FSK传输系统实验

1、实验四 FSK传输系统实验一、实验目的和要求1、熟悉FSK调制和解调基本原理。2、掌握FSK数据传输原理。3、掌握FSK正交调制的基本原理与实现方法。4、掌握FSK性能的测试。5、了解FSK在噪声下的基本性能。二、实验仪器1、ZH5001通信原理综合实验系统 一台2、DSO-X-2012A数字示波器 一台三、实验原理与说明（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： 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，在两个独立的振荡器中

2、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： 其实现图如下 图4.1 非连续相位FSK的调制图由于相位的不连续会造成频谱扩展，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段发展，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，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 4.2 所示：

3、图4.2 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 4.3 所示。 图4.3 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 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

4、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。在通信原理综合实验系统中，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下图结构：如时发送0码，则相位累加器在前一码元结束时相位(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f1Ts,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(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f1Ts,直到该码元结束。在通信信道 FSK 模式的基带信号中

5、传号采用fh频率，空号采用fl频率。在FSK 模式下，不采用采用汉明纠错编译码技术。制器器提供的数据源有：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）；4、0/1 码：0101交替码型，用作一般测试；5、特殊码序列：周期为7的码序列，以便于常规示波器进行观察；6、m 序列：用于对通道性能进行测试；（二）、FSK 解调FSK 的正交相乘非相干解调框图如图 4.4 所示： 图4.4 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

6、乘之后的结果为：在上式化简后：因而经过积分器后，输出信号为：，从而实现了 FSK 的正交相乘非相干解调。AB两点的波形如下图4.5 图4.4 差分解调波形通信原理实验的 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。四、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“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2.

7、发端同相支路和正交支路信号时域波形观测3.连续相位FSK调制基带信号观测4.FSK调制信号中频信号波形观测（二）FSK 解调1.解调基带FSK信号观测2.接收端同步信号相位抖动观测3.抽样判决点波形观测4.解调器位定时恢复与最佳抽样判决点波形观测5.位定时锁定和位定时调整观测6.观察在各种输入码字下FSK的输入输出数据7.FSK解调过程综合分析五、实验结果1、实验数据及测试波形测试前检查波形1码输入，基带信号周期T=26.6us0码输入，基带信号周期T=53.6us符合正交关系0/1码输入，数据与基带FSK波形对应波形图特殊序列码输入，数据与基带FSK波形对应波形图0/1码输入，中频信号测试特

8、殊序列码输入，中频信号测试正交调制断开一路，特殊序列码输入，中频信号测试正交调制断开一路，0/1码输入，中频信号测试断开一路Ki01后，只留下中频以及有用信号，因此波形较为清晰一些。0/1码输入，FSK解调基带信号测试1码输入，FSK解调基带信号测试接受同步信号相位抖动，特殊码抽样判决点的波形变化对于全0或全1码的不抖动，因为在全0或全1码下接收数据没有跳变沿，译码器无论从任何时刻开始译码均能 正确译码，因此译码器无须进行调整，当然就看不到位定时的抖动了0/1码的抽样判决点的波形特殊码的抽样判决点的波形解调位定时与最佳抽样判决点的波形M序列与最佳判决时刻的波形不断按确定键，测试锁定后的相位关系

9、不断按确定键，全1码，测试锁定后的相位关系不断按确定键，全1码，测试锁定后的相位关系不断按确定键，全1码，测试锁定后的相位关系通过三次不断按确定键，在全1码情况下，相位基本同步 不断按确定键，全0码，测试锁定后的相位关系不断按确定键，全0码，测试锁定后的相位关系通过三次不断按确定键，在全1码情况下，相位基本不同步不断按确定键，全0码，测试锁定后的相位关系FSK 的输入/输出数据，全1码FSK 的输入/输出数据，全0码FSK 的输入/输出数据，0/1码FSK 的输入/输出数据，特殊码FSK 的输入/输出数据，M序列解调基带信号测试点与时钟误差提取的波形解调基带信号测试点与抽样判决点的波形解调基带信号测试点与解调输出的波形解调基带信号测试点与接收时钟的波形2、FSK正交调制方式与传统的一般FSK调制方式的区别? 其有哪些特点？传统的一般FSK调制方式利用模拟开关在两个独立振荡器中间切换，从而产生的波形，但其在码元切换点的相位是不连续的，因此在不同的频率下需要采用不同的滤波器，十分不方便。而采用正交调制的优点在于在不同的频率下可以自适应的将一个边带抑制掉,不需要设计专门的滤波