FSK传输系统.docx

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FSK传输系统

通信原理实验

——FSK传输系统

学生：

XX

学号：

122110XX

指导教师：

王琴

同组成员：

00

日期：

2014年12月

上课时间：

星期三第四大节

14:

00—16:

00

目录

一、试验目的1

二、实验仪器1

三、FSK传输系统实验电路的构成1

1、FSK调制电路1

2、FSK解调电路2

四、实验内容3

（一）FSK调制3

1.基带FSk信号观测3

2、发端同相支路与正交支路信号时域波形观测4

3．发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测5

4．连续相位基带FSK信号观测6

5.FSk调制中频信号波形观测7

（二）FSK解调9

1．解调基带FSK信号观测9

2．解调基带信号的李沙育波形观测10

3．接收位同步信号相位抖动观测11

5.位定时同步和非同步状态的观测12

6.FSK调制输入信号和解调输出信号的测量15

五、思考题15

参考文献16

得分

姓名：

XX学号：

122110XX班级：

通信120X

第十一周星期三第四大节

实验名称：

FSK传输系统

一、试验目的

1、熟悉软件无线电FSK调制和解调原理。

2、掌握FSK产生、传输和恢复过程。

3、掌握FSK正交调制的基本原理和实现方法。

4、加深对FSK调制和解调中现象和问题的理解。

二、实验仪器

1、ZH5001A通信系统原理实验箱一台

2、20MHZ双踪示波器一台

三、FSK传输系统实验电路的构成

1、FSK调制电路

FSK调制电路如图所示。

FSK调制器输入的数据源可以通过实验箱右下角的菜单选择，可以有以下几种选择输入。

（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。

01交替码型，用作一般测试。

（5）特殊序列。

周期为7的码序列，用于常规测试。

（6）m序列。

用于通道性能测试。

电路中的同相基带和正交基带分别利用FPGA芯片输出两路相互正交的基带FSK信号，经过D/A转换器并经过低通滤波后，变为模拟信号。

因此，在TPi03和TPi04所测试到的就是基带FSK信号，两路信号相互正交。

两路正交的基带FSK信号再经过相互正交的载波调制并相加则得到单边带FSK信号。

其频谱变换过程如图

2、FSK解调电路

FSK解调电路如图。

由图可以看到，FSK解调采用的是非相干解调，因此，不需要提取相干载波，但位定时信号还是需要提取的。

经过A/D装换后，就送到FPGA芯片进行信号处理，然后判决再生输出数字信号。

四、实验内容

实验前准备:

首先将通信系统原理实验箱菜单中的调制方式设置成”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,说明实验系统已经正常工作,如果没有脉冲波型,则需要按面板上的复位按钮对硬件进行初始化.

（一）FSK调制

1.基带FSk信号观测

（1）在D/A模块内的TPi03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,测量其信号周期。

其图形如下：

（实验中选择的是10us/格）

由图得，全1码周期为27us。

（2）通过菜单选择为0码输入数据信号,观测TPi03信号波形,测量其信号周期.将测量结果与1码比较。

其图形如下：

（实验中选择的是10us/格）

由图可知，全0码周期为55us。

全0码频率较全1低，全1码频率约是全0码的两倍

2、发端同相支路与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。

将输入信号选为全1码（或全0码），测量两信号的时域波形，画出测试波形。

通过测试波形分析两信号是否满足正交关系。

当输入信号为全1码时，TPi03和TPi04波形图如下：

（实验中选择的是10us/格）

由图形可知，TPi03和TPi04的输入信号正交。

04波形超前03波形90度。

当输入信号为全0码时，TPi03和TPi04波形图如下：

（实验中选择的是10us/格）

由图形可知，TPi03和TPi04的输入信号正交。

04波形超前03波形90度。

3．发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测

将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观测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，画出李沙育波形。

李沙育波形如下：

（实验中选择的是10us/格）

（1）当TPi03和TPi04幅度不同时，其波形为椭圆。

（2）当TPi03和TPi04幅度相同时，李沙育波形为圆。

综上：

在实验中，TPi03控制李沙育波形的水平变化，TPi04控制李沙育波形的垂直变化。

当TPi03和TPi04的幅度不同时，李沙育波形为椭圆；当TPi03和TPi04的幅度相同，李沙育波形为圆。

；当TPi03和TPi04的幅度相同时，李沙育波形不是标准的圆形，是因为试验箱程序不够完善，仪器不够精确导致的。

这个可以在下次自行设计的实验中加以改进。

4．连续相位基带FSK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。

通过菜单选择为0/1码输入数据，并以TPM02作为同步信号。

观测TPM02与TPi03点波形的对应关系，画出测量波形。

由图可知：

当输入数据为0/1码时，上波形为FSK输出波形，下波形为TPM02输入信号。

从图中可以大致看出，当输入波形为高定平是，输出波形频率较高（表现为图形较密）；当输入波形为低电平时，输出波形频率较低（表现为图形较疏）。

（2）通过菜单选择为特殊码序列作为输入信号，测量并画出TPM02、TPi03点的波形及对应关系。

此图为特殊码放大时的波形图

由图可知：

当输入数据为特殊码时，上波形为FSK输出波形，下波形为TPM02输入信号。

从图中可以看出，其波形变化与0/1码大致相同。

5.FSk调制中频信号波形观测

在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路两路信号；如果只采用一路同相FSK信号或一路正交FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号。

