通信原理实验 FSK传输系统系统试验

第一篇：通信原理实验 FSK传输系统系统试验

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

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 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。

二．实验仪器

1.JH5001通信原理综合实验系统 2.20MHz双踪示波器

三．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。

（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。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。

（二）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。

四．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。

第二篇：通信原理数字频带传输系统课程设计

目 录

1技术要求..................................................................1 2基本原理..................................................................1 2.1 数字基带传输系统的组成..............................................1 2.2 基带传输的常用码型..................................................2 2.3 无码间串扰的基带传输特性............................................3 2.3.1 无码间串扰的条件...............................................3 2.3.2 余弦滚降特性...................................................3 2.4 眼图................................................................4 3 使用Matlab建立模型描述...................................................5 3.1 Simulink简介........................................................5 3.2 设计思路............................................................6 3.2.1 信源模块.......................................................6 3.2.2 收发滤波器和信道模块...........................................7 3.2.3 抽样判决模块...................................................9 3.2.4 误码率计算模块.................................................9 3.2.5 整体设计电路图................................................10 4 使用System View建立模型描述.............................................10 4.1 System View简介....................................................10 4.2 设计思路...........................................................11 5 模块功能分析.............................................................12 5.1 用Simulink设计系统.................................................12 5.2 用System View设计系统..............................................13 6 调试过程及结论...........................................................15 6.1 Simulink调试.......................................................15 6.1.1 Simulink调试结果..............................................15 6.1.2 Simulink调试结论..............................................17 6.2 System View调试....................................................17 6.2.1 System View调试结果...........................................17

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6.2.2 System View调试结论...........................................18 6.3 两种方案性能对比...................................................19 7 心得体会.................................................错误！未定义书签。8 参考文献.................................................................19

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数字基带通信系统的设计

1技术要求

设计一个数字基带传输系统，要求：（1）设计一个数字基带传输系统的结构；

（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）用Matlab或SystemView 实现该数字基带通信系统；（4）观察仿真并进行波形分析；（5）系统的性能评价。

2基本原理

2.1 数字基带传输系统的组成

在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率 m f，我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。

系统基带波形被脉冲变换器变换成适应信道传输的码型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影响，使信号产生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随即畸变。因此，在接收端必须有一个接收滤波器，使噪声尽可能受到抑制，为了提高系统的可靠性，在安排一个有限整形器和抽样判决器组成的识别电路，进一步排除噪声干扰和提取有用信号。对于抽样判决，必须有同步信号提取电路。在基带传输中，主要采用位同步。同步信号的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系统性能的好坏将直接影

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响通信质量的好坏，甚至会影响通信能否正常进行。

数字基带传输系统主要由信道信号形成器、信道、接收滤波器和抽样判决器组成，其模型如图1所示。

图1 数字基带传输系统方框图

信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。

信道：允许基带信号通过的媒质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，恒参信道如（明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视距中继、卫星中继信道）对信号传输的影响主要是线形畸变；随参信道如（短波电离层反射、对流层散射信道等）对信号传输的影响主要有频率弥散现象（多径传播）、频率的选择性衰落。信道的线性噪声和加性噪声的影响。在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。

接收滤波器：主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。

抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在由位定时脉冲控制的特殊点对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。

自同步法的同步提取电路：有两部分组成，包括非线型变换处理电路和窄带滤波器或锁相环。非线型变换处理电路的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线型变换处理电路后含有位同步分量或位同步信息。窄带滤波器或锁相环的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。

2.2 基带传输的常用码型

为了在传输信道中获得优良的传输特性，一般要将信码信号变化为适合于信道传输特性的传输码，即进行适当的码型变换。

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对传输码型的要求如下：

（1）传输信号的频谱中不应有直流分量，低频分量和高频分量也要小；（2）码型中应包含定时信息，有利于定时信息的提取，尽量减小定时抖动；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；

（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；

（5）具有内在检错能力，即码型应具有一定规律性，以便于利用这一规律性进行宏观监测；

（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。

常用的码型有AMI码、HDB3码、曼彻斯特双相码、差分双相码、密勒码、CMI码等。2.3 无码间串扰的基带传输特性

所谓码间串扰是由于系统传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。

2.3.1 无码间串扰的条件

无码间串扰的时域条件为：h(t)的抽样值除了在t=0时不为零外，在其他所有的抽样点上均为零，就是不存在码间串扰。表达式如下：

h(kTs)

