北交通原實驗3 FSK傳輸系統(tǒng)

1、通信系統(tǒng)原理實驗報告FSK傳輸系統(tǒng)姓 名 學(xué) 號 班 級 成 員 老 師 時 間 2014年12月14日 上課時間 第十二周 周三 14：1016:00 目錄一、實驗?zāi)康?二、實驗儀器1三、實驗原理1（一）FSK簡介1（二）FSK調(diào)制電路1（三）FSK解調(diào)電路3四、實驗內(nèi)容3（一）FSK調(diào)制31、基帶FSK信號觀測32、發(fā)端同相支路和正交支路信號時域波形觀測43、發(fā)端同相支路和正交支路信號的李沙育波形觀測54、連續(xù)相位基帶FSK信號觀測75、FSK調(diào)制中頻信號波形觀測8（二）FSK解調(diào)91、解調(diào)基帶FSK信號觀測92、解調(diào)基帶信號的李沙育波形觀測103、接收位同步信號相位抖動觀測124、不做1

2、25、位定時同步和非同步狀態(tài)的觀測126、FSK調(diào)制輸入信號和解調(diào)輸出信號的測量14五、思考題15一、實驗?zāi)康?、熟悉軟件無線電FSK調(diào)制和解調(diào)原理。2、掌握FSK產(chǎn)生、傳輸和恢復(fù)過程。3、掌握FSK正交調(diào)制的基本原理和實現(xiàn)方法。4、加深對FSK調(diào)制和解調(diào)中現(xiàn)象和問題的理解。二、實驗儀器1、ZH5001A通信系統(tǒng)原理實驗箱 一臺2、20MHz雙蹤示波器 一臺三、實驗原理（一）FSK簡介FSK（Frequency-shift keying）頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制

3、方式。它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。技術(shù)上的FSK有兩個分類，非相干和相干的FSK 。在非相干的FSK ，瞬時頻率之間的轉(zhuǎn)移是兩個分立的價值觀命名為馬克和空間頻率。 在另一方面，在相干頻移鍵控或二進(jìn)制的FSK ，是沒有間斷期在輸出信號。在數(shù)字化時代，電腦通信在數(shù)據(jù)線路（電話線、網(wǎng)絡(luò)電纜、光纖或者無線媒介）上進(jìn)行傳輸，就是用FSK調(diào)制信號進(jìn)行的，即把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成FSK信號傳輸，反過來又將接收到的FSK信號解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為用高，低電平所表示的二進(jìn)制語言，這是計算機(jī)能夠直接識別的語言。來電顯示的信息傳輸方式有2種：FS

4、K和DTMF。FSK方式與DTMF方式相比有如下的優(yōu)點：（l）數(shù)據(jù)傳輸速率高，在規(guī)定時間內(nèi)能傳的字符數(shù)多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持?jǐn)?shù)字及少數(shù)字符。目前采用FSK方式的國家和地區(qū)有：美國、中國、日本、英國、加拿大、比利時、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要則是以瑞典為代表的一些歐洲國家等。（二）FSK調(diào)制電路FSK調(diào)制電路如下圖所示。FSK調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)源可以通過實驗箱右下角的菜單選擇，可以有以下幾種選擇輸入。（1）外部數(shù)據(jù)輸入?？蓙碜酝綌?shù)據(jù)接口、異步數(shù)據(jù)接口和m序列。（2）全1碼?？蓽y試傳號時的發(fā)送頻率（高）。（3）全0碼。可測試空號時的發(fā)送頻率（低）。（

5、4）0/1碼。01交替碼型，用作一般測試。（5）特殊序列。周期為7的碼序列，用于常規(guī)測試。（6）m序列。用于通道性能測試。電路中的同相基帶和正交基帶分別利用FPGA芯片輸出兩路相互正交的基帶FSK信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器并經(jīng)過低通濾波后，變?yōu)槟M信號。因此，在TPi03和TPi04所測試到的就是基帶FSK信號，兩路信號相互正交。兩路正交的基帶FSK信號再經(jīng)過相互正交的載波調(diào)制并相加則得到單邊帶FSK信號。其頻譜變換過程如下圖所示。（三）FSK解調(diào)電路FSK解調(diào)電路如下圖：圖可以看到，F(xiàn)SK解調(diào)采用的是非相干解調(diào)，因此，不需要提取相干載波，但位定時信號還是需要提取的。經(jīng)過A/D裝換后，就送到FPG

