北京交通大學(xué)-通信原理實(shí)驗(yàn)-FSK實(shí)驗(yàn)

北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告通信原理實(shí)驗(yàn)電子信息工程學(xué)院學(xué)生：：指導(dǎo)教師： 王根英日期： 2014.12.09上課時(shí)間：星期 2 第 5大節(jié)通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第1頁(yè)P(yáng)AGEPAGE1實(shí)驗(yàn)八FSK傳輸系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。熟悉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄B和附錄C相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)熟悉的內(nèi)容：了解軟件無(wú)線電的基本概念；FSK思考題。FSKVCO件來(lái)實(shí)現(xiàn)。FSKVCO件來(lái)實(shí)現(xiàn)。FSKFSKFSKFSK信號(hào)波形碼元之間沒(méi)有跳變。定時(shí)抖動(dòng)是什么意思？如何用示波器觀察定時(shí)抖動(dòng)？通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第2頁(yè)P(yáng)AGEPAGE2定時(shí)抖動(dòng)指的是解調(diào)后碼元起始位置的抖動(dòng)和不確定。要觀察定定時(shí)抖動(dòng)指的是解調(diào)后碼元起始位置的抖動(dòng)和不確定。要觀察定時(shí)抖動(dòng)，應(yīng)該使用輸入信號(hào)作為同步，這時(shí)可以觀測(cè)到解調(diào)后波形的抖動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腇SKFSKFSKFSK三、實(shí)驗(yàn)儀器ZH5001A20MHz四、基本原理FSK在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定的載波頻率隨著輸入數(shù)字信號(hào)的變化而變化。FSK信號(hào)的表達(dá)式為SFSKS

f0f

tTstT

10FSK 0 s式中A表示載波幅度，f0表示載波頻率，f公了表示FSK信號(hào)通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第3頁(yè)P(yáng)AGEPAGE3T表示碼元的周期。sFSK01，在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的信號(hào)在切換時(shí)刻的FSKFSK的不連續(xù)會(huì)造成頻譜擴(kuò)展，隨著數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多FSKFSK到了一定限制，頻譜寬度較窄，提高了頻帶利用率?；贔PGA產(chǎn)生FSK信號(hào)較常用的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號(hào)，利用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制。FSK可以表示為SFSK

(t)

t(t))0SFSK

(t)Acos(2f

tK0

t s(t)dt)這里，A為載波幅度，Kp為調(diào)相指數(shù)，s(tFSK9-19-1(a）中s(t是數(shù)字調(diào)制信號(hào)101101019-1(bs(t信號(hào)的積分，利用積分信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，就可以得到數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)積分后得到的信FSK通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第4頁(yè)P(yáng)AGEPAGE4FSKFSK理進(jìn)行分析。FSKS (t)tft)FSK 0 i其中f

當(dāng)輸入碼為1f1i f 當(dāng)輸入碼為00FSK信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為(t)0

fiFSK信號(hào)的瞬時(shí)相位為(t)fFSK信號(hào)可表示為

tft0 i通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第5頁(yè)P(yáng)AGEPAGE5S (t)costcosftsintsinftFSK 0 i 0 icostcos(t)sintsin(t)0 0式中 (t)=2fti如果利用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)FSK信號(hào)的產(chǎn)生，就要對(duì)上式數(shù)字化處理，也就是要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，設(shè)采樣周期為Ts

,可以得到(n)(n1)2fT+2fT0s iss0i=(n1)2T[f+f]s0i=(n1)fTsFSK0(n1)基礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加fT11s相位累加器在前一碼元結(jié)束時(shí)相位(n1)基礎(chǔ)上，在每個(gè)抽樣到達(dá)時(shí)刻相位累加fT，直到該碼元結(jié)束。實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)SK2s采用高頻了fHfLFSK通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第6頁(yè)P(yáng)AGEPAGE6FSKFSKFSK輸入信號(hào)為：s(t)tt)000

在圖9-3中，延時(shí)信號(hào)為：通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第7頁(yè)P(yáng)AGEPAGE7s'(t)cos[(0