1k=0

h(kTs)0

k为其他整数

（1）

无码间串扰的频域条件为：

Heq(ω)∑H(ω2π i RB)常数

（2）

2.3.2 余弦滚降特性

升余弦滚降传输特性H(ω)可表示为

H()H0()H1()

（3）

H(ω)是对截止频率ωb的理想低通特性H0(ω)按H１(ω)的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1(ω)对于ωb具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为ωb+ω

1、ωb-ω1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特性H1(ω)采用余弦函数，此时H(ω)为

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升余弦滚降函数： htsinpi*T/Tbcos(2*pi*T/Tb)

（5）*2pi*T/Tb1(2*T/Tb)（4）

其中α为滚降系数。α值越大，h(t)的拖尾衰减越快，对定位精度要求越低。但是滚降系数使带宽增大，所以频带利用率低。

2.4 眼图

眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。

眼图的一般描述如图2所示。

图2 眼图的一般描述

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对于该图可获得以下信息：

（1）最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。

（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。

（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。（4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。

（5）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。

（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。使用Matlab建立模型描述

3.1 Simulink简介

Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

Simulink模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous（连续模块）、Discrete（离散模块）、Function&Tables（函数和平台模块）、Math（数学模块）、Nonlinear（非线性模块）、Signals&Systems（信号和系统模块）、Sinks（接收器模块）、Sources（输入源模块）。

启动Simulink只需在Matlab窗口中输入指令Simulink即可打开。

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3.2 设计思路

根据数字基带传输系统方框图，在设计时整个系统可分为信源模块、收发滤波器和信道模块、抽样判决输出模块、误码率计算模块这四个模块，下面介绍每个模块的设计思路。

3.2.1 信源模块

常见的基带信号波形有：单极性波形、双极性波形、单极性归零波形和双极性归零波形。双极性波形可用正负电平的脉冲分别表示二进制码“0”和“1”，故当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，且在接收端恢复信号的判决电平为0，抗干扰能力较强。故单极性波形的极性单一，虽然易于用TTL，CMOS电路产生，但直流分量大，要求传输线路具有直流传输能力，不利于信道传输。归零信号的占空比小于1，即：电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，这样的波形有利于同步脉冲的提取。

基于以上考虑，本次课程设计我采用的码型为曼彻斯特双相码，其编码规则为：将二进制码“1”编成“10”，将二进制码“0”编成“01”。在这里采用了二进制双极性码，则将“1”编成“+1-1”码，将“0”编成“-1+1”码。采用Simulink中的Bernoulli Binary Generator(不归零二进制码生成器)、Unipolar to Bipolar Converter(单极性向双极性转换器)、Pulse Generator(脉冲生成器)、Constant（常数源模块）、Add（加法器）、Product（乘法器）、Scope（示波器）构成曼彻斯特码生成电路。模块连接图如图3所示。

图3 信源模块连接图

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Bernoulli Binary Generator用于产生“1”和“0”的随机信号，经过Unipolar to Bipolar Converter变为双极性信号；Pulse Generator用于产生占空比为1/2的单极性归零脉冲（2020），经过Add加法器减一后成为双极性脉冲（+1-1+1-1）。两路双极性信号作为乘法器的输入，相乘后结果为：第1路不归零码的1码与第2路（+1-1）相乘得到（+1-1），第1路-1码与第2路（+1-1）相乘得到（-1+1）码，形成了曼彻斯特码。

该模块参数设置：原信号频率设置为1000Hz,抽样脉冲信号频率为2000Hz。因为由前面的原理可知在原信号的一个码元宽度对应抽样的两个码元宽度。具体参数设计如图4所示。Bernoulli Binary Generator设置（左），Pulse Generator设置（右）。

图4 参数设置1

3.2.2 收发滤波器和信道模块

本模块由发送滤波器、传输信道、接受滤波器组成。1）发送、接受滤波器的设计

基带系统设计的核心问题是滤波器的选取，为了使系统冲激响应h(t)拖尾收敛速度加快，减小抽样时刻偏差造成的码间干扰问题，要求发送滤波器应具有升余弦滚降特性；要得到最大输出信噪比，就要使接受滤波器特性与其输入信号的频谱满足共轭匹配式如下：

