第一篇：通信原理實驗 FSK傳輸系統系統試驗

通信原理實驗

專

業：通信工程 班

級： 姓

名：

指導老師：

日

期：2014.6.9

實驗一 FSK傳輸系統系統試驗

一．實驗目的

1.熟悉 FSK 調制和解調基本工作原理； 2.掌握 FSK 數據傳輸過程；

3.掌握 FSK 正交調制的基本工作原理與實現方法； 4.掌握 FSK 性能的測試；

5.了解 FSK 在噪聲下的基本性能。

二．實驗儀器

1.JH5001通信原理綜合實驗系統 2.20MHz雙蹤示波器

三．實驗內容

測試前檢查：首先將通信原理綜合實驗系統調制方式設置成“FSK 傳輸系統”；用示波器測量TPMZ07 測試點的信號，發現有脈沖波形，則說明實驗系統已正常工作。

（一）FSK調制 1.FSK基帶信號觀測

(1).TPi03 是基帶FSK 波形（D/A 模塊內）。通過菜單選擇為1 碼輸入數據信號，觀測TPi03 信號波形，測量其基帶信號周期。如圖1.1.1所示。

(2).通過菜單選擇為0 碼輸入數據信號，觀測TPi03 信號波形，測量其基帶信號周期。如圖1.1.2所示。將測量結果與1 碼比較。

圖1.1.1 全1碼的基帶信號

圖1.1.2 全0碼的基帶信號 分析：由圖可知，輸入全1碼時的基帶信號周期約為27us，輸入全0碼時的基帶信號周期約為54us，則輸入全0碼時的基帶信號周期約為全1碼時的2倍。

2.發端同相支路和正交支路信號時域波形觀測

TPi03和TPi04分別是基帶FSK 輸出信號的同相支路和正交支路信號。測量兩信號的時域信號波形時將輸入全0 碼，測量其兩信號是否滿足正交關系。波形如圖1.1.3所示。

圖1.1.3 TPi03 和TPi04波形

分析：由圖可以看出TPi03 和TPi04的波形相位相差π，滿足正交關系。思考：產生兩個正交信號去調制的目的是防止碼間串擾。

3.發端同相支路和正交支路信號的李沙育波形觀測

將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育應為一個圓。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量。輸入碼型為全0碼、全1碼、0/1碼和特殊碼是的李沙育波形分別如圖1.1.4、圖1.1.5、圖1.1.6和圖1.1.7所示。

圖1.1.4 全0碼

圖1.1.5 全1碼

圖1.1.6 0/1碼

圖1.1.7 特殊碼

分析：輸入各種不同的碼序列得到的李沙育圖形都呈現出圓形。

4.連續相位FSK調制基帶信號觀測

TPM02是發送數據信號（DSP+FPGA模塊左下腳），TPi03是基帶FSK 波形。測量時，通過菜單選擇為0/1碼輸入數據信號，并以TPM02作為同步信號。觀測TPM02與TPi03點波形應有明確的信號對應關系。并且，在碼元的切換點發送波形的相位連續。如圖1.1.8所示。通過菜單選擇為特殊序列碼輸入數據信號，重復上述測量步驟。記錄測量結果，如圖1.1.9所示。

圖1.1.8 0/1碼

圖1.1.9 特殊碼

思考：圖中，觀測兩重疊波形，TPM02為高時，TPi03的頻率高，TPM02為低時，TPi03的頻率低，但TPi03的波形連續，即非連續相位FSK調制在碼元切換點的相位是連續的。

5.FSK調制中頻信號波形觀測

(1).選擇0/1碼輸入數據信號，以TPM02作為同步信號,觀測TPM02與TPK03點波形有明確的信號對應關系,如圖1.1.10所示。

(2).選擇特殊序列碼輸入數據信號，重復上述測量步驟，如圖1.1.11所示。(3).斷開跳線器Ki01或Ki02，重復上述測量步驟。觀測信號波形的變化，分析變化原因，如圖1.1.12和圖1.1.13所示。