6、A芯片進(jìn)行信號處理，然后判決再生輸出數(shù)字信號。四、實驗內(nèi)容實驗前準(zhǔn)備：首先將通信系統(tǒng)原理實驗箱菜單中的調(diào)制方式設(shè)置成“FSK傳輸系統(tǒng)”；用示波器測量TPMZ07測試點的信號，如果有脈沖波形，說明實驗系統(tǒng)已經(jīng)正常工作，如果沒有脈沖波型，則需要按面板上的復(fù)位按鈕對硬件進(jìn)行初始化。（一）FSK調(diào)制1、 基帶FSK信號觀測（1）在D/A模塊內(nèi)的TPi03是基帶FSK波形。通過菜單選擇為1碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPi03信號波形，測量其信號周期。 T=2.6×10us=26us（2）通過菜單選擇為0碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPi03信號波形，測量其信號周期。將測量結(jié)果與1碼比較。T=5.4×

7、;10us=54us與1碼相比，0碼的周期約是1碼的兩倍。2、 發(fā)端同相支路和正交支路信號時域波形觀測TPi03和TPi04分別是基帶FSK輸出信號的同相支路和正交支路信號。將輸入信號選為全1碼（或全0碼），測量兩信號的時域波形，畫出測試波形。通過測試波形分析兩信號是否滿足正交關(guān)系。全1碼：當(dāng)輸入信號為0時，輸出信號為最值；當(dāng)輸入信號為最值時，輸出信號為0；可知兩信號滿足正交關(guān)系。全0碼：當(dāng)輸入信號為0時，輸出信號為最值；當(dāng)輸入信號為最值時，輸出信號為0；可知兩信號滿足正交關(guān)系。3、 發(fā)端同相支路和正交支路信號的李沙育波形觀測將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀測TPi03和TPi04

8、的正交性。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測量，畫出李沙育波形。全1碼：李沙育圖形成圓形，說明兩信號幅度相同，相位正交。全0碼：李沙育圖形成圓形，說明兩信號幅度相同，相位正交。全0碼比全1碼圓形略大。0/1碼M碼4、 連續(xù)相位基帶FSK信號觀測（1）TPM02是發(fā)送數(shù)據(jù)信號（DSP+FPGA模塊左下角），TPi03是基帶FSK波形。通過菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)，并以TPM02作為同步信號。觀測TPM02與TPi03點波形的對應(yīng)關(guān)系，畫出測量波形。（2）通過菜單選擇為特殊碼序列作為輸入信號，測量并畫出TPM02、TPi03點的波形及對應(yīng)關(guān)系?？梢钥闯觯海?）0碼頻率是1碼頻率的一半，即0碼周

9、期是1碼周期的兩倍。（2）當(dāng)包含N（N為整數(shù)）個載波周期時，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位是連續(xù)的，當(dāng)不是整數(shù)時，波形和瞬時相位也是可能不連續(xù)的。5、 FSK調(diào)制中頻信號波形觀測在FSK正交調(diào)制方式中，必須采用FSK的同相支路與正交支路兩路信號；如果只采用一路同相FSK信號或一路正交FSK信號進(jìn)行調(diào)制，會產(chǎn)生兩個FSK頻譜信號。要想去掉一個信號頻譜，需在后面采用較復(fù)雜的中頻窄帶濾波器，這種方法的實現(xiàn)比較復(fù)雜。本實驗中采用的是正交調(diào)制相加抵消法去掉其中一個FSK頻譜的。（1）調(diào)制模塊測試點TPK03為FSK調(diào)制中頻觀測點。通過菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號，并以TPM02作為同步信號。觀