GR(w)GT(w)e^(jwt0)（6）

GT(w)（7）同时系统函数满足H(w)GT(w)GR(w)考虑在t0时刻取样，上述方程改写为：

GR(w)于是有：

GR(w)GT(w)[H(w)]*（8）

因此，在构造系统时收发滤波器均采用平方根升余弦滤波器。

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2）信道的设计

信道是允许基带信号通过的媒介，通常为有线信道。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，且含有加性噪声。因此本次系统设计采用高斯白噪声信道。

为了减小码间干扰，在最大输出信噪比时刻输出信号，减小噪声干扰，传输模块由Upsample（内插函数）、Discrete Filter（根升余弦发送滤波器）、AWGN Channel（高斯信道）、Discrete Filter（根升余弦接收滤波器）组成。

信号通过Upsample升采样在相同的采样时间内将频率变为原来的10倍，再依次通过发送滤波器、信道、接受滤波器传输信号。

整个模块的连接图如图5所示。

图5 收发滤波器和信道模块连接图

该模块参数设置：根升余弦滚降收、发滤波器的参数为rcosine(2,10,'fir/sqrt',0.5,10)；参数的含义为rcosine(Fd,Fs,type_flag,r,delay)，其中Fd/2为截止频率，fir/sqrt为均方根FIR滤波器，delay为延时时间。信道采用高斯信道，噪声大小为50dB，此数值为最佳噪声大小。具体参数设置如图6所示。左为滤波器参数，右为信道参数。

图6 参数设置2

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3.2.3 抽样判决模块

由于采用的为双极性码，所以抽样电平为“0”，抽样判决规则为：大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”。

利用Pulse Generator（脉冲生成器）、Product（乘法器）、Relay（滞环比较器）、Triggered Subsystem（触发子系统）、Downsample（内插函数）构成抽样判决电路，并通过Pulse Generator（脉冲生成器）、Constant（常数）、Add（加法器）、Product（乘法器）对接收到的曼彻斯特码进行解码。整个抽样判决模块电路图如图7所示。

图7 抽样判决模块电路图

如图可知本模块的设计思路：将接收到的信号与脉冲信号相乘，相当于进行了采样，之后通过Relay比较器进行判决，大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”；之后通过Triggered Subsystem（触发子系统）进行时机采集，每段时间内只采集一次，最后通过内插函数恢复到原来的频率上。此时得到的为曼彻斯特码，要得到原来的双极性码必须经过解码电路，即图中所示：按照曼彻斯特码的编写过程对其进行反变换，应为+1与-1本身极性相反所以逆变换的过程就是其编码的过程。

该模块参数设置：脉冲信号频率为20000Hz，因为采样点频率需要远大于信号频率；Delay判决门限电平为“0”，大于“0”判“+1”，小于“0”判“-1”。参数设置在此不再截图。

3.2.4 误码率计算模块

为了计算整个系统的性能，在最后加了一个误码率计算的模块，因为测试下来最后的解码相对于原码有一定的延迟，所以对原码加上一个延迟函数再对于解码做误码率的计

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算。模块电路图如图8所示。

图8 误码率计算模块

3.2.5 整体设计电路图

综合了以上的四个模块，并在相应的地方添加示波器以便于波形的观察，在接受滤波器后添加眼图来观察系统是否存在码间串扰和噪声，用以判别系统的整体性能。系统整体设计电路图如图9所示。

图9 系统整体设计电路图 使用System View建立模型描述

4.1 System View简介

System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤

武汉理工大学《通信原理》课程设计说明书

波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，System View 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。

利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

4.2 设计思路

System View整个系统框图较为简单，信号直接通过与随机噪声相加的信道，再通过巴特沃斯滤波器，再经过抽样判决输出。整个系统框图如图10所示。

图10 System View整个系统框图

参数设置如下：

Token0：Source――Noise/PN――Pn Seg（幅度1V，频率10HZ，电平数2，偏移0V，产生单极性不归零码，随机产生）

Token1：在专业库中选择Comm——Processors——P shape（Select pulse Shape＝ Rectangular，Time offset＝0，Width＝0.01s，产生矩形脉冲基带信号）