(t)]其中為延時(shí)量。相乘之后結(jié)果為：2s(t)s'(t)2cos(0

)tcos[()(t)]0=cos[2(0

)t)]0

)]式中，第一項(xiàng)進(jìn)過(guò)低通濾波器之后可以濾除。當(dāng)0

=2

時(shí)，可簡(jiǎn)化為：2s(t)s'(t)sin()=sin因而經(jīng)過(guò)積分器（低通濾波）之后，輸出信號(hào)大小為TS

sin，從FSKABKz（6，F(xiàn)SK24kHzDSP1FSKFSK調(diào)制電路如圖9-22所示。FSK調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)源可以通過(guò)實(shí)通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第8頁(yè)P(yáng)AGEPAGE8驗(yàn)箱右下角的菜單選擇，可以有以下幾種選擇輸入。外部數(shù)據(jù)輸入?？蓙?lái)自同步數(shù)據(jù)接口、異步數(shù)據(jù)接口和m1（高。0（低。0/1017mFPGAFSKD/ATPi03TPi04FSKFSKFSK9-23通信原理實(shí)驗(yàn)第PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)第9頁(yè)P(yáng)AGEPAGE9FSK解調(diào)電路通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE10頁(yè)P(yáng)AGEPAGE10五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：首先將通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱菜單中的調(diào)制方式設(shè)置成"FSKTPMZ07位按鈕對(duì)硬件進(jìn)行初始化。(一)FSK調(diào)制基帶FSK信號(hào)觀測(cè)D/ATPi03FSK1碼輸入數(shù)據(jù)信觀測(cè)TPi03信號(hào)波形，測(cè)量其信號(hào)周期。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE11頁(yè)P(yáng)AGEPAGE11周期為26μs。周期為26μs。0TPi031通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE12頁(yè)P(yáng)AGEPAGE12周期為52μs。周期為52μs。發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)時(shí)域波形觀測(cè)TPi03TPi04FSK1（0，測(cè)量?jī)尚盘?hào)的時(shí)域波形，畫出測(cè)試波形。通過(guò)測(cè)試波形分析兩信號(hào)是否滿足正交關(guān)系。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE13頁(yè)P(yáng)AGEPAGE13TPi03TPi0490°，即兩者之間相位存在正交關(guān)系。發(fā)端同相支路和正交支路信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在(x-y)方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性。過(guò)菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測(cè)量，畫出李沙育波形。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE14頁(yè)P(yáng)AGEPAGE14TPi04輸入碼型時(shí)，波形稍有抖動(dòng)，但基本呈圓形。連續(xù)相位基帶FSK2?發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)A模塊左下?，?基帶FSK波形。通過(guò)菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)，并以TPM02作為同步信號(hào)。觀測(cè)TPMO2與TPi03點(diǎn)波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫出測(cè)量波形。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE15頁(yè)P(yáng)AGEPAGE15TPMO2TPi03TPMO20/1TPi03FSKFSKFSKTPM02、TPi03通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE16頁(yè)P(yáng)AGEPAGE16TPMO2TPi03TPMO210011110；從TPi03FSKFSK0’碼FSK不存在跳變。FSK調(diào)制中頻信號(hào)波形觀測(cè)FSKFSKFSKFSKFSK通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE17頁(yè)P(yáng)AGEPAGE17雜的中頻窄帶濾波器，這種方法的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。本實(shí)驗(yàn)中采用的是正交調(diào)制相加抵消法去掉其中一個(gè)FSK頻譜的。上方為TPMO2波形，下方為TPK03波形。TPK03FSK0/1TPM02TPK03上方為TPMO2波形，下方為TPK03波形。(3)將正交調(diào)制輸入信號(hào)中的一路基帶調(diào)制信號(hào)斷開(D/AKi01Ki02，重復(fù)TPM02通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE18頁(yè)P(yáng)AGEPAGE18TPMO2TPK03與(1)相比較，此時(shí)少了一路基帶信號(hào)，頻譜上面有一個(gè)邊帶不能相互抵消，因此輸出波形不再是幅度不變的正弦波，而是與DSB信號(hào)類似的波形。并且其中存在載波反相點(diǎn)。(二)FSK解調(diào)解調(diào)基帶FSK信號(hào)觀測(cè)首先用中頻電纜連接KO02和JL02，建立中頻通道。