10、測TPM02與TPK03點波形。（3）將正交調(diào)制輸入信號中的一路基帶調(diào)制信號斷開（D/A模塊內(nèi)的跳線器Ki01或Ki02），重復(fù)（1）測量步驟。觀測并定性畫出TPM02與TPK03點波形，分析波形變化原因。圖（1）中顯示的是兩路正交信號疊加后的波形；當(dāng)一路信號斷開（即拔掉一個跳線器），圖（2）中顯示的是原信號中的一路信號；明顯可見，0碼和1碼的頻率差別很大。（二）FSK解調(diào)1、 解調(diào)基帶FSK信號觀測首先用中頻電纜連接KO02和JL02，建立中頻通道。測量FSK解調(diào)基帶信號測試點TPJ05的波形，觀測時仍用發(fā)送數(shù)據(jù)（TPM02）作同步，比較兩者的對應(yīng)關(guān)系。（1）通過菜單選擇為1碼輸入數(shù)據(jù)信號，

11、觀察TPJ05信號波形，測量并記錄其信號周期。T=2.8×10us=28us（2）通過菜單選擇為0碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀察TPJ05信號波形，測量并記錄其信號周期。試與FSK調(diào)制步驟（1）的測量結(jié)果比較。T=2.6×20us=52us與1碼相比，0碼的周期約是1碼的兩倍。2、 解調(diào)基帶信號的李沙育波形觀測將示波器設(shè)置在（x-y）方式，從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的李沙育波形。（1）通過菜單選擇為為1碼（或0碼）輸入數(shù)據(jù)信號，測試并畫出李沙育信號波形。1碼：0碼：（2）通過菜單選擇為為0/1碼（或特殊碼）輸入數(shù)據(jù)信號，測試并畫出李沙育信號波形。0/1碼：特殊碼：3、 接收

12、位同步信號相位抖動觀測用發(fā)送時鐘TPM01（DSP+FPGA模塊左下角）信號作同步，輸入信號選擇為m序列，利用噪聲模塊的跳線，將噪聲增加到最大，測量接收時鐘TPMZ07（DSP芯片左端）的抖動情況，估計定時的抖動值，抖動的單位用單位間隔（UI）來描述。對于29kHz振頻率的m序列來說，由于他們每幀為7bit，所以在采用了雙相位標(biāo)志編碼后，通道中每幀有標(biāo)稱的14個脈沖，所以UI=120000*143.6us4、 不做5、 位定時同步和非同步狀態(tài)的觀測TPMZ07為接收端恢復(fù)的時鐘，在同步狀態(tài)下它與發(fā)端時鐘TPM01具有確定的相位關(guān)系。（1）在輸入測試數(shù)據(jù)為m序列時，觀察并畫出發(fā)端定時脈沖TPM0

13、1和收端定時提取出的脈沖TPMZ07波形，觀測時注意兩波形之間的相位對應(yīng)關(guān)系。（2）不斷按確認(rèn)鍵，此時僅對DSP位定時提取環(huán)路初始化，讓環(huán)路重新調(diào)整鎖定，觀察經(jīng)過重新調(diào)整和鎖定后TPMZ07測試點位定時提取的脈沖信號與發(fā)端定時脈沖TPM01的相位關(guān)系是否發(fā)生了變化？其結(jié)論說明什么問題？相位不發(fā)生變化，說明收發(fā)時鐘同步。（3）在測試數(shù)據(jù)為全1或全0碼時重復(fù)實驗（2），并加以分析；斷開JL02接收中頻電纜，重復(fù)上述步驟（2），觀測TPM01和YPMZ07之間的相位關(guān)系，記錄并解釋測量結(jié)果。 全1碼和全0碼中缺少跳變沿，無法從信號中提取定時脈沖，故其相位隨機(jī)。未按確認(rèn)建之前，相位變化在時鐘跳變沿，而按下確認(rèn)鍵之后，跳變沿開始平移。未斷開電纜時，全1碼和全0碼中都有相位的滯后或提前；斷開后，無相位滯后或提前。在電平由高變?yōu)榈?，或由低變?yōu)楦邥r，輸出波形立即有相應(yīng)的變化。6、 FSK調(diào)制輸入信號和解調(diào)輸出信號的測量測試點TPM02是調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，TPM04是解調(diào)輸出數(shù)據(jù)。通過菜單選擇特殊碼序列和0/1碼數(shù)據(jù)輸入，觀測輸出數(shù)據(jù)信號是否正確。觀測時，用TPM02點信號同步。畫出選擇輸入特殊碼序列和0/1碼時TPM02和TPM04點的測試波形。特殊碼：0/1碼：五、思考題1、該實驗用到通信系統(tǒng)原理實驗箱中哪些模塊？各模塊的作用是什么？