、 数字信号的传输工作方式与基本工作过程；2、 FSK的解调基本工作原理；3、 软件无线电的基本概念；三、 实验仪器1、 通信网络工程“通信信道平台”实验箱一台；2、 20MHz示波器一台；四、 实验原理对于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

9、，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。图3.2-2 非相

10、干FSK接收机的方框图使用非相干检测时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。相乘之后的结果为：在上式中，第一项经过低通滤波器之后可以滤除。当时，

11、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。在“通信信道平台”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：图3.2-5 FSK的解调方框图五、 实验步骤1、 将通信信道平台所有的短路器均置于1-2连接。2、 按1.12节中的方法将通信信道平台设置成“FSK模式”。3、 在菜单中选择不同的输入码型；4

12、、 在“通信信道平台” 中, 用中频电缆连接S001、S002，使其在中频上进行自环连接，即自发自收。5、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。6、 测量接收基带测量点TP605与测量点TP402发码（以它作同步）的波形, 比较其两者的对应关系，它与发送端基带波形有什么不同（TP803与TP402的波形观察效果），并解释原因。7、 以TP101（发送时钟）信号为同步，在不同的测试码序列下测量TP102（接收时钟）的抖动情况，为什么在全0或全1码下观察不到位定时的抖动。8、 位定时调整观察：TP413为DSP调整之后的最佳抽样时刻，它与TP401具有明确的相位关系。（1） 在输入测试数据为m序列时，用示波器同时观察TP401（发端时钟，观察时以它作同步）、TP413（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。（2） 不断按确认键（此时仅对DSP位定时环路初始化），观察TP413的调整过程。（3） 在测试数据为全1或全0码时重复该实验，并解释原因。（4） 断开S002接收中频接头，在没有接收信号的情况