通信原理實(shí)驗(yàn)FSK傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)試驗(yàn)

1、通信原理實(shí)驗(yàn)專 業(yè)：通信工程班 級(jí)：姓 名： 指導(dǎo)老師：日 期：2014.6.9實(shí)驗(yàn)一 FSK傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)試驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉 FSK 調(diào)制和解調(diào)基本工作原理；2. 掌握 FSK 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程；3. 掌握 FSK 正交調(diào)制的基本工作原理與實(shí)現(xiàn)方法；4. 掌握 FSK 性能的測(cè)試；5. 了解 FSK 在噪聲下的基本性能。2 實(shí)驗(yàn)儀器1. JH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2. 20MHz雙蹤示波器3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)試前檢查：首先將通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)制方式設(shè)置成“FSK 傳輸系統(tǒng)”；用示波器測(cè)量TPMZ07 測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)有脈沖波形，則說(shuō)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已正常工作。（1） FSK調(diào)制1. FSK

2、基帶信號(hào)觀測(cè)(1) .TPi03 是基帶FSK 波形（D/A 模塊內(nèi)）。通過(guò)菜單選擇為1 碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀測(cè)TPi03 信號(hào)波形，測(cè)量其基帶信號(hào)周期。如圖1.1.1所示。(2) .通過(guò)菜單選擇為0 碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀測(cè)TPi03 信號(hào)波形，測(cè)量其基帶信號(hào)周期。如圖1.1.2所示。將測(cè)量結(jié)果與1 碼比較。 圖1.1.1 全1碼的基帶信號(hào) 圖1.1.2 全0碼的基帶信號(hào)分析：由圖可知，輸入全1碼時(shí)的基帶信號(hào)周期約為27us，輸入全0碼時(shí)的基帶信號(hào)周期約為54us，則輸入全0碼時(shí)的基帶信號(hào)周期約為全1碼時(shí)的2倍。2. 發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)時(shí)域波形觀測(cè)TPi03和TPi04分別是基帶FSK 輸

3、出信號(hào)的同相支路和正交支路信號(hào)。測(cè)量?jī)尚盘?hào)的時(shí)域信號(hào)波形時(shí)將輸入全0 碼，測(cè)量其兩信號(hào)是否滿足正交關(guān)系。波形如圖1.1.3所示。圖1.1.3 TPi03 和TPi04波形 分析：由圖可以看出TPi03 和TPi04的波形相位相差，滿足正交關(guān)系。思考：產(chǎn)生兩個(gè)正交信號(hào)去調(diào)制的目的是防止碼間串?dāng)_。3. 發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育應(yīng)為一個(gè)圓。通過(guò)菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測(cè)量。輸入碼型為全0碼、全1碼、0/1碼和特殊碼是的李沙育波形分別如圖1.1.4、圖1.1.5、圖1.1.6和圖1.1.7所示

4、。 圖1.1.4 全0碼 圖1.1.5 全1碼 圖1.1.6 0/1碼 圖1.1.7 特殊碼 分析：輸入各種不同的碼序列得到的李沙育圖形都呈現(xiàn)出圓形。4. 連續(xù)相位FSK調(diào)制基帶信號(hào)觀測(cè)TPM02是發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)（DSP+FPGA模塊左下腳），TPi03是基帶FSK 波形。測(cè)量時(shí)，通過(guò)菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，并以TPM02作為同步信號(hào)。觀測(cè)TPM02與TPi03點(diǎn)波形應(yīng)有明確的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系。并且，在碼元的切換點(diǎn)發(fā)送波形的相位連續(xù)。如圖1.1.8所示。通過(guò)菜單選擇為特殊序列碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，重復(fù)上述測(cè)量步驟。記錄測(cè)量結(jié)果，如圖1.1.9所示。 圖1.1.8 0/1碼 圖1.1.9 特殊碼 思

