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FSK传输系统实验图文
通信原理实验☆
实验二FSK传输系统实验
一.实验目的
1.熟悉FSK调制和解调基本工作原理。
2.掌握FSK数据传输过程。
3.掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现方法。
4.掌握FSK性能的测试。
5.了解FSK在噪声下的基本性能。
二.实验原理
(一.FSK调制
在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化,则产生二进制频移键控信号(2FSK信号)。
二进制频移键控信号的时间波形如图2.1所示,图中波形g可分解为波形e和波形f,
即二进制频移键控信号可以看成是两
图2.1二进制频移键控信号时间波形
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☜FSK传输系统实验
个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1,0符号对应于载波频率f2,则二进制频移键控信号的时域表达式为:
e2FSK(t=[∑a
nng(t-nTs]cos(ω1t+Φn+[∑nng(t-nTs]cos(ω2t+Φn
二进制频移键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现。
在本实验系统中,FSK调制采用正交调制。
方案如下:
FSK信号:
s(t=cos(ω0t+2πfit
其中:
fi=f1(当输入码为1
fi=f2(当输入码为0
有:
s(t=cosω0tcos2πfit-sinω0tsin2πfit
=cosω0tcosθ(t-sinω0tsinθ(t
其中:
θ(t=2πfct+2πK
进行量化处理,采样速率为fs,周期为Ts,有下式成立:
θ(n=θ(n-1+2πfcTs+2πKm(nTs
=θ(n-1+2πTs[fs+Km(n]
=θ(n-1+2πfiTs
本实验系统FSK调制基带处理结构示意图如图2.2
所示:
∫t−∞m(tdt
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通信原理实验☆
图2.2FSK调制器基带处理结构示意图
其正交调制器结构图如图
2.3:
图2.3FSK正交调制器结构图
(二.FSK解调
二进制频移键控信号的解调方法很多,有非相干解调方法,也有相干解调方法。
本实验系统采用正交相乘非相干解调,图2.4为其解调示意图。
图2.4FSK正交相乘非相干解调示意图
本实验系统FSK解调方框图如图2.5:
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☜FSK传输系统实验
图2.5FSK解调方框图
输入信号为:
R(t=cos(ω0t±△ωt
传号频率为:
ω0+△ω
空号频率为:
ω0-△ω
延时信号为:
R’(t=cos(ω0±△ω(t-τ其中:
τ为延时量
相乘之后的结果为:
2R(tR’(t=2cos(ω0t±△ωtcos(ω0±△ω(t-τ
=cos[2(ω0±△ωt-(ω0±△ωτ]+cos[(ω0±△ωτ]
在上式中,第一项经过低通滤波器后可以滤除。
当ω0τ=π/2时,上式可简化为:
2R(tR’(t≈sin(±△ωτ=±sin△ωτ
因而,经过积分器后,输出信号大小为:
Tbsin△ωτ,从而实现了FSK正交相乘非相干解调。
三.实验仪器
1.JH5001通信原理综合实验系统一套
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通信原理实验☆
2.20MHz双踪示波器一台
四.实验内容
测试前检查:
首先将实验箱调制方式设置成“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,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
(1.TPi03(D/A模块内是基带FSK波形。
通过菜单选择为1码输入数据信号,观测TPi03信号波形,测量其基带信号周期。
(2.通过菜单选择为0码输入数据信号,观测TPi03信号波形,测量其基带信号周期。
将测量结果与1码比较。
2.发端同相支路和正交支路信号时域波形观测
TPi03和TPi04分别是基带FSK输出信号的同相支路和正交支路信号。
测量两信号的时域信号波形时将输入全1码(或全0码,测量两信号是否满足正交关系。
