通信原理实验一通信原理实验一.docVIP

实验一 FSK传输实验 一、实验目的 熟悉FSK调制和解调基本工作原理 掌握FSK数据传输过程 掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现方法 掌握FSK性能的测试 了解FSK在噪声下的基本性能 二、实验仪器 ZH7001通信原理综合实验系统 一台 20MHz双踪示波器 一台 ZH9001型误码测试仪（或GZ9001型） 一台 频谱分析仪 一台 三、实验原理 （一）FSK调制 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： （二进制１） （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： （二进制１） （二进制０） 其实现如图4.1.1所示： 图4.1.1 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断发展，越来越多地采用连续相位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： 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4.1.2所示： 图4.1.2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减。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减。 FSK的信号频谱如图4.1.3所示。 图4.1.3 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。 在通信原理综合实验系统中，FSK的调制方案如下： FSK信号： 其中： 因而有： 其中： 如果进行量化处理，采样速率为fs，周期为Ts，有下式成立： 按照上述原理，FSK正交调制器的实现为如图4.1-4结构： 图4.1.4 FSK正交调制器结构图 如果发送0码，则相位累加器在前一码元结束时相位基础上，在每个抽样到达时刻相位累加，直到该信号码元结束；如发送１码，则相位累加器在前一码元结束时的相位基础上，在每个抽样到达时刻相位累加，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频率，空号采用频率。在FSK模式下，不采用汉明纠错编译码技术。调制器提供的数据源有： 外部数据输入：可来自同步数据接口、异步数据接口和m序列； 全1码：可测试传号时的发送频率（高）； 全0码：可测试空号时的发送频率（低）； 0/1码：0101…交替码型，用作一般测试； 特殊码序列：周期为7的码序列，以便于常规示波器进行观察； m序列：用于对通道性能进行测试； FSK调制器基带处理结构如图4.1.5所示： （二）FSK解调 对于FSK信号的解调方式很多：相干解调、滤波非相干解调、正交相乘非相干解调。 FSK相干解调 FSK相干解调要求恢复出传号频率（）与空号频率（），恢复出的载波信号分别与接收的FSK中频信号相乘，然后分别在一个码元内积分，将积分之后的结果进行相减，如果差值大于0则当前接收信号判为1，否则判为0。相干FSK解调框图如图4.1.6所示： 图4.1.6 相干FSK的解调框图 相干FSK解调器是在加性高斯白噪声信道下的最佳接收，其误码率为： 相干FSK解调在加性高斯白噪声下具有较好的性能，但在其它信道特性下情况则不完全相同，例如在无线衰落信道下，其性能较差，一般采用非相干解调方案。 FSK滤波非相干解调 图4.1.7 非相干FSK接收机的方框图 对于FSK的非相干解调一般采用滤波非相干解调，如图4.1.7所示。输入的FSK中频信号分别经过中心频率为、的带通滤波器，然后分别经过包络检波，包络检波的输出在t=kTb时抽样（其中k为整数），并且将这些值进行比较。根据包络检波器输出的大小，比较器判决数