5、考：圖中，觀測(cè)兩重疊波形，TPM02為高時(shí)，TPi03的頻率高，TPM02為低時(shí)，TPi03的頻率低，但TPi03的波形連續(xù)，即非連續(xù)相位FSK調(diào)制在碼元切換點(diǎn)的相位是連續(xù)的。5. FSK調(diào)制中頻信號(hào)波形觀測(cè)(1) .選擇0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，以TPM02作為同步信號(hào),觀測(cè)TPM02與TPK03點(diǎn)波形有明確的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖1.1.10所示。(2) .選擇特殊序列碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，重復(fù)上述測(cè)量步驟，如圖1.1.11所示。(3) .斷開(kāi)跳線器Ki01或Ki02，重復(fù)上述測(cè)量步驟。觀測(cè)信號(hào)波形的變化，分析變化原因，如圖1.1.12和圖1.1.13所示。 圖1.1.10 0/1碼 圖1.1.11 特

6、殊碼 圖1.1.12 0/1碼 圖1.1.13 特殊碼 分析：將正交調(diào)制輸入信號(hào)中的一路基帶調(diào)制信號(hào)斷開(kāi)后，由圖可知，波形總體上不變，但頻率分量有所增加。這是因?yàn)樵贔SK正交方式調(diào)制中，如果只采用一路同向FSK信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)FSK頻譜信號(hào)，使頻率分量增加。（2） FSK解調(diào)1. 解調(diào)基帶FSK信號(hào)觀測(cè)用中頻電纜連結(jié)KO02和JL02，測(cè)量解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)TPJ05，用TPM02作同步。(1) .選擇1碼，觀測(cè)TPJ05測(cè)量其信號(hào)周期,如圖1.2.1所示；(2) .選擇為0/1碼，觀測(cè)TPJ05，如圖1.2.2所示。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，分析解調(diào)端的基帶信號(hào)與發(fā)送端基帶波形（TPi03）不同

7、的原因。 圖1.2.1 全1碼 圖1.2.2 0/1碼分析：全1碼輸入時(shí)，TPJ05的輸出波形的頻率不變；0/1碼輸入時(shí)，高電平處TPJ05的頻率高，低電平處TPJ05的頻率低。思考：解調(diào)端的基帶信號(hào)與發(fā)送端基帶波形（TPi03）不同的原因是：存在噪聲的影響且信道特性不穩(wěn)定，存在著衰落。2. 解調(diào)基帶信號(hào)的李沙育（x-y）波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在（x-y）方式，觀察TPJ05和TPJ06的波形。(1) .選擇1碼，仔細(xì)觀測(cè)其李沙育信號(hào)波形,如圖1.2.3所示；(2) .選擇為0/1碼，仔細(xì)觀測(cè)李沙育信號(hào)波形，如圖1.2.4所示； 圖1.2.3 全1碼 圖1.2.4 0/1碼分析：全1碼時(shí)，李沙育

8、信號(hào)波形近似為一個(gè)圓環(huán)，更接近橢圓；0/1碼時(shí)，李沙育信號(hào)波形同樣近似為一個(gè)圓環(huán)，且環(huán)形粗一點(diǎn)。思考：接收端與發(fā)送端李沙育波形不同的原因：存在噪聲的影響且信道特性不穩(wěn)定，存在著衰落。3. 接收位同步信號(hào)相位抖動(dòng)觀測(cè)用發(fā)送時(shí)鐘TPM01信號(hào)作同步，選擇不同的測(cè)試序列測(cè)量接收時(shí)鐘TPMZ07的抖動(dòng)情況。輸入碼型為全1碼和全0碼，其波形分別如圖1.2.5和1.2.6所示： 圖1.2.5 全1碼 圖1.2.6 全0碼分析：方波高電平初始端存在脈沖。思考：全0或全1碼下觀察不到位定時(shí)的抖動(dòng)是因?yàn)椋涸谌?碼和全0碼的情況下，所有的輸入碼元均相同，無(wú)電平跳變，不存在相位的變化，因此觀察不到相位抖動(dòng)。4. 解