圖1.1.10 0/1碼

圖1.1.11 特殊碼

圖1.1.12 0/1碼

圖1.1.13 特殊碼

分析：將正交調制輸入信號中的一路基帶調制信號斷開后，由圖可知，波形總體上不變，但頻率分量有所增加。這是因為在FSK正交方式調制中，如果只采用一路同向FSK信號進行調制，會產生兩個FSK頻譜信號，使頻率分量增加。

（二）FSK解調 1.解調基帶FSK信號觀測

用中頻電纜連結KO02和JL02，測量解調基帶信號測試點TPJ05，用TPM02作同步。

(1).選擇1碼，觀測TPJ05測量其信號周期,如圖1.2.1所示；

(2).選擇為0/1碼，觀測TPJ05，如圖1.2.2所示。根據觀測結果，分析解調端的基帶信號與發送端基帶波形（TPi03）不同的原因。

圖1.2.1 全1碼

圖1.2.2 0/1碼

分析：全1碼輸入時，TPJ05的輸出波形的頻率不變；0/1碼輸入時，高電平處TPJ05的頻率高，低電平處TPJ05的頻率低。

思考：解調端的基帶信號與發送端基帶波形（TPi03）不同的原因是：存在噪聲的影響且信道特性不穩定，存在著衰落。

2.解調基帶信號的李沙育（x-y）波形觀測

將示波器設置在（x-y）方式，觀察TPJ05和TPJ06的波形。(1).選擇1碼，仔細觀測其李沙育信號波形,如圖1.2.3所示；(2).選擇為0/1碼，仔細觀測李沙育信號波形，如圖1.2.4所示；

圖1.2.3 全1碼

圖1.2.4 0/1碼

分析：全1碼時，李沙育信號波形近似為一個圓環，更接近橢圓；0/1碼時，李沙育信號波形同樣近似為一個圓環，且環形粗一點。

思考：接收端與發送端李沙育波形不同的原因：存在噪聲的影響且信道特性不穩定，存在著衰落。

3.接收位同步信號相位抖動觀測

用發送時鐘TPM01信號作同步，選擇不同的測試序列測量接收時鐘TPMZ07的抖動情況。輸入碼型為全1碼和全0碼，其波形分別如圖1.2.5和1.2.6所示：

圖1.2.5 全1碼

圖1.2.6 全0碼

分析：方波高電平初始端存在脈沖。

思考：全0或全1碼下觀察不到位定時的抖動是因為：在全1碼和全0碼的情況下，所有的輸入碼元均相同，無電平跳變，不存在相位的變化，因此觀察不到相位抖動。

4.解調器位定時恢復與最佳抽樣點波形觀測

TPMZ07為接收端DSP調整之后的最佳抽樣時刻輸入m序列，觀察TPMZ07（以此信號作同步）和TPN04波形的之間的相位關系，如圖1.2.7所示。

圖1.2.7 解調器位定時恢復與最佳抽樣點波形

分析：最佳抽樣時刻位于抽樣判決點的中間時刻，也即具有最大能量處。

5.位定時鎖存和位定時調整觀測

(1).輸入為m序列時，觀察TPM01（以此信號作同步）和TPMZ07（收端最佳判決時刻）之間的相位關系，如圖1.2.8所示；

(2).不斷按確認鍵，觀察TPMZ07的調整過程和鎖定后的相位關系，如圖1.2.9所示；

(3).輸入全1重復該實驗，解釋原因。按確認鍵前后波形如圖1.2.10和圖1.2.11所示；

(4).斷開JL02接收中頻環路，觀測TPM01和TPMZ07之間的相位關系，并解釋測量結果的原因。

圖1.2.8 m序列確認前

圖1.2.9 m序列確認后

圖1.2.10 全1碼確認前

圖1.2.11 全1碼確認后

分析：

（1）輸入為m序列時，方波高電平初始端存在脈沖，發端時鐘和最佳判決時刻之間的相位同步。

（2）不斷按確認鍵，波形總體上保持不變。

（3）輸入為全1碼時，按確認鍵調整過程中脈沖位置發生了變化，即發端時鐘和最佳判決時刻之間的相位發生了變化，原因是全1碼時，輸入波形沒有變化，位定時失步；斷開中頻環路，按確認鍵，則脈沖位置發生變化，原因是斷開中頻環路后，無法正確判斷出碼元的起止。

