实验一 FSK调制实验_实验一fsk调制实验

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通信原理实验报告

实验名称：

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FSK调制实验

南京理工大学紫金学院电光系 实验一 FSK调制实验

1、实验目的2、了解FSK调制的基本工作原理；

3、掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现过程；

4、预备知识

5、数字信号的传输工作方式与基本工作过程；

6、FSK的基本工作原理；

7、正交调制与基带信号的表示方式；

8、软件无线电的基本概念；

9、实验仪器

10、工程“通信信道平台”实验箱

11、波器

通信网络一台； 20MHz示一台；

12、实验原理

在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1和0）。通常，FSK信号的表达式为：

SFSK2Ebcos(2fc2f)tTb2Ebcos(2fc2f)tTb0tTb

（二进制１）

SFSK0tTb

（二进制０）

其中2πΔf代表信号载波的恒定偏移。

产生FSK信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。不连续的FSK信号表达式为：

SFSK2Ebcos(2fHt1)Tb2Ebcos(2fLt2)Tb0tTb（二进制１）

SFSK0tTb（二进制０）其实现如图3.1-1所示：

振荡器fＨ放大振荡器fＬ输出输入数据

图3.1-1 非连续相位FSK的调制框图

由于相位的不连续会造频谱扩展，这种FSK的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不发展，越来越多地采用连继相位FSK调制技术。

目前较常用产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。因此，FSK可表示如下：

SFSK(t)2Ebcos[2fCt(t)]Tb2Ebcos[2fCt2kfTbtm(n)dn]

应当注意，尽管调制波形m（t）在比特转换时不连续，但相位函数θ（t）是与m（t）的积分成比例的，因而是连续的，其相应波形如图3.1-2所示：

图3.1-2连续相位FSK的调制信号

由于FSK信号的复包络是调制信号m（t）的非线性函数，确定一个FSK信号的频谱通常是相当困难的，经常采用实时平均测量的方法。二进制FSK信号的功谱密度由离散频率分量fc、fc+nΔf、fc-nΔf组成，其中n为整数。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。

FSK的信号频谱如图3.1-3所示。

图3.1-3 FSK的信号频谱

FSK信号的传输带宽Br，由Carson公式给出：

Br=2Δf+2B 其中B为数字基带信号的带宽。假设信号带宽限制在主瓣范围，矩形脉冲信号的带宽B=R。因此，FSK的传输带宽变为：

Br=2（Δf+R）

如果采用升余弦脉冲滤波器，传输带宽减为：

Br=2Δf+（1+α）R 其中α为滤波器的滚降因子。

在通信信道平台中，FSK的调制方案如下： FSK信号：

s(t)cos(w0t2fit)

其中：

fi{因而有：

f1f2当输入码为1当输入码为0

s(t)cosw0tcos2fitsinw0tsin2fitcosw0tcos(t)sinw0tsin(t)其中：

t

(t)2fct2Km(t)dt

如果结进行量化处理，采样速率为fs，周期为Ts，有下式成立：

(n)(n1)2fcTs2Km(n)Ts(n1)2Ts[fsKm(n)] (n1)2fiTs按照上述原理，FSK正交调制器的实现为如图3.1-4结构：

cos()f1f2z-1sin()正交调制器输入码流W0

图3.1-4 FSK正交调制器结构图

如时发送0码，则相位累加器在前一码元结束时相位(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f1Ts，直到该码元结束；如时发送１码，则相位累加器在前一码元结束时的相位(n)基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2f2Ts，直到该码元结束。

在通信信道FSK模式的基带信号中传号采用32KHz频率，空号采用16KHz频率，数据传输速率为8Kbps。

在FSK模式下，不采用FEC技术。制器提供的数据源有：

13、外加数据：通过信道接口模块提供数据；

14、全1码：可测试传号时的发送频率；

15、全0码：可测试空号时的发送频率；

16、01码：0101…交替码型，用作一般测试；

17、特殊码序列：周期为8的码序列，以便于常规示波器进行观察；

18、m序列：可用于对通道性能进行测试；

FSK调制器的结构如图3.1-5所示：

FPGATP402sin()外部数据全1码全0码01码特殊码序列m序列数据选择器32KHzD触发器相位累加16KHzcos()控制TP401发时钟D/AD/ATP801TP80320、将通信信道平台所有的短路器均于置于1-2状态（短路器置于左侧）。

低通滤波低通滤波TP802TP80421、按1.12节中的方式将通信信道平台设置成“FSK模式”。

图3.1-5 FSK调制器结构示意图

19、实验步骤

22、检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。

23、在菜单中选择不同的输入码型：

24、外部数据

25、全1码

26、全0码27、0/1码

28、特殊码序列

29、m序列码

30、观察发送数据测量点TP402与TP803（或TP804）之间的关系：TP402是发送数据信号，TP803基带FSK波形，以TP402作为同步信号，可以看出TP402与TP803有明确的信号对应关系，在码元的切换点发送波形的相位连续；

31、观察TP803、TP804两测量点的波形，判断它们之间的关系。

32、观察TP803、TP804两测量点的李沙育x-y的波形：TP803与TP804为FSK的正交基带信号，其李沙育图形应为一个圆。在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号；不然如果只采用一路同相FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号，这需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器，如图3.1-6所示：

幅度正交调制幅度中频频谱基带频谱频率一般调制幅度频率频率带通滤波器 图3.1-6 FSK的频谱调制过程

33、实验报告

34、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 ? 答：一般FSK调制方式产生FSK信号的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的。而FSK正交调制方式产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是连续的。在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号，不然如果只采用一路同相FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号

35、画出各测量点工作波形。

36、为什么TP803、TP804的信号具有正交性。答：加了本地载波cos(w0t）的作用

4、心得体会

本次实验并不难，最主要的是掌握基础知识，除此之外，要熟悉实验箱上的各个功能分块，能够准确知道每个模块的各个作用和功能，对实验的内容，也要了解。这次的实验让我对2FSK的调制有了进一步的认识，同时提高了我的动手能力，达到了学以致用的效果！