測(cè)量FSK解調(diào)基帶信號(hào)測(cè)試點(diǎn)TPJ05的波形，觀測(cè)時(shí)仍用發(fā)送數(shù)據(jù)（TPMO2）作通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE19頁(yè)P(yáng)AGEPAGE19同步，比較兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)菜單選擇為1碼輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，觀察TPJ05信號(hào)波形，測(cè)量并記錄其信號(hào)周期。0TPJ05FSK（1)的測(cè)量結(jié)果比較。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE20頁(yè)P(yáng)AGEPAGE20解調(diào)基帶信號(hào)的李沙育波形觀測(cè)將示波器設(shè)置在(x-yTPJ05TPJ061（0）李沙育信號(hào)波形。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE21頁(yè)P(yáng)AGEPAGE2190°，因此李沙育波形是一個(gè)圓。0/1（或特殊碼出李沙育信號(hào)波形。通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE22頁(yè)P(yáng)AGEPAGE22頻率就對(duì)應(yīng)了一個(gè)圓。接收位同步信號(hào)相位抖動(dòng)觀測(cè)將噪聲增加到最大，接收時(shí)?TPMZ07的抖動(dòng)大約為0.1-0.3個(gè)UI。用發(fā)送時(shí)?TPMOI（DSP+FPGA模塊左下?）信號(hào)作同步，輸入信號(hào)選擇為m序列，利用噪聲模塊的跳線，將噪聲增加到最大，測(cè)量接收時(shí)?TPMZ07（DSP芯片左端）的抖動(dòng)情況，估計(jì)定時(shí)的抖動(dòng)值，抖動(dòng)的單位用單位間隔(UI)來(lái)描述。將噪聲增加到最大，接收時(shí)?TPMZ07的抖動(dòng)大約為0.1-0.3個(gè)UI。判決前抽樣點(diǎn)波形觀測(cè)理想情況下，正交相乘經(jīng)低通濾波之后在判決器之前的信號(hào)幅度應(yīng)通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE23頁(yè)P(yáng)AGEPAGE23僅兩個(gè)值，這兩個(gè)值應(yīng)是+A-A,的幅度有起伏，其主要原因有以下幾個(gè)方面。位定時(shí)抖動(dòng)引起。由于位定時(shí)的抖動(dòng)，一方面偏離了最佳判決點(diǎn)；另一方面還使前后的碼元產(chǎn)生了碼間串?dāng)_串(ISI)，之前的幅度起伏。會(huì)引起判決之前的幅度起伏。A/DA/D漂移，從而引起判決之前的幅度起伏。的幅度的起伏。沒(méi)有誤碼的波形：0/1定性畫出波形。調(diào)整噪聲模塊的跳線，分別將噪聲增加到中等和最大，觀測(cè)判決前取樣點(diǎn)的波形，定性畫出兩種情況下的波形。在觀察時(shí)，示2ms沒(méi)有誤碼的波形：通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE24頁(yè)P(yáng)AGEPAGE24可以看出，此時(shí)解調(diào)輸出的波形基本與輸入的波形一樣，這樣來(lái)說(shuō)抽樣可以看出，此時(shí)解調(diào)輸出的波形基本與輸入的波形一樣，這樣來(lái)說(shuō)抽樣判決后的可以正確的求出原信號(hào)。噪聲為一半的波形：通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE25頁(yè)P(yáng)AGEPAGE25可以看出，此時(shí)解調(diào)后的波形抖動(dòng)很大了，抽樣判據(jù)判決后基本可以得可以看出，此時(shí)解調(diào)后的波形抖動(dòng)很大了，抽樣判據(jù)判決后基本可以得到原始信號(hào)。噪聲加到最大：通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE26頁(yè)P(yáng)AGEPAGE26噪聲加大最大后，解調(diào)后的波形就基本不能分開，因此沒(méi)法正確得到原噪聲加大最大后，解調(diào)后的波形就基本不能分開，因此沒(méi)法正確得到原始信號(hào)。位定時(shí)同步和非同步狀態(tài)的觀測(cè)TPMZ07為?收端恢復(fù)的時(shí)?，在同步狀態(tài)下它與發(fā)端時(shí)?TPMOI具有確定的相位關(guān)系。mTPMZ07通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE27頁(yè)P(yáng)AGEPAGE27上方為TPM01，下方為TPMZ07，此時(shí)可以正確的同步。上方為TPM01，下方為TPMZ07，此時(shí)可以正確的同步。不斷按確認(rèn)鍵，穩(wěn)定之后鎖定后的TPMZ07定時(shí)脈沖在同一位置，不會(huì)變化。這說(shuō)明只要有信號(hào)就可以正確的重新鎖定定時(shí)脈沖。不斷按確認(rèn)鍵，此時(shí)僅對(duì)DSPTPMZ07TPMO1不斷按確認(rèn)鍵，穩(wěn)定之后鎖定后的TPMZ07定時(shí)脈沖在同一位置，不會(huì)變化。這說(shuō)明只要有信號(hào)就可以正確的重新鎖定定時(shí)脈沖。10（2，并加以分析；JL02（2I通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE通信原理實(shí)驗(yàn)PAGE28頁(yè)P(yáng)AGEPAGE28110TPMZ0710有跳變，就相當(dāng)于沒(méi)有信號(hào)，不能正確的重新鎖定定時(shí)脈沖。FSK調(diào)制輸入信號(hào)和解調(diào)輸出信號(hào)的測(cè)量特殊碼序列輸入輸出波形：測(cè)試點(diǎn)TPM02是調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，TPM04是解調(diào)輸出數(shù)據(jù)。通過(guò)菜單選擇特殊碼序列和0/1碼數(shù)據(jù)輸入，觀測(cè)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)是否正確。觀測(cè)時(shí)，用TPM02點(diǎn)信號(hào)同步。畫出選擇輸入特殊碼序列和0/1碼時(shí)