通信原理實驗大學畢業(yè)設計（論文）開題報告

1、.通信原理實驗 通信原理實驗電子信息工程學院實驗八 FSK傳輸系統(tǒng)一、 實驗前的準備（1） 預習本實驗相關內容。（2） 熟悉實驗箱面板分布及測試孔位置；定義本實驗相關模塊的跳線開關。（3） 實驗前重點熟悉的內容：1） 了解軟件無線電的基本概念；2） 熟悉FSK調制和解調原理。二、 實驗目的（1） 熟悉軟件無線電FSK調制和解調原理。（2） 掌握FSK產(chǎn)生，傳輸和恢復過程。（3） 掌握正交FSK調制和解調中現(xiàn)象和問題的理解。三、 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 一臺四、 基本原理1FSK調制原理：在二進制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號的頻率

2、隨著輸入碼流的變化而切換（稱為高音和低音，代表二進制的1和0）。產(chǎn)生FSK信號最簡單的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號稱為不連續(xù)FSK信號。不連續(xù)的FSK信號表達式為： 其實現(xiàn)如圖所示：由于相位的不連續(xù)會造成頻譜擴展，這種FSK的調制方式在傳統(tǒng)的通信設備中采用較多。隨著數(shù)字處理技術的不斷發(fā)展，越來越多地采用連續(xù)相位FSK調制技術。目前較常用產(chǎn)生FSK信號的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調制。因此，F(xiàn)SK可表示如下：應當注意，盡管調制波形m（t）在比特

3、轉換時不連續(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，其相應波形如圖所示：FSK的信號頻譜如圖所示。FSK信號的傳輸帶寬Br，由Carson公式給出：Br=2f+2B 其中B為數(shù)字基帶信號的帶寬。假設信號帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號的帶寬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）。 在通信原理綜合實驗系統(tǒng)中，F(xiàn)SK的調制方案如下：按照上述原理，F(xiàn)SK正交調制器的實現(xiàn)為如圖結構：如發(fā)送0碼，則相位累加器在前一碼元結束時相位(n)基礎上，在每個抽樣到達時刻

4、相位累加2f1Ts，直到該信號碼元結束；如發(fā)送碼，則相位累加器在前一碼元結束時的相位(n)基礎上，在每個抽樣到達時刻相位累加2f2Ts，直到該信號碼元結束。 在通信信道FSK模式的基帶信號中傳號采用fH頻率，空號采用fL頻率。在FSK模式下，不采用采用漢明糾錯編譯碼技術。調制器提供的數(shù)據(jù)源有： 1、外部數(shù)據(jù)輸入：可來自同步數(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）； 4、 0/1碼：0101交替碼型，用作一般測試； 5、 特殊碼序列：周期為

5、7的碼序列，以便于常規(guī)示波器進行觀察； 6、 m序列：用于對通道性能進行測試；2FSK解調  對于FSK信號的解調方式很多：相干解調、濾波非相干解調、正交相乘非相干解調。 1、FSK相干解調 FSK相干解調要求恢復出傳號頻率（fH）與空號頻率（fL），恢復出的載波信號分別與接收的FSK中頻信號相乘，然后分別在一個碼元內積分，將積分之后的結果進行相減，如果差值大于0則當前接收信號判為1，否則判為0。相干FSK解調框圖如圖所示：相干FSK解調器是在加性高斯白噪聲信道下的最佳接收，其誤碼率為相干FSK解調在加性高斯白噪聲下具有較好的性能，但在其它信道

6、特性下情況則不完全相同，例如在無線衰落信道下，其性能較差，一般采用非相干解調方案。 、FSK濾波非相干解調對于FSK的非相干解調一般采用濾波非相干解調，如上圖所示。輸入的FSK中頻信號分別經(jīng)過中心頻率為fH、fL的帶通濾波器，然后分別經(jīng)過包絡檢波，包絡檢波的輸出在t=kTb時抽樣（其中k為整數(shù)），并且將這些值進行比較。根據(jù)包絡檢波器輸出的大小，比較器判決 數(shù)據(jù)比特是1還是0。 使用非相干檢測時FSK系統(tǒng)的平均誤碼率為：在高斯白噪聲信道環(huán)境下FSK濾波非相干解調性能較相干FSK的性能要差，但在無線衰落環(huán)境下，F(xiàn)SK濾波非相干解調卻表現(xiàn)出較好的穩(wěn)健性。 &#