6.觀察在各種輸入碼字下FSK的輸入/輸出數據

通過菜單選擇為不同碼型輸入數據信號，觀測TPM04點輸出數據信號是否正確。觀測時用TPM02點信號同步。輸入碼型分別為特殊碼、全1碼和0/1碼是波形分別如圖1.2.12、圖1.2.13和圖1.2.14所示：

圖1.2.12 特殊碼

圖1.2.13 全1碼

圖1.2.14 0/1碼

分析：可以看出特殊碼和0/1碼輸出波形與輸入波形基本一致，只是相位上有一定的偏移，全1碼為直線。

四．實驗思考題

1.FSK 正交調制方式與傳統的一般FSK 調制方式有什么區別? 其有哪些特點？

答：兩者區別:一般FSK調制方式產生FSK信號的方法是根據輸入的數據比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產生的波形在切換的時刻相位是不連續的，因此這種FSK信號稱為不連續FSK信號。而FSK正交調制方式產生FSK信號的方法是，首先產生FSK基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調制。FSK正交調制方式可以消除各個頻率間的相互干擾，從而消除由于頻率干擾造成的誤碼。若頻率不正交，在抽樣時刻各支路信號波形是相關的，一條支路的誤碼必然導致判決結果的錯誤，從而增大了誤碼率。

FSK正交調制方式的特點：隨著FSK碼長的增加，FSK信號的帶寬增加，頻帶利用率降低。即以增加信號頻帶來換取誤碼率的降低。

2.TPi03 和TPi04 兩信號具有何關系？

答：TPi03和TPi04分別為同向支路和正交支路，兩信號為正交關系。

五．心得體會

因為是第一個實驗，一開始對找JH5001通信原理綜合實驗系統上的模塊以及測試點有點生疏，并且與雙蹤示波器有一根導線接觸不良，但是實驗總體完成的還是相對比較順利的。通過實驗，加深了對FSK調制和解調的基本工作原理、FSK數據傳輸、FSK正交調制的基本工作原理與實現方法以及FSK性能測試的理解。并且增強了我們的動手與合作能力。

第二篇：通信原理數字頻帶傳輸系統課程設計

目 錄

1技術要求..................................................................1 2基本原理..................................................................1 2.1 數字基帶傳輸系統的組成..............................................1 2.2 基帶傳輸的常用碼型..................................................2 2.3 無碼間串擾的基帶傳輸特性............................................3 2.3.1 無碼間串擾的條件...............................................3 2.3.2 余弦滾降特性...................................................3 2.4 眼圖................................................................4 3 使用Matlab建立模型描述...................................................5 3.1 Simulink簡介........................................................5 3.2 設計思路............................................................6 3.2.1 信源模塊.......................................................6 3.2.2 收發濾波器和信道模塊...........................................7 3.2.3 抽樣判決模塊...................................................9 3.2.4 誤碼率計算模塊.................................................9 3.2.5 整體設計電路圖................................................10 4 使用System View建立模型描述.............................................10 4.1 System View簡介....................................................10 4.2 設計思路...........................................................11 5 模塊功能分析.............................................................12 5.1 用Simulink設計系統.................................................12 5.2 用System View設計系統..............................................13 6 調試過程及結論...........................................................15 6.1 Simulink調試.......................................................15 6.1.1 Simulink調試結果..............................................15 6.1.2 Simulink調試結論..............................................17 6.2 System View調試....................................................17 6.2.1 System View調試結果...........................................17

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6.2.2 System View調試結論...........................................18 6.3 兩種方案性能對比...................................................19 7 心得體會.................................................錯誤！未定義書簽。8 參考文獻.................................................................19