3.发端同相支路和正交支路信号的李沙育(x-y波形观测
将示波器设置在(x-y方式,可从相平面上观察TPi03和TPi04的正交性。
通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量。
4.连续相位FSK调制基带信号观测
(1.TPM02是发送数据信号(DSP+FPGA模块左下角,TPi03是基带FSK波形。
测-14-
☜FSK传输系统实验量时,通过菜单选择为0/1码输入数据信号,并以TPM02作为同步信号。
观测TPM02与TPi03点波形的对应关系。
(2.通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号,重复上述测量步骤。
记录测量结果。
5.FSK调制中频信号波形观察(1.调制模块测试点TPK03为FSK调制中频信号观测点。
测量时,通过菜单选择为0/1码输入数据信号,并以TPM02作为同步信号。
(2.通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号,重复上述测量步骤。
(3.将正交调制输入信号中的一路基带调制信号断开(D/A模块内的跳线器Ki01或Ki02,重复上述测量步骤。
观测信号波形的变化,分析变化原因。
(二.FSK解调1.解调基带FSK信号观测首先用中频电缆连结KO02和JL02,建立中频自环。
测量FSK解调基带信号测试点TPJ05(A/D模块内的波形,观测时仍用发送数据TPM02作同步,比较其两者的对应关系。
(1.通过菜单选择为1码(或0码输入数据信号,观测TPJ05信号波形,测量其信号周期。
(2.通过菜单选择为0/1码(或特殊码输入数据信号,观测TPJ05信号波形,根据测量结果,分析解调端的基带信号与发送端基带波形不同的原因。
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通信原理实验☆2.解调基带信号的李沙育(x-y波形观测将示波器设置在(x-y方式,从相平面上观察TPJ05和TPJ06的李沙育波形。
(1.通过菜单选择为1码(或0码输入数据信号,观测李沙育信号波形。
(2.通过菜单选择为0/1码(或特殊码输入数据信号,观测李沙育信号波形根据观测结果,思考接收端为何与发送端李沙育波形不同。
将跳线开关KL01(解调模块内设置在2_3位置,调整电位器WL01(解调模块内,继续观察。
分析波形的变化与什么因素有关。
3.接收位同步信号相位抖动观测用发送时钟TPM01信号作同步,选择不同的测试码序列测量接收时钟TPMZ07的抖动情况。
4.抽样判决点波形观测将跳线开关KL01设置在2_3位置,KL02设置在1_2位置,调整电位器WL01,以改变接收本地载频,观察抽样判决点TPN04(测试模块内波形的变化。
在观察时,示波器的扫描时间取大于2ms级较为合适。
5.解调器位定时恢复与最佳抽样判决点波形观测TPMZ07为接收端DSP调整之后的最佳抽样时刻。
选择输入测试数据为m序列,用示波器同时观察TPMZ07(以此信号作同步和观察抽样判决点TPN04波形之间的相位关系。
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☜FSK传输系统实验6.位定时锁定和位定时调整观测TPMZ07为接收端恢复时钟,它与发端时钟(TPM01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TPM01(以此信号作同步和TPMZ07(收端最佳判决时间之间的相位关系。
(2.不断按确认键,此时仅对DSP位定时环路初始化,让环路重新调整锁定,观察TPMZ07的调整过程和锁定后的相位关系。
(3.在测试数据全为1或0码时重复该实验,并解释原因。
断开JL02接收中频环路,在没有接收信号的情况下重复上述步骤实验,观测TPM01和TPMZ07之间的相位关系,并解释测量结果的原因。
7.观察在各种输入码字下FSK输入/输出数据首先用中频电缆连结KO02和JL02,建立中频自环。
测试点TPM02(以此信号作同步是调制输入数据,TPM04是解调输出数据。
通过菜单选择为不同码型输入数据信号,观测输出数据信号是否正确。
五.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.TPi03和TPi04两信号具有何关系?
3.画出各测量点的工作波形。
4.叙述位定时的调整过程,并说明输入码字对位定时恢复的影响?
在实际通信系统中,为什么要加扰码措施?
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