通信基础学习知识原理实验FSK传输系统系统试验.doc

.\ 通信原理实验 专 业：通信工程 班 级： 姓 名： 指导老师： 日 期：2014.6.9 实验一 FSK传输系统系统试验 1． 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 正交调制的基本工作原理与实现方法； 4. 掌握 FSK 性能的测试； 5. 了解 FSK 在噪声下的基本性能。 2． 实验仪器 1. JH5001通信原理综合实验系统 2. 20MHz双踪示波器 3． 实验内容 测试前检查：首先将通信原理综合实验系统调制方式设置成“FSK 传输系统”；用示波器测量TPMZ07 测试点的信号，发现有脉冲波形，则说明实验系统已正常工作。 （1） 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。如图1.1.1所示。 (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。如图1.1.2所示。将测量结果与1 码比较。 图1.1.1 全1码的基带信号 图1.1.2 全0码的基带信号 分析：由图可知，输入全1码时的基带信号周期约为27us，输入全0码时的基带信号周期约为54us，则输入全0码时的基带信号周期约为全1码时的2倍。 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0 码，测量其两信号是否满足正交关系。波形如图1.1.3所示。 图1.1.3 TPi03 和TPi04波形 分析：由图可以看出TPi03 和TPi04的波形相位相差π，满足正交关系。 思考：产生两个正交信号去调制的目的是防止码间串扰。 3. 发端同相支路和正交支路信号的李沙育波形观测 将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育应为一个圆。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量。输入码型为全0码、全1码、0/1码和特殊码是的李沙育波形分别如图1.1.4、图1.1.5、图1.1.6和图1.1.7所示。 图1.1.4 全0码 图1.1.5 全1码 图1.1.6 0/1码 图1.1.7 特殊码 分析：输入各种不同的码序列得到的李沙育图形都呈现出圆形。 4. 连续相位FSK调制基带信号观测 TPM02是发送数据信号（DSP+FPGA模块左下脚），TPi03是基带FSK 波形。测量时，通过菜单选择为0/1码输入数据信号，并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与TPi03点波形应有明确的信号对应关系。并且，在码元的切换点发送波形的相位连续。如图1.1.8所示。通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号，重复上述测量步骤。记录测量结果，如图1.1.9所示。 图1.1.8 0/1码 图1.1.9 特殊码 思考：图中，观测两重叠波形，TPM02为高时，TPi03的频率高，TPM02为低时，TPi03的频率低，但TPi03的波形连续，即非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是连续的。 5. FSK调制中频信号波形观测 (1) .选择0/1码输入数据信号，以TPM02作为同步信号,观测TPM02与TPK03点波形有明确的信号对应关系,如图1.1.10所示。 (2) .选择特殊序列码输入数据信号，重复上述测量步骤，如图1.1.11所示。 (3) .断开跳线器Ki01或Ki02，重复上述测量步骤。观测信号波形的变化，分析变化原因，如图1.1.12和图1.1.13所示。 图1.1.10 0/1码 图1.1.11 特殊码 图1.1.12 0/1码 图1.1.13 特殊码 分析：将正交调制输入信号中的一路基带调制信号断开后，由图可知，波形总体上不变，但频率分量有所增加。这是因为在FSK正交方式调制中，如果只采用一路同向FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号，使频率分量增加。 （2） FSK解调 1. 解调基带FSK信号观测 用中频电缆连结KO02和JL02，测量解调基带信号测试点TPJ05，用TPM02作同步。 (1) .选择1码，观测TPJ05测量其信号周期,如图1.2.1所示； (2) .选择为0/1码，观测TPJ05，如图1.2.2所示。根据观测结果，分析解调端的基带信号与发送端基带波形（TPi03）不同的原因。 