7、160; 在FSK中位定時的恢復見BPSK解調方式。 通信原理實驗的FSK模式中，采樣速率為96KHz的采樣速率（每一個比特采16個樣點），F(xiàn)SK基帶信號的載頻為24KHz，因而在DSP處理過程中，延時取1個樣值。 五、 實驗內容實驗前準備：首先將通信系統(tǒng)原理實驗箱菜單中的調制方式設置成“FSK傳輸系統(tǒng)”；用示波器測量TPMZ07測試點信號，如果有脈沖波形，說明試驗系統(tǒng)已經(jīng)正常工作，如果沒有脈沖波形，則需按面板是上的復位按鈕對硬件進行初始化。（一） FSK調制1. 基帶FSK信號觀測（1） 在D/A模塊內的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TP

8、i03信號波形，測量其信號周期。（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。將測量結果與1碼比較。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置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量，畫出李沙育波形。4. 連續(xù)相位基帶FSK信號觀測（1） TPM02是發(fā)送數(shù)

9、據(jù)信號，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點波形的對應關系，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點的波形及對應關系。5. FSK調制中頻信號波形觀測在FSK正交調制方式中，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信號進行調制，會產(chǎn)生兩個FSK頻譜信號。想要去掉一個信號頻譜，需在后面采用較復雜的中頻窄帶濾波器，這種方法的實現(xiàn)比較復雜。本實驗中采用的是正交調制相加抵消法去掉其中一個FSK頻譜的。（1） 調制模塊測試點

10、TPK03為FSK調制中頻信號觀測點。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。觀測TPM02與TPK03點波形。（2） 將正交調制輸入信號中的一路基帶調制信號斷開，重復（1）測量步驟。觀測并定性畫出TPM02與TPM03點波形，分析波形變化原因。（二） FSK解調1. 解調基帶FSK信號觀測首先用中頻電纜連接KO02和JL02，建立中頻通道。觀測FSK解調基帶信號測試點TPJ05波形，觀測時仍用發(fā)送數(shù)據(jù)作同步，比較兩者的對應關系。（1） 通過菜單選擇為1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。（2） 通過菜單選擇為0碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀察TPJ05信

11、號波形，測量并記錄其信號周期。試與FSK調制步驟（1）的測量結果進行比較。2. 解調基帶信號的李沙育波形觀測將示波器設置在（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。（2） 通過菜單選擇為0/1（或特殊嗎）輸入數(shù)據(jù)信號，測試并畫出李沙育信號波形。3. 接收位同步信號相位抖動觀測用發(fā)送時鐘TPM01信號作同步，輸入信號選擇為m序列，利用噪聲模塊的跳線，將噪聲增大到最大，測量接受時鐘TPM07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。4. 判決前抽樣點波形觀測理想情況下。正交相

12、乘經(jīng)低通濾波器之后在判決器之前的信號幅度應僅兩個值，這兩個值應是+A或-A。然而，實際的輸出并非如此，抽樣點的幅度有起伏，其主要原因有以下幾個方面。（1） 位定時抖動引起。由于位定時的抖動，一方面偏離了最佳判決點；另一方面還使前后的碼元產(chǎn)生了碼間串，從而引起判決之前的幅度起伏。（2） 剩余頻差的影響。由于收發(fā)頻率不同，當這種差別較大時，會引起判決之前的幅度起伏。（3） A/D量化時的直流漂移的影響。由于A/D在量化時存在直流漂移，從而引起判決之前的幅度起伏。（4） 線路噪聲的影響。當接收支路存在噪聲時，將引起判決之前的幅度的起伏。設置輸入信號為0/1碼，測試在無噪聲情況下判決前取樣點的波形，定