Token3：Source――Noise/PN――Gauss Noise（均值为0，均方差为0.1的高斯白噪声）Token4：Operator――Filters/systems――Liner Sys Filters（Analog，Butterworth，阶数5，截止频率10Hz）

Token5：Operator――Sample/Hold――Sample（Sample rate=10HZ，用于对滤波后的波 形进行抽样，抽样速率等于码元速率）

Token6：Operator――Sample/Hold――Hold（Hold Value=Last Sample，Gain＝1，对抽 样后的值延时一段时间，得到恢复后的数字基带信号）

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Token7：Operator——Logic——Compare（Select comparison：a>=b True Output=1V，False Output＝-1V，对抽样值进行判决比较，得到输出码元波形）

Token8：产生正弦信号，作为比较器的另一个比较输入（振幅＝0V，频率＝10Hz）这里采用的滤波器为巴特沃斯数字滤波器，其特性也具有尾部收敛速度较快的特点，只要设置相应的阶数和频率，就可以消除信道中的噪声和码间串扰，但依旧会有延时产生，但延时较小，可以忽略。在System View中依旧可以采用眼图来观察系统的性能设计是否满足传输条件。整个系统的设计思想跟Simulink基本一致，只是在System View中运用的较为直白，这里不再叙述。模块功能分析

5.1 用Simulink设计系统

模块的分类以及功能设计已在第3部分中加以说明，下面结合每部分的波形来对相应模块进行分析。

1）信源模块：调试点波形如图11所示。

图11 信源模块调试点波形

由波形可知该模块可产生曼彻斯特双相码。

2）收发滤波器和信道模块：本模块包含了两个滤波器和一个信道，为了展现个部分功能，共引入了4路信号波形，用来观察信号从发送到接收的整个状态，包括延时、波形转换，同时可以观察到滤波器和信道的性能是否满足设计要求。这四个信号波形分别为发送滤波器前的发送信号

1、经过发送滤波器的信号

2、经过信道的信号

3、经过接收滤波器的信号4。调试点波形如图12所示。

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图12 收发滤波器和信道模块调试点波形

通过各点波形可以看出发送接收滤波器相比较前一个波形均有延时，经过高斯信道后波形明显增加了噪声，有一些杂波，在经过接受滤波器后被消除。该模块大大减弱了信号传输过程中所会遇到的码间串扰和噪声问题的影响。这一性能可通过眼图观察出来。

3）抽样判决模块：将信道接收到的信号通过抽样判决输出，各点波形如图13所示。

图13 抽样判决模块调试点波形

通过各点的波形可以看出在接收到的信号经过判决门限判决后需要经过不止一次的分时分频，为了结果的更精确，需进行多次采集，最后可判决出正确的波形。

5.2 用System View设计系统

采用此种方法的中间点波形如图14所示。

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图14 System View各点调试波形图

通过各个调试点的波形可以看出其对应的功能，因为前面基本介绍，这里不再述说。通过波形可以发现，信号在通过巴特沃斯滤波器后产生了一些延时，这可能是由滤波器本身的特性而导致的。而通过采样后的波形可以看出明显的门限电平为“0”，可以判别出信号的原始码型。

武汉理工大学《通信原理》课程设计说明书 调试过程及结论

6.1 Simulink调试

6.1.1 Simulink调试结果

系统最终解码与原码波形如图15所示。

图15 最终调试波形1

在原码后添加一个10ms的延时函数器件，输出波形如图16所示。

图16 最终调试波形2

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用眼图来观察信道传输后的性能，在接收滤波器后添加眼图，视图如图17所示。

图17 眼图示意图

最后输出信号的频谱图如图18所示。

图18 输出信号频谱图

误码率的计算值如图19所示，此时高斯噪声的大小约为50dB。

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图19 误码率计算

6.1.2 Simulink调试结论

通过波形比较、眼图以及信号频谱图可以得出以下结论：

1）系统解码相对原码延时了10ms的时长，延时主要受两个升余弦滤波器的影响； 2）在信道传输信号后，眼图的眼睛张开较大，没有过零点失真，噪声也基本没有，说明信道模块设计性能基本满足要求；