图1.2.1 全1码 图1.2.2 0/1码 分析：全1码输入时，TPJ05的输出波形的频率不变；0/1码输入时，高电平处TPJ05的频率高，低电平处TPJ05的频率低。 思考：解调端的基带信号与发送端基带波形（TPi03）不同的原因是：存在噪声的影响且信道特性不稳定，存在着衰落。 2. 解调基带信号的李沙育（x-y）波形观测 将示波器设置在（x-y）方式，观察TPJ05和TPJ06的波形。 (1) .选择1码，仔细观测其李沙育信号波形,如图1.2.3所示； (2) .选择为0/1码，仔细观测李沙育信号波形，如图1.2.4所示； 图1.2.3 全1码 图1.2.4 0/1码 分析：全1码时，李沙育信号波形近似为一个圆环，更接近椭圆；0/1码时，李沙育信号波形同样近似为一个圆环，且环形粗一点。 思考：接收端与发送端李沙育波形不同的原因：存在噪声的影响且信道特性不稳定，存在着衰落。 3. 接收位同步信号相位抖动观测 用发送时钟TPM01信号作同步，选择不同的测试序列测量接收时钟TPMZ07的抖动情况。输入码型为全1码和全0码，其波形分别如图1.2.5和1.2.6所示： 图1.2.5 全1码 图1.2.6 全0码 分析：方波高电平初始端存在脉冲。 思考：全0或全1码下观察不到位定时的抖动是因为：在全1码和全0码的情况下，所有的输入码元均相同，无电平跳变，不存在相位的变化，因此观察不到相位抖动。 4. 解调器位定时恢复与最佳抽样点波形观测 TPMZ07为接收端DSP调整之后的最佳抽样时刻输入m序列，观察TPMZ07（以此信号作同步）和TPN04波形的之间的相位关系，如图1.2.7所示。 图1.2.7 解调器位定时恢复与最佳抽样点波形 分析：最佳抽样时刻位于抽样判决点的中间时刻，也即具有最大能量处。 5. 位定时锁存和位定时调整观测 (1) .输入为m序列时，观察TPM01（以此信号作同步）和TPMZ07（收端最佳判决时刻）之间的相位关系，如图1.2.8所示； (2) .不断按确认键，观察TPMZ07的调整过程和锁定后的相位关系，如图1.2.9所示； (3) .输入全1重复该实验，解释原因。按确认键前后波形如图1.2.10和图1.2.11所示； (4) .断开JL02接收中频环路，观测TPM01和TPMZ07之间的相位关系，并解释测量结果的原因。 图1.2.8 m序列确认前 图1.2.9 m序列确认后 图1.2.10 全1码确认前 图1.2.11 全1码确认后 分析： （1）输入为m序列时，方波高电平初始端存在脉冲，发端时钟和最佳判决时刻之间的相位同步。 （2）不断按确认键，波形总体上保持不变。 （3）输入为全1码时，按确认键调整过程中脉冲位置发生了变化，即发端时钟和最佳判决时刻之间的相位发生了变化，原因是全1码时，输入波形没有变化，位定时失步；断开中频环路，按确认键，则脉冲位置发生变化，原因是断开中频环路后，无法正确判断出码元的起止。 6. 观察在各种输入码字下FSK的输入/输出数据 通过菜单选择为不同码型输入数据信号，观测TPM04点输出数据信号是否正确。观测时用TPM02点信号同步。输入码型分别为特殊码、全1码和0/1码是波形分别如图1.2.12、图1.2.13和图1.2.14所示： 图1.2.12 特殊码 图1.2.13 全1码 图1.2.14 0/1码 分析：可以看出特殊码和0/1码输出波形与输入波形基本一致，只是相位上有一定的偏移，全1码为直线。 4． 实验思考题 1. FSK 正交调制方式与传统的一般FSK 调制方式有什么区别? 其有哪些特点？ 答：两者区别: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，因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。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。FSK正交调制方式可以消除各个频率间的相互干扰，从而消除由于频率干扰造成的误码。若频率不正交，在抽样时刻各支路信号波形是相关的，一条支路的误码必然导致判决结果的错误，从而增大了误码率。 FSK正交调制方式的特点：随着FSK码长的增加，FSK信号的带宽增加，频带利用率降低。即以增加信号频带来换取误码率的降低。 2. TPi03 和TPi04 两信号具有何关系？ 答：TPi03和TPi04分别为同向支路和正交支路，两信号为正交关系。 五．心得体会 因为是第一个实验，一开始对找JH5001通信原理综合实验系统上的模块以及测试点有点生疏，并且与双踪示波器有一根导线接触不良，但是实验总体完成的还是相对比较顺利的。通过实验，加深了对FSK调制和解调的基本工作原理、FSK数据传输、FSK正交调制的基本工作原理与实现方法以及FSK性能测试的理解。并且增强了我们的动手与合作能力。