实验二 FSK传输系统实验

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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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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：
e 2FSK (t)=[∑n n a
g(t-nT s )]cos(ω1t+Φn )+ [∑n n a g(t-nT s )]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+2πf i t)
其中：f i = f 1 (当输入码为1)
f i = f 2 (当输入码为0)
有： s(t)= cosω0tcos2πf i t - sinω0tsin2πf i t
= cosω0tcos θ(t)- sinω0tsin θ(t)
其中：θ(t)= 2πf c t+2πK
∫∞−t t m )(dt
进行量化处理，采样速率为f s ，周期为T s ，有下式成立：
θ(n)=θ(n-1)+ 2πf c T s +2πKm(n) T s
=θ(n-1)+ 2πT s [f s +Km(n)]
=θ(n-1)+ 2πf i T s
本实验系统FSK 调制基带处理结构示意图如图2.2
所示：
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图2.2 FSK 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2.3 FSK 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2.4 FSK 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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图2.5 FSK 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：
2 R(t) R’(t)=2 cos(ω0t±△ωt) cos(ω0±△ω) (t-τ)
= cos[2 (ω0±△ω) t-(ω0±△ω)τ]+ cos[(ω0±△ω)τ]
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：
2 R(t) R’(t)≈sin(±△ω)τ= ±sin△ωτ
因而，经过积分器后，输出信号大小为：T b sin△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
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。

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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
(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。

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
(3).
(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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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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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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