【精选】实验一 FSK调制实验

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1、通信原理实验报告实验名称： FSK 调制实验姓 名：学 号：班 级：时 间：南京理工大学紫金学院电光系实验一 FSK 调制实验一、 实验目的1、 了解 FSK 调制的基本工作原理；2、 掌握 FSK 正交调制的基本工作原理与实现过程；二、 预备知识1、 数字信号的传输工作方式与基本工作过程；2、 FSK 的基本工作原理；3、 正交调制与基带信号的表示方式；4、 软件无线电的基本概念；三、 实验仪器1、 通信网络工程“通信信道平台”实验箱 一台；2、 20MHz 示波器 一台；四、 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

2、 和 0） 。通常，FSK 信号的表达式为：（二进制）bcbFSK TttffTE)2os(2（二进制）bcbS ttff0其中 2f 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）bHbFSK TttfTE0)2cos(1（二进制）bLbS ttf2其实现如图 3.1-1 所示：输 入 数 据振 荡器 f振 荡器 f 放 大 输 出图 3.1-1 非连续相位 FSK 的调制框图由于相

3、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： )(2cos2)( tfCbbFSK dnmktfTEtft 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 （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

4、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+nf、fc-nf 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=2f+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（f+R ）如果采用升余

5、弦脉冲滤波器，传输带宽减为：Br=2f+（1+ ）R其中 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： )2cos()0tftwti其中： 121当 输 入 码 为当 输 入 码 为fi因而有： )(sin)(cos2)( 00 twtffts ii其中： tcdmKtft)(2)(如果结进行量化处理，采样速率为 fs，周期为 Ts，有下式成立：si sscTfnnf2)1()()按照上述原理，FSK 正交调制器的实现为如图 3.1-4 结构：f1f2输 入 码 流cos( )sin( ) 正交调制器 W0z-1图 3.1-4 FSK 正交调制器结构图如时发送

6、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)(n刻相位累加 ，直到该码元结束；如时发送码，则相位累加器在前一码元结束时的sTf12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。)(n sTf2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：1、 外加数据：通过信道接口模块提供数据；2、 全 1 码：可测试传号时的发送频率；3、 全 0 码：可测试空号时的发送频率；4、 01 码：0101交替码型，用作一般测试；5、 特殊码序

7、列：周期为 8 的码序列，以便于常规示波器进行观察；6、 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：外部数据全1码全0码01码特殊码序列m序列数据选择器控制发时钟D触发器32KHz16KHz相位累加 sin( )cos( )D/AD/A低通滤波低通滤波TP401 TP402TP802 TP801TP804 TP803FPGA图 3.1-5 FSK 调制器结构示意图五、 实验步骤1、 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） 。2、 按 1.12 节中的方式将通信信道平台设置成“FSK 模式” 。3、 检查 DSP 是否正常工作：测

8、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。4、 在菜单中选择不同的输入码型：（） 外部数据（） 全 1 码（） 全 0 码（） 0/1 码（） 特殊码序列（） m 序列码5、 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；6、 观察 TP803、TP804 两测量点的波形，判

9、断它们之间的关系。7、 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：正 交 调 制频 率频 率幅 度幅 度幅 度频 率一 般 调 制基 带 频 谱中 频 频 谱带 通 滤 波 器图 3.1-6 FSK 的频谱调制过程六、 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

10、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2、 画出各测量点工作波形。3、 为什么 TP803、TP804 的信号具有正交性。答：加了本地载波 ）的作用tw0cos(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！