3）系统的误码率为0.004498，在2001个码元中有9个错码，误码率很小但不为零，说明在解码的过程中受到了系统噪声的干扰，由于误码率较小，基本可认为达到了设计要求。

6.2 System View调试

6.2.1 System View调试结果

系统最后输出的解码与原码波形如图20所示。

图20 最终调试波形

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在滤波器后观察眼图，视图如图21所示。

图21 眼图示意图

输出信号频谱图如图22所示。

图22 输出信号频谱图

6.2.2 System View调试结论

通过波形和眼图，可以得出以下结论：

1）系统解码相对原码有延时，但时长很短，为10e-3级别，延时主要受巴特沃斯滤波器的影响；

2）通过对眼图的观察，可以发现眼图张开较大，但有少部分杂乱的线，说明存在噪声，但通过波形来看，几乎没有失真。

3）整个系统性能调节达到设计要求。

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6.3 两种方案性能对比

通过调试观察波形、眼图以及频谱图，对比两个方案的总体系统性能，可以发现，在Simulink中设计的系统性能较为良好，我认为原因在于滤波器的设计，在Simulink中采用的是升余弦滤波器，更有助于实现无码间串扰传输，巴特沃斯滤波器虽然尾部收敛也比较快，但是对于数字基带传输的性能不如升余弦滤波器。参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.《通信原理（第6版）》.北京：国防工业出版社，2008.[2] 陈星，刘斌.SystemView通信原理实验指导.北京航空航天大学电子工程系内部讲义，1997.

第三篇：801_通信系统原理

801--《通信系统原理》

一、基本要求

通信原理是通信和信号处理等专业的重要基础课程，它系统讲述了通信系统的基础理论和应用知识。本课程要求考生掌握通信的基础理论、原理框图和基本计算分析能力，具有一定的解决实际问题的能力。重点考查考生对通信系统各组成部分、原理框图、基本概念和常识的理解及掌握情况，要求考生掌握基本的系统性能分析和计算方法。

二、考试范围

1、通信系统模型和主要性能指标（通信的常识和框图）;

2、随机过程（广义平稳性，功率谱，自相关，高斯噪声）；

3、信道模型和特性、信息论基本概念和信道容量的概念(恒参信道、随参信道、香农公式)；

4、模拟调制（AM,DSB,SSB,VSB,FM）；

5、数字基带传输(无码间干扰条件、线路码、均衡常识)；

6、数字载波调制（二进制调制、QPSK、QAM）；

7、模拟信号的数字化(均匀量化、非均匀量化、A律13折线量化编码)；

8、数字信号的最佳接收（最佳接收准则、匹配滤波器）；

9、差错控制编码（线性分组码常识）；

10、同步原理（载波同步、位同步及帧同步常识）。

三、出题形式

1、选择题(涵盖较广,包括通信常识、小计算、概念)；

2、简答题（简要回答通信原理的知识，包括分析、作图等）；

3、综合性大题（包括框图、计算分析、应用题等）。

第四篇：通信原理课程设计报告(FSK)

2FSK系统的调制与解调

（一）课程设计目的：

1.培养自己综合运用理论知识解决问题的能力。

2.学会应用Matlab的Simulink工具对通信系统进行仿真。3.培养学生的自主创新能力与创新思维。4.让学生初步掌握如何撰写课程设计总结报告。

（二）设计要求与内容：

1).设计内容：

完成2FSK系统，调制方法为开关法，解调法为相干解调。

2).设计要求：

（1）设计2FSK系统数字通信系统的原理图。

（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（包括低通滤波器、带通滤波器、基带信号、载波信号、高斯白噪声等）。

