FSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四 FSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、熟悉FSK調(diào)制和解調(diào)基本原理。2、掌握FSK數(shù)據(jù)傳輸原理。3、掌握FSK正交調(diào)制的基本原理與實(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。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺(tái)2、DSO-X-2012A數(shù)字示波器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理與說(shuō)明（一）、FSK 調(diào)制在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號(hào)的頻率隨著輸入碼流的變化而切換（稱(chēng)為高音和低音，代表二進(jìn)制的1和0)。通常，F(xiàn)SK信號(hào)的表達(dá)式為： 其中 2f 代表信號(hào)載波的恒定偏移。產(chǎn)生FSK信號(hào)最簡(jiǎn)單的方法是根據(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

2、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(chēng)為不連續(xù) FSK 信號(hào)。不連續(xù)的FSK信號(hào)表達(dá)式為： 其實(shí)現(xiàn)圖如下 圖4.1 非連續(xù)相位FSK的調(diào)制圖由于相位的不連續(xù)會(huì)造成頻譜擴(kuò)展，這種FSK的調(diào)制方式在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中采用較多。隨著數(shù)字處理技術(shù)的不段發(fā)展，越來(lái)越多地采用連繼相位 FSK 調(diào)制技術(shù)。目前較常用產(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。因此,FSK可表示如下： 應(yīng)當(dāng)注意，盡管調(diào)制波形m（t）在比特轉(zhuǎn)換時(shí)不連續(xù)，但相位函數(shù)（t）是與 m（t)的積分成比例的，因而是連續(xù)的，其相應(yīng)波形如圖 4.2 所示：

3、圖4.2 連續(xù)相位FSK的調(diào)制信號(hào)由于 FSK 信號(hào)的復(fù)包絡(luò)是調(diào)制信號(hào)m（t)的非線(xiàn)性函數(shù)，確定一個(gè)FSK信號(hào)的頻譜通常是相當(dāng)困難的，經(jīng)常采用實(shí)時(shí)平均測(cè)量的方法。二進(jìn)制FSK信號(hào)的功譜密度由離散頻率分量 fc、fc+nf、fc-nf 組成，其中n為整數(shù)。相位連續(xù)的 FSK 信號(hào)的功率譜密度函數(shù)最終按照頻率偏移的負(fù)四次冪衰落。如果相位不連續(xù)，功率譜密度函數(shù)按照頻率偏移的負(fù)二次冪衰落。FSK 的信號(hào)頻譜如圖 4.3 所示。 圖4.3 FSK的信號(hào)頻譜FSK 信號(hào)的傳輸帶寬 Br，由Carson公式給出：Br=2f+2B其中 B 為數(shù)字基帶信號(hào)的帶寬。假設(shè)信號(hào)帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號(hào)的帶寬

4、B=R。因此，F(xiàn)SK 的傳輸帶寬變?yōu)椋築r=2（f+R）如果采用升余弦脈沖濾波器，傳輸帶寬減為：Br=2f+（1+）R其中為濾波器的滾降因子。在通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，F(xiàn)SK 的調(diào)制方案如下：FSK 信號(hào)：其中：因而有：其中：如果結(jié)進(jìn)行量化處理，采樣速率為fs，周期為T(mén)s，有下式成立：按照上述原理，F(xiàn)SK正交調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)為如下圖結(jié)構(gòu)：如時(shí)發(fā)送0碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時(shí)相位(n)基礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加2f1Ts,直到該碼元結(jié)束；如時(shí)發(fā)送碼，則相位累加器在前一碼元結(jié)束時(shí)的相位(n)基礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加2f1Ts,直到該碼元結(jié)束。在通信信道 FSK 模式的基帶信號(hào)中

5、傳號(hào)采用fh頻率，空號(hào)采用fl頻率。在FSK 模式下，不采用采用漢明糾錯(cuò)編譯碼技術(shù)。制器器提供的數(shù)據(jù)源有：1、外部數(shù)據(jù)輸入：可來(lái)自同步數(shù)據(jù)接口、異步數(shù)據(jù)接口和 m 序列；2、全 1 碼：可測(cè)試傳號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率（高）；3、全 0 碼：可測(cè)試空號(hào)時(shí)的發(fā)送頻率（低）；4、0/1 碼：0101交替碼型，用作一般測(cè)試；5、特殊碼序列：周期為7的碼序列，以便于常規(guī)示波器進(jìn)行觀察；6、m 序列：用于對(duì)通道性能進(jìn)行測(cè)試；（二）、FSK 解調(diào)FSK 的正交相乘非相干解調(diào)框圖如圖 4.4 所示： 圖4.4 FSK正交相乘非相干解調(diào)示意圖輸入的信號(hào)為 傳號(hào)頻率為：空號(hào)頻率為：在上圖中，延時(shí)信號(hào)為：其中t為延時(shí)量。相

