通信原理FSK调制解调实验报告 - 图文

上海电力学院 实验报告

实验课程名称：通信原理

实验项目名称：FSK调制解调实验 姓名：杨琳琳 学号： 20111957 班级：2011072班 实验时间： 2013/11/12 成绩：

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 性能的测试；

4、了解 FSK 在噪声下的基本性能； 二：实验设备

1． 通信原理实验箱； 一台 2． 20MHz 双踪示波器； 一台 3． 函数信号发生器； 一台 4． 误码仪 ，共用一台 三：实验原理

1．FSK 调制原理： 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）。

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：

其实现如图所示：

由于相位的不连续会造成频谱扩展，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，其相应波形如图所示：

FSK 的信号频谱如图所示。

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：

按照上述原理，FSK 正交调制器的实现为如图 结构：

如发送 0 码，则相位累加器在前一码元结束时相位θ (n) 基础上，在每个抽样到达时刻 相位累加 2πf1Ts ，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θ (n) 基础上，在每个抽样到达时刻相位累加 2πf 2Ts ，直到该信号码元结束。

在通信信道 FSK 模式的基带信号中传号采用 f H 频率，空号采用 f L 频率。在 FSK 模式 下，不采用采用汉明纠错编译码技术。调制器提供的数据源有：

1、 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； 2、 全 1 码：可测试传号时的发送频率（高）； 3、 全 0 码：可测试空号时的发送频率（低）； 4、 0/1 码：0101…交替码型，用作一般测试；

5、 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； 6、 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 所示：

2．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。 １、FSK 相干解调

FSK 相干解调要求恢复出传号频率（ f H ）与空号频率（ f L ），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 解调框图如图所示：

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。

２、FSK 滤波非相干解调

对于FSK的非相干解调一般采用滤波非相干解调，如上图所示。输入的FSK中频信号分 别经过中心频率为 f H 、f L 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 数据比特是 1 还是 0。

使用非相干检测时 FSK 系统的平均误码率为：

在高斯白噪声信道环境下 FSK 滤波非相干解调性能较相干 FSK 的性能要差，但在无线 衰落环境下，FSK 滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。 在FSK 中位定时的恢复见 BPSK 解调方式。

通信原理实验的 FSK 模式中，采样速率为 96KHz 的采样速率（每一个比特采 16 个样 点），FSK 基带信号的载频为 24KHz，因而在 DSP 处理过程中，延时取 1 个样值。

FSK 的解调框图如图所示：

四：实验步骤： （一）FSK 调制

1．FSK 基带信号观测

（1）TPi03 是基带 FSK 波形（D/A 模块内）。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），测量其两信号是否满足正交关系。

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