（3）观察仿真结果并进行波形分析（中间波形变化、眼图）。（4）分析计算影响系统性能的因素。

（三）设计步骤

1).2FSK系统原理图：

2).各个模块具体参数：

（1）.正弦波发生器1：

（2）.正弦波发生器2：

（3）.高斯白噪声：

（5）带通通滤波器2：

4）.带通通滤波器1：

6）.低通通滤波器1：

（（（7）带通滤波器2：

（8）.判决器：

3).仿真结果及波形分析：

（1）基带信号：

（2）调制信号1：

（3）调制信号2：

（4）调制后信号：

（5）加了噪声的信号：

（6）经过带通滤波器1后：

（7）经过带通滤波器2后：

（8）经过低通滤波器1后：

（9）经过低通滤波器2后：

（10）解调后的信号：

（11）经判决器解调后的信号：

（12）眼图：

（四）分析误码率：

1r Peerfc()22r =A222

由A=1

=0.05

 r =10 2pe=8.50036660252034*104

（五）设计心得体会：

从设计中检验我所学的理论知识到底有多少，巩固已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。

第五篇：通信原理教案 实验五 FSK调制解调实验

实验五 FSK 调制解调实验

(理论课:教材第七章P180--185）

实 验 内 容

1.频率键控（FSK）调制实验 2.频率键控（FSK）解调实验

一、实验目的

1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验电路工作原理

TP901 TP904TP90832KHz选频 32KHz方波12TP906TP907输出时钟K901D/A TP902模相FSKTP909拟加12解调整 开器(4046形16KHz方波12关FSK调制输出锁相环输 K902D/AK906解调)出 TP903TP90

5PN2K1 F832K904WMCLK 213WMDATA

K903

图2-1 FSK调制解调电原理框图

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。

本实验电路中，由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。

（一）FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图2-1所示；图2-2是它的调制电路电原理图。

输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。

电路中的两路载频(f1、f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B(4066)。

（二）FSK解调电路工作原理 FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。解调电路电原理图如图2-3所示。

FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使

它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。

FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。

压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图2-3中R924、R925、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R929、C904构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。

当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。关于FSK调制原理波形见图2-4所示。

三、实验内容

测试FSK调制解调电路TP901—TP909各测量点波形，并作详细分析。

1．按下按键开关： K01、K02、K900。

2．跳线开关设置： K9012–

3、K9022–3。K903:1-2 3 K9041–

2、2KHz的伪随机码，码序列为：*** 做FSK解调实验时，K9041–

2、K9031–2。K905：1－2 3－4K906:2-3 K907:1-2 3．在CA901插上电容，使压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf2400Pf之间。

4．注意选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)、1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。

5．接通开关K906“2”和“3”脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。

6．观察FSK解调输出TP907～TP909波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

四、测量点说明

TP901：32KHz载频信号，由K901的1与2相连，可调节电位器W901改变幅度。

TP902：16KHz载频信号，由K902的1与2相连，可调节电位器W902改变幅度。

TP903：作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。K904 的1与2相连：码元速率为2KHz的***码；K904的2与3相连：码元速率为8KHz的10101010码。

TP904：32KHz基带FSK调制信号输出。TP905：16KHz基带FSK调制信号输出。

TP906：FSK调制信号叠加后输出，送到FSK解调电路的由输入开关K905控制。

TP907：FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K906的2与3脚接入

TP908：FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容4 值。

TP909：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP903。注：在FSK解调时，K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的***码。K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F ≤ fc1的关系，因为此时它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相连接的位置上。

五、讨论思考题

1.画出测试点的各点波形。

2.写出改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响? 3.采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟?

六、实测各点波形

1、FSK频率键控调制电路的工作波形

（上图）：TP901：32KHz载频信号（下图）：TP902：16KHz载频信号

TP903： 2KHz数字基带信码信号

图理原电路电制调KSF 2－2图 8

图理原电路电调解KSF 3－2图 TP9010t32KHz载频fC1输入TP9020t16KHz载频fC2输入TP9030TP9041110010tt信码032KHz载频fC1输出TP9050t16KHz载频fC2输出TP9060t合路后FSK输出 图2-4 FSK调制原理波形图

上图 TP904：32KHz载频FSK调制信号 K905 1-2 3-4 全部断开后测出 下图 TP905：16KHz载频FSK调制信号

TP906：FSK调制叠加后输出信号 K905 1-2 3-4 测出

2、FSK频率键控解调电路的工作波形 K906 2-3

TP907：FSK解调信号输入。同TP906 10

TP908：FSK解调电路32KHz工作时钟，TP909：FSK解调输出 的2KHz数字基带信码 同TP903