13、性畫出波形。調整噪聲模塊的跳線，分別將噪聲增加到中等和最大，觀測判決前取樣點的波形，定性畫出兩種情況下的波形。在觀察時，示波器的掃描時間選擇大約2ms觀測效果較好。5. 位定時同步和非同步狀態(tài)的觀測TPMZ07為接收端恢復的始終，在同步狀態(tài)下它與發(fā)端時鐘TPM01具有確定的相位關系。（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TPM01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關系。（2） 不斷按確認鍵，此時僅對DSP位定時提取環(huán)路初始化，讓環(huán)路重新調整鎖定，觀察經(jīng)過重新調整和鎖定后TPMZ07測試點位定時提取出的脈沖信號與發(fā)端定時脈沖TPM01的相位關

14、系是否發(fā)生了變化？其結論說明什么問題？（3） 在測試數(shù)據(jù)為全1或全0碼時重復試驗（2），并加以分析；斷開JL02接受中頻電纜，重復上述步驟（2），觀測TPM01和TPMZ07之間的相位關系，記錄并解釋測試結果。6 FSK調制輸入信號和解調輸出信號的測量測試點TPM02是調試輸入數(shù)據(jù)，TPM04是解調輸出數(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。六、 實驗結論分析（一） FSK調制1.基帶FSK信號觀測（1）在D/A模塊內的TPi03是基帶FSK波形。通過菜單選擇

15、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。（圖1）分析：此時最小分度為2us，信號周期為5*2=10us。（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。將測量結果與1碼比較。（圖2）分析：此時最小分度為5us，信號周期為4*5=20us。顯然與1碼相比其頻率較低。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系。（圖3）分析:將兩信號重疊，可觀察到波形相位差為90度，滿足正

16、交關系。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置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量，畫出李沙育波形。（圖4 輸入全1碼）（圖5 輸入全0碼）（圖6 輸入0/1碼）分析：對比圖4、5、6，當輸入全1、全0碼時，兩個李沙育波形基本一致，接近正圓形。當輸入0/1碼時，發(fā)現(xiàn)圖形出現(xiàn)虛影，也接近正圓形。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，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點波形的對應關系，畫出測量波形。（圖7）分

17、析：由圖可以看出，F(xiàn)SK信號此時是相位連續(xù)的，1碼的頻率為高頻，0碼頻率較1碼低。（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點的波形及對應關系。（圖8）分析：此時輸入為特殊碼序列，此段顯示序列為0100。5.FSK調制中頻信號波形觀測（1）調制模塊測試點TPK03為FSK調制中頻信號觀測點。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。觀測TPM02與TPK03點波形。（圖9）分析：圖中下面部分波形為中頻信號，波形模糊。（3）將正交調制輸入信號中的一路基帶調制信號斷開，重復（1）測量步驟。觀測并定性畫出TPM02與TPM03點波形，分析波形變

18、化原因。（圖10）（圖11）分析：分別去掉一路基帶調制信號后，波形如圖10、圖11所示。產(chǎn)生波形變化是因為去掉了正交信號或同相信號后使FSK頻譜發(fā)生變化。（二） FSK解調1.解調基帶FSK信號觀測（1）通過菜單選擇為1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。（圖12）分析：此時最小分度為2us，周期為8us。與FSK調制信號波形接近。（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調制步驟（1）的測量結果進行比較。（圖13）分析：此時最小分度為5us，周期約16us。與FSK調制信號周期接近。2.解調基帶信號的李沙育波形觀測

19、將示波器設置在（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。（圖14）分析：輸入數(shù)據(jù)為1碼時，李沙育波形為橢圓形。（2）通過菜單選擇為0/1（或特殊嗎）輸入數(shù)據(jù)信號，測試并畫出李沙育信號波形。（圖15）分析：輸入數(shù)據(jù)為0/1碼時，李沙育波形為橢圓形。（圖16）分析：輸入數(shù)據(jù)為特殊碼時，李沙育波形為橢圓形。3.接收位同步信號相位抖動觀測（圖17）分析：此時抖動范圍約為1/9時間間隔。4.判決前抽樣點波形觀測（1）無噪聲：（圖18）分析：在無噪聲的情況下，基本無失真。（2）中等噪聲（圖19）分析：在中等噪聲的情況下，失真較大。（3）噪聲最大（圖20）分析：在噪聲最大的情況下，失真嚴重，采樣時基本無法判斷電平。5.位定時同步和非同步