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1、第一章 实验系统概述1.1 电路组成概述在通信原理综合实验系统中，主要由下列功能模块组成1、显示控制模块2、FPGA 初始化模块3、信道接口模块4、DSP+FPGA 处理模块5、D/A 模块6、中频调制模块7、中频解调模块8、A/D 模块9、测试模块10、汉明编码模块11、汉明译码模块12、噪声模块13 、电话接口（ 1 、 2）模块14、DTMF （ 1 、 2）模块15、PAM 模块16 、ADPCM （ 1 、 2）模块17 、CVSD 发模块18 、CVSD 收模块19 、帧传输复接模块20、帧传输解复接模块21 、AMI/HDB3 码模块22、CMI 编码模块23、CMI 译码模块2
2、4、模拟锁相环模块25、数字锁相环模块该硬件平台电路布局见图 1.1.1 所示，每个测试模块都能单独开设实验。 在通信原理综合实验系统中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平台电路板的下面，它主要完成交流220V到+5V、+12V、-12V的直流变换，给整个硬件平台供电。在平台上具有友好的人机接口界面设计，学生可以通过键盘选择相应的工作模式与设 置有关参数。菜单可选择方式及设置参数 1.2一节。通信原理综合实验系统通过下面几个端口与外部进行连接：1. JH02 （实验箱左端同步口模块内）：同步数据接口方式。该接口电平特性为 RS422，通过该端口接收外部来的发送数据，并送入调制器
3、中；同时将解调 器解调之后的数据通过该端口送往外部设备。在该接口中，还包括调制解调器提供的收发时钟信号。在使用RS422接口时需要通过菜单设置，选择调制器输入信号为“外部数据信号”。2. K002 （实验箱中上部左端的中频Q9连接器）：为中频发送信号连接器，调制后的中频信号通过该口对外输出，一般通过中频同轴电缆送入信道仿真平 台（JH6001）或自环送到接收端设备。3. JL02 （实验箱中上部右端的中频Q9连接器）：从信道中来的中频信号（如加噪后的中频信号、无线衰落后的低中频信号）由该端口输入，送入解调模块 中进行解调。4. J007 （数字测试信号输入）、J005 （模拟测试信号输入）、J
4、006 （地）（在实验 箱左端的信号输入接头）：为测试信号输入湍，用于向通信原理综合实验系 统中送入各种测试信号。 测试信号的输入能否加入测试模块还与测试模块的跳线器设置有关，具体见测试步骤。5. JF01、JG01 :标准异步数据端口 A （JF01 ）和B （JG01）。A至U B的异步传 输经过信道传输，B到A为直通方式。通信原理综合实验系统接口布局见图所示。中频输出中频输入终端数据端口 AJF01同步数据端口测试输入信号JH02J007J005J006PH0NE1sPH0NE2JG01K002 JL02通信原理实验系统终端数据端口 B图1.1.2通信原理综合实验系统接口布局示意图1.2
5、通信原理综合实验系统使用说明书在通信原理综合实验系统中，各模块的功能实现，需初始化不同的FPGA程序与数字信号处理DSP程序，并对它们进行一定的管理。 这些都是通过操作界面进行选择、控制的。在系统加电之后，系统按照上次关机前选择的模式进行初始化， 在这期间DSP+FPGA 模块中的初始化灯（DV01 ）熄灭。当初始化完成之后，初始化灯亮。在这之后大约经过5秒钟之后，完成相应模式参数的设置。在这过程中，液晶显示器一直显示以下内容：通信原理实验完成初始化与参数设定后，液晶显示：调制方式选择之后，将等待使用者的输入，使用者必须按下箭头键（除复位键外，其它键将不起作 用），将进入前一次使用者选择的界面
6、。使用者通过上、下箭头键进行下列菜单的选择:菜单1:菜单2:菜单3:菜单4:菜单5:菜单6:菜单7:菜单8菜单9:菜单1 0菜单1 1菜单1 2菜单1 3菜单14:菜单15:通过上下箭头，使用者可以在菜单1到菜单15之间移动，对已选择的模式或参数的菜单打勾，否则显示手形图案。如要选择某一种模式，当移至该菜单时按确认键即可。当使用者在菜单2到菜单4任一菜单上进行确认时， 系统对学生选择的模式进行初始化，在这期间左边的初始化灯（DV01 ）熄灭。当初始化完成之后，初始化灯亮。在这之后大约经过5秒钟，完成相应模式参数的设置，并且在该菜单上打勾。菜单2- 4是调制方式选择；菜单 6- 11是输入数据选
7、择；菜单 13是一个复选菜单： 第一次确认选择，第二次按确认则取消该参数的设置；菜单14- 15是语音编码方式选择。第二章数字调制技术实验一 FSK传输系统实验、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（称为咼音和低音，代表二进制的1和0）。通常，FSK信号的 表达式为:Sfsk. 2Eb cos（2 fc 2 f）t 0 t Tb-b（二进制1）SfskCOS（2 仁 2 f ）t 0 t % b（二进制0）其中2nA f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
8、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：2 Ebcos（2fHtJ0tTb（二进制1）SFSK、Tb COS（2fLt2）0tTb-Tb（二进制 0）SFSKTb其实现如图2.1-1所示:图非连续相位FSK的调制框图载波振荡器进行频率调制。因此,cos2 fCtt2 kf m(n)dn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FSK可
9、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B(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：1data1 T111r1051 01 11o0 (L 11J1020304060ID3030405060图连续相位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+n f、fc-n f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幕衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数
10、按照频率偏移的 负二次幕衰落。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=2 f+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)如果采用升余弦脉冲滤波器，传输带宽减为：Br=2 f+ (1+ a) R其中a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：S(t) COS(Wot 2 fi t)其中：f当输入码为1* f2当输入码为0因而有：s(t) coswot cos2 fi t sin wtsin 2 f tcosw0t cos
11、(t) sin w0tsin (t)其中：t(t)2 fct 2 K m(t)dt如果进行量化处理，采样速率为fs,周期为Ts,有下式成立：(n)(n1)2fcTs2 Km(n)Ts(n1)2Tsfs Km( n)(n1)2fiTs按照上述原理，FSK正交调制器的实现为如图 2.1-4结构:图2.1.4 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 f.Ts，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（n）基础上，在每个抽样到达时刻相位累加2 f2Ts，直到该信号码元结束。在通信信道FSK模式的基带信
12、号中传号采用fH频率，空号采用fL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：（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（fH ）与空号频率（f
13、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:PeQC N巳）0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滤波非相干解调接收的FSK信号图2.2.2 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，如图所示。输入的FSK中频信号分别经过中心频率为fH、fL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：Pe丄exp（旦2 2N0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的数字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 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FS
