【2017年整理】FSK传输系统实验.doc

FSK传输系统实验（1周） 一、实验原理和电路说明 （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1所示： 图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： 应当注意，尽管调制波形m（t）t）m（t）2所示： 图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）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所示。 图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=32k(理论) 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结构： 图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；如时发送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。 （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。 １、FSK相干解调 FSK相干解调要求恢复出传号频率（）（）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6所示： 图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。 ２、FSK滤波非相干解调 图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。 FSK滤波非相干解调方法一般采用模拟方法来实现，该方法不太适合对FSK的数字化解调。对于FSK的数字化实现方法一般采用正交相乘方法加以实现。 ３、FSK的正交相乘非相干解调 FSK的正交相乘非相干解调框图如图8所示： 图8 FSK正交相乘非相干解调示意图 输入的信号为 传号频率为： 空号频率为： 在上图中，延时信号为： 其中?为延时量。 相乘之后的结果为： 在上式中，第一项经过低通滤波器之后可以滤除。当时，上式可简化为： 因而经过积分器（低通滤波器）之后，输出信号大小为：，从而实现了FSK的正交相乘非相干解调。 AB两点的波形如图9所示： 图9 差分解调波形 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10所示： 图10 FSK解调 二、实验内容 （一）FSK调制 将KP03放置在FSK端。 测量FSK系统输入码元传输速率。TPM01为发送码元传输时钟，记为fb。 FSK传号频率和空号频率测量 K