9、調(diào)器位定時(shí)恢復(fù)與最佳抽樣點(diǎn)波形觀測(cè)TPMZ07為接收端DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻輸入m序列，觀察TPMZ07（以此信號(hào)作同步）和TPN04波形的之間的相位關(guān)系，如圖1.2.7所示。圖1.2.7 解調(diào)器位定時(shí)恢復(fù)與最佳抽樣點(diǎn)波形 分析：最佳抽樣時(shí)刻位于抽樣判決點(diǎn)的中間時(shí)刻，也即具有最大能量處。5. 位定時(shí)鎖存和位定時(shí)調(diào)整觀測(cè)(1) .輸入為m序列時(shí)，觀察TPM01（以此信號(hào)作同步）和TPMZ07（收端最佳判決時(shí)刻）之間的相位關(guān)系，如圖1.2.8所示；(2) .不斷按確認(rèn)鍵，觀察TPMZ07的調(diào)整過(guò)程和鎖定后的相位關(guān)系，如圖1.2.9所示；(3) .輸入全1重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，解釋原因。按確認(rèn)鍵前后波形

10、如圖1.2.10和圖1.2.11所示；(4) .斷開(kāi)JL02接收中頻環(huán)路，觀測(cè)TPM01和TPMZ07之間的相位關(guān)系，并解釋測(cè)量結(jié)果的原因。 圖1.2.8 m序列確認(rèn)前 圖1.2.9 m序列確認(rèn)后 圖1.2.10 全1碼確認(rèn)前 圖1.2.11 全1碼確認(rèn)后分析：（1）輸入為m序列時(shí)，方波高電平初始端存在脈沖，發(fā)端時(shí)鐘和最佳判決時(shí)刻之間的相位同步。（2）不斷按確認(rèn)鍵，波形總體上保持不變。（3）輸入為全1碼時(shí)，按確認(rèn)鍵調(diào)整過(guò)程中脈沖位置發(fā)生了變化，即發(fā)端時(shí)鐘和最佳判決時(shí)刻之間的相位發(fā)生了變化，原因是全1碼時(shí)，輸入波形沒(méi)有變化，位定時(shí)失步；斷開(kāi)中頻環(huán)路，按確認(rèn)鍵，則脈沖位置發(fā)生變化，原因是斷開(kāi)中頻環(huán)

11、路后，無(wú)法正確判斷出碼元的起止。6. 觀察在各種輸入碼字下FSK的輸入/輸出數(shù)據(jù)通過(guò)菜單選擇為不同碼型輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀測(cè)TPM04點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)是否正確。觀測(cè)時(shí)用TPM02點(diǎn)信號(hào)同步。輸入碼型分別為特殊碼、全1碼和0/1碼是波形分別如圖1.2.12、圖1.2.13和圖1.2.14所示： 圖1.2.12 特殊碼 圖1.2.13 全1碼 圖1.2.14 0/1碼 分析：可以看出特殊碼和0/1碼輸出波形與輸入波形基本一致，只是相位上有一定的偏移，全1碼為直線。4 實(shí)驗(yàn)思考題1. FSK 正交調(diào)制方式與傳統(tǒng)的一般FSK 調(diào)制方式有什么區(qū)別? 其有哪些特點(diǎn)？答：兩者區(qū)別:一般FSK調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號(hào)

12、的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時(shí)刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號(hào)稱為不連續(xù)FSK信號(hào)。而FSK正交調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號(hào)，利用基帶信號(hào)對(duì)單一載波振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。FSK正交調(diào)制方式可以消除各個(gè)頻率間的相互干擾，從而消除由于頻率干擾造成的誤碼。若頻率不正交，在抽樣時(shí)刻各支路信號(hào)波形是相關(guān)的，一條支路的誤碼必然導(dǎo)致判決結(jié)果的錯(cuò)誤，從而增大了誤碼率。FSK正交調(diào)制方式的特點(diǎn)：隨著FSK碼長(zhǎng)的增加，F(xiàn)SK信號(hào)的帶寬增加，頻帶利用率降低。即以增加信號(hào)頻帶來(lái)?yè)Q取誤碼率的降低。2. TPi03 和TPi04 兩信號(hào)具有何關(guān)系？答：TPi03和TPi0