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數字基帶通信系統的設計

1技術要求

設計一個數字基帶傳輸系統，要求：（1）設計一個數字基帶傳輸系統的結構；

（2）根據通信原理，設計出各個模塊的參數（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）；（3）用Matlab或SystemView 實現該數字基帶通信系統；（4）觀察仿真并進行波形分析；（5）系統的性能評價。

2基本原理

2.1 數字基帶傳輸系統的組成

在數字傳輸系統中，其傳輸的對象通常是二進制數字信號，它可能是來自計算機、電傳打字機或其它數字設備的各種數字脈沖，也可能是來自數字電話終端的脈沖編碼調制（PCM）信號。這些二進制數字信號的頻帶范圍通常從直流和低頻開始，直到某一頻率 m f，我們稱這種信號為數字基帶信號。在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠的情況下，數字基帶信號可以不經過調制和解調過程在信道中直接傳送，這種不使用調制和解調設備而直接傳輸基帶信號的通信系統，我們稱它為基帶傳輸系統。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數字基帶信號則必須經過調制過程，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，相應地，在接收端必須經過解調過程，才能恢復數字基帶信號。我們把這種包括了調制和解調過程的傳輸系統稱為數字載波傳輸系統。

系統基帶波形被脈沖變換器變換成適應信道傳輸的碼型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影響，使信號產生畸變；另一方面信號被信道中的加性噪聲所疊加，造成信號的隨即畸變。因此，在接收端必須有一個接收濾波器，使噪聲盡可能受到抑制，為了提高系統的可靠性，在安排一個有限整形器和抽樣判決器組成的識別電路，進一步排除噪聲干擾和提取有用信號。對于抽樣判決，必須有同步信號提取電路。在基帶傳輸中，主要采用位同步。同步信號的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系統性能的好壞將直接影

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響通信質量的好壞，甚至會影響通信能否正常進行。

數字基帶傳輸系統主要由信道信號形成器、信道、接收濾波器和抽樣判決器組成，其模型如圖1所示。

圖1 數字基帶傳輸系統方框圖

信道信號形成器：基帶傳輸系統的輸入是由終端設備或編碼器產生的脈沖序列，它不一定適合直接在信道中傳輸。信道信號形成器的作用就是把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸的基帶信號，這種變換主要是通過碼型變換和波形變換來實現的，其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串擾，利于同步提取和抽樣判決。

信道：允許基帶信號通過的媒質。信道的傳輸特性通常不滿足無失真傳輸條件，恒參信道如（明線、同軸電纜、對稱電纜、光纖通道、無線電視距中繼、衛星中繼信道）對信號傳輸的影響主要是線形畸變；隨參信道如（短波電離層反射、對流層散射信道等）對信號傳輸的影響主要有頻率彌散現象（多徑傳播）、頻率的選擇性衰落。信道的線性噪聲和加性噪聲的影響。在通信系統的分析中，常常把噪聲n(t)等效，集中在信道中引入。

接收濾波器：主要作用是濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。

抽樣判決器：它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在由位定時脈沖控制的特殊點對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。

自同步法的同步提取電路：有兩部分組成，包括非線型變換處理電路和窄帶濾波器或鎖相環。非線型變換處理電路的作用是使接收信號或解調后的數字基帶信號經過非線型變換處理電路后含有位同步分量或位同步信息。窄帶濾波器或鎖相環的作用是濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信號。

2.2 基帶傳輸的常用碼型

為了在傳輸信道中獲得優良的傳輸特性，一般要將信碼信號變化為適合于信道傳輸特性的傳輸碼，即進行適當的碼型變換。

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對傳輸碼型的要求如下：

（1）傳輸信號的頻譜中不應有直流分量，低頻分量和高頻分量也要??；（2）碼型中應包含定時信息，有利于定時信息的提取，盡量減小定時抖動；（3）功率譜主瓣寬度窄，以節省傳輸頻帶；