6、乘之后的結(jié)果為：在上式化簡(jiǎn)后：因而經(jīng)過(guò)積分器后，輸出信號(hào)為：，從而實(shí)現(xiàn)了 FSK 的正交相乘非相干解調(diào)。AB兩點(diǎn)的波形如下圖4.5 圖4.4 差分解調(diào)波形通信原理實(shí)驗(yàn)的 FSK 模式中，采樣速率為 96KHz 的采樣速率（每一個(gè)比特采16 個(gè)樣點(diǎn)），F(xiàn)SK 基帶信號(hào)的載頻為24KHz，因而在DSP處理過(guò)程中，延時(shí)取1個(gè)樣值。四、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)，如果有脈沖波形，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已正常工作；如果沒(méi)有脈沖波形，則需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。（一）FSK 調(diào)制1.FSK基帶信號(hào)觀測(cè)2.

7、發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)時(shí)域波形觀測(cè)3.連續(xù)相位FSK調(diào)制基帶信號(hào)觀測(cè)4.FSK調(diào)制信號(hào)中頻信號(hào)波形觀測(cè)（二）FSK 解調(diào)1.解調(diào)基帶FSK信號(hào)觀測(cè)2.接收端同步信號(hào)相位抖動(dòng)觀測(cè)3.抽樣判決點(diǎn)波形觀測(cè)4.解調(diào)器位定時(shí)恢復(fù)與最佳抽樣判決點(diǎn)波形觀測(cè)5.位定時(shí)鎖定和位定時(shí)調(diào)整觀測(cè)6.觀察在各種輸入碼字下FSK的輸入輸出數(shù)據(jù)7.FSK解調(diào)過(guò)程綜合分析五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)試波形測(cè)試前檢查波形1碼輸入，基帶信號(hào)周期T=26.6us0碼輸入，基帶信號(hào)周期T=53.6us符合正交關(guān)系0/1碼輸入，數(shù)據(jù)與基帶FSK波形對(duì)應(yīng)波形圖特殊序列碼輸入，數(shù)據(jù)與基帶FSK波形對(duì)應(yīng)波形圖0/1碼輸入，中頻信號(hào)測(cè)試特

8、殊序列碼輸入，中頻信號(hào)測(cè)試正交調(diào)制斷開(kāi)一路，特殊序列碼輸入，中頻信號(hào)測(cè)試正交調(diào)制斷開(kāi)一路，0/1碼輸入，中頻信號(hào)測(cè)試斷開(kāi)一路Ki01后，只留下中頻以及有用信號(hào)，因此波形較為清晰一些。0/1碼輸入，F(xiàn)SK解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試1碼輸入，F(xiàn)SK解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試接受同步信號(hào)相位抖動(dòng)，特殊碼抽樣判決點(diǎn)的波形變化對(duì)于全0或全1碼的不抖動(dòng)，因?yàn)樵谌?或全1碼下接收數(shù)據(jù)沒(méi)有跳變沿，譯碼器無(wú)論從任何時(shí)刻開(kāi)始譯碼均能 正確譯碼，因此譯碼器無(wú)須進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)然就看不到位定時(shí)的抖動(dòng)了0/1碼的抽樣判決點(diǎn)的波形特殊碼的抽樣判決點(diǎn)的波形解調(diào)位定時(shí)與最佳抽樣判決點(diǎn)的波形M序列與最佳判決時(shí)刻的波形不斷按確定鍵，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系

9、不斷按確定鍵，全1碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系不斷按確定鍵，全1碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系不斷按確定鍵，全1碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系通過(guò)三次不斷按確定鍵，在全1碼情況下，相位基本同步 不斷按確定鍵，全0碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系不斷按確定鍵，全0碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系通過(guò)三次不斷按確定鍵，在全1碼情況下，相位基本不同步不斷按確定鍵，全0碼，測(cè)試鎖定后的相位關(guān)系FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，全1碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，全0碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，0/1碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，特殊碼FSK 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，M序列解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與時(shí)鐘誤差提取的波形解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與抽樣判決點(diǎn)的波形解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與解調(diào)輸出的波形解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與接收時(shí)鐘的波形2、FSK正交調(diào)制方式與傳統(tǒng)的一般FSK調(diào)制方式的區(qū)別? 其有哪些特點(diǎn)？傳統(tǒng)的一般FSK調(diào)制方式利用模擬開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立振蕩器中間切換，從而產(chǎn)生的波形，但其在碼元切換點(diǎn)的相位是不連續(xù)的，因此在不同的頻率下需要采用不同的濾波器，十分不方便。而采用正交調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)在于在不同的頻率下可以自適應(yīng)的將一個(gè)邊帶抑制掉,不需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的濾波