要想去掉一个信号频谱，需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器，这种方法的实现比较复杂。

本实验中采用的是正交调制相加抵消法去掉其中一个FSK频谱的。

（1）调制模块测试点TPK03为FSK调制中频观测点。

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TPK03点波形。

当输入信号为0/1码时，其波形如下：

TPK03

TPM02

（2）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

（1）测量步骤。

观测并定性画出TPM02与TPK03点波形，分析波形变化原因。

断开跳线器Ki01，其波形如下：

断开跳线器Ki02，其波形如下：

由图可知：

无论是0码还是1码，图形中，上波形为TPM02，下波形为TPK03，经过正交调制后的波形依然遵循FSK的规则。

下波形之所以由不清晰的图形变为情清晰的图形是因为先前是两个正交的信号一起进行输出波形显示，在断掉一个跳线开关后，输入信号不是杂波，则相应的输出亦不再是杂波。

波形清晰可见

（二）FSK解调

1．解调基带FSK信号观测

首先用中频电缆连接KO02和JL02，建立中频通道。

测量FSK解调基带信号测试点TPJ05的波形，观测时仍用发送数据（TPM02）作同步，比较两者的对应关系。

（1）通过菜单选择为1码输入数据信号，观察TPJ05信号波形，测量并记录其信号周期。

实验波形如下：

（实验中选择的是10us/格）

TPJ05

1码

当输入为1码时，解码波形即为正弦波，波形周期为27us。

（2）通过菜单选择为0码输入数据信号，观察TPJ05信号波形，测量并记录其信号周期。

试与FSK调制步骤

（1）的测量结果比较。

实验波形如下：

（实验中选择的是20us/格）

0码

TPJ05

当输入为0码时，解码波形也为正弦波，波形周期为55us。

无论是全0码还是全1码，调制与解调的周期大致相同。

表明FSK的调制与解调不会改变信号的周期。

2．解调基带信号的李沙育波形观测

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）通过菜单选择为为1码（或0码）输入数据信号，测试并画出李沙育信号波形。

选择1码为输入信号，其李沙育波形如下：

选择0码为输入信号，其李沙育波形如下：

（2）通过菜单选择为为0/1码（或特殊码）输入数据信号，测试并画出李沙育信号波形。

选择0/1码为输入信号，其李沙育波形如下：

选择特殊码为输入信号，其李沙育波形如下：

3．接收位同步信号相位抖动观测

用发送时钟TPM01（DSP+FPGA模块左下角）信号作同步，输入信号选择为m序列，利用噪声模块的跳线，将噪声增加到最大，测量接收时钟TPMZ07（DSP芯片左端）的抖动情况，估计定时的抖动值，抖动的单位用单位间隔（UI）来描述。

其波形如下：

5.位定时同步和非同步状态的观测

TPMZ07为接收端恢复的时钟，在同步状态下它与发端时钟TPM01具有确定的相位关系。

（1）在输入测试数据为m序列时，观察并画出发端定时脉冲TPM01和收端定时提取出的脉冲TPMZ07波形，观测时注意两波形之间的相位对应关系。

波形如下：

（2）不断按确认键，此时仅对DSP位定时提取环路初始化，让环路重新调整锁定，观察经过重新调整和锁定后TPMZ07测试点位定时提取的脉冲信号与发端定时脉冲TPM01的相位关系是否发生了变化？

其结论说明什么问题？

其波形如下：

不断按确认键m序列锁定后相位不变，全零码相位变化，全零和全一码中缺少跳变沿，无法从信号中提取定时脉冲，故其相位随机。

（3）在测试数据为全1或全0码时重复实验

（2），并加以分析；断开JL02接收中频电缆，重复上述步骤

（2），观测TPM01和YPMZ07之间的相位关系，记录并解释测量结果。

全1码

全0码

断开JL02接收中频电缆，其波形如下：

未断开电缆时，全1码和全0码中都有相位的滞后或提前；断开后，无相位滞后或提前。

在电平由高变为低，或由低变为高时，输出波形立即有相应的变化。

6.FSK调制输入信号和解调输出信号的测量

测试点TPM02是调制输入数据，TPM04是解调输出数据。

通过菜单选择特殊码序列和0/1码数据输入，观测输出数据信号是否正确。

观测时，用TPM02点信号同步。

画出选择输入特殊码序列和0/1码时TPM02和TPM04点的测试波形。

输入特殊码序列，其波形如下：

输入0/1码序列，其波形如下：

五、思考题

1、该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块？

各模块的作用是什么？

①、测试模块：

测抽样点的信号

②、D/A模块：

调制电路数模转换

③、调制模块：

用于PSK的调制

④、解调模块：

用于PSK的解调

⑤、汉编汉译模块：

产生差分编码时输入的m序列

⑥、DSP+FPGA模块：

软件无线电PSK调制和解调

⑦、A/D模块：

解调电路模数转换

2、最佳抽样判决点应选择在什么位置？

选择不合理会造成什么影响。

码元波形最大值时刻被称为最佳抽样时刻，判决电平处于信号输入的图眼的中心位置即最佳判决门限。

最佳抽样判决点选取不合理会造成误码率的显著提高。

参考文献

[1]王根英王琴周春月.通信系统原理实验.清华大学出版社北京交通出版社.2010.

[2]樊昌信曹丽娜.通信原理.国防工业出版社,2010.