（4）不受信息源統計特性的影響，即能適應于信息源的變化；

（5）具有內在檢錯能力，即碼型應具有一定規律性，以便于利用這一規律性進行宏觀監測；

（6）編譯碼簡單，以降低通信延時和成本。

常用的碼型有AMI碼、HDB3碼、曼徹斯特雙相碼、差分雙相碼、密勒碼、CMI碼等。2.3 無碼間串擾的基帶傳輸特性

所謂碼間串擾是由于系統傳輸總特性（包括收、發濾波器和信道的特性）不理想，導致前后碼元的波形畸變、展寬，并使前面波形出現很長的拖尾，蔓延到當前碼元的抽樣時刻上，從而對當前碼元的判決造成干擾。

2.3.1 無碼間串擾的條件

無碼間串擾的時域條件為：h(t)的抽樣值除了在t=0時不為零外，在其他所有的抽樣點上均為零，就是不存在碼間串擾。表達式如下：

h(kTs)?

1k=0

h(kTs)?0

k為其他整數

（1）

無碼間串擾的頻域條件為：

Heq(ω)?∑H(ω?2π i RB)?常數

（2）

2.3.2 余弦滾降特性

升余弦滾降傳輸特性H(ω)可表示為

H(?)?H0(?)?H1(?)

（3）

H(ω)是對截止頻率ωb的理想低通特性H0(ω)按H１(ω)的滾降特性進行“圓滑”得到的，H1(ω)對于ωb具有奇對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分別為ωb+ω

1、ωb-ω1。它的選取可根據需要選擇，升余弦滾降傳輸特性H1(ω)采用余弦函數，此時H(ω)為

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升余弦滾降函數： h?t??sin?pi*T/Tb?cos(2*pi*T/Tb)

（5）*2pi*T/Tb1?(2*?T/Tb)（4）

其中α為滾降系數。α值越大，h(t)的拖尾衰減越快，對定位精度要求越低。但是滾降系數使帶寬增大，所以頻帶利用率低。

2.4 眼圖

眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過調整）傳輸系統性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統優劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整，以減小碼間串擾和改善系統的傳輸性能。眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱?！把劬Α睆埖脑酱螅已蹐D越端正，表示碼間串擾越??；反之表示碼間串擾越大。當存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且不很端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串擾越大，眼圖越不端正。眼圖對于展示數字信號傳輸系統的性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間串擾的大小和噪聲的強弱，有助于直觀地了解碼間串擾和噪聲的影響，評價一個基帶系統的性能優劣；可以指示接收濾波器的調整，以減小碼間串擾。

眼圖的一般描述如圖2所示。

圖2 眼圖的一般描述

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對于該圖可獲得以下信息：

（1）最佳抽樣時刻應在“眼睛”張開最大的時刻。

（2）對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對定時誤差就越靈敏。

（3）在抽樣時刻上，眼圖上下兩分支陰影區的垂直高度，表示最大信號畸變。（4）眼圖中央的橫軸位置應對應判決門限電平。

（5）在抽樣時刻上，上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應電平的噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發生錯誤判決。

（6）對于利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區域的大小，表示零點位置的變動范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。使用Matlab建立模型描述

3.1 Simulink簡介

Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優點，并基于以上優點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。

Simulink是用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統，Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執行和測試。

Simulink模塊庫按功能進行分類，包括以下8類子庫：Continuous（連續模塊）、Discrete（離散模塊）、Function&Tables（函數和平臺模塊）、Math（數學模塊）、Nonlinear（非線性模塊）、Signals&Systems（信號和系統模塊）、Sinks（接收器模塊）、Sources（輸入源模塊）。

啟動Simulink只需在Matlab窗口中輸入指令Simulink即可打開。

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3.2 設計思路

根據數字基帶傳輸系統方框圖，在設計時整個系統可分為信源模塊、收發濾波器和信道模塊、抽樣判決輸出模塊、誤碼率計算模塊這四個模塊，下面介紹每個模塊的設計思路。

3.2.1 信源模塊

常見的基帶信號波形有：單極性波形、雙極性波形、單極性歸零波形和雙極性歸零波形。雙極性波形可用正負電平的脈沖分別表示二進制碼“0”和“1”，故當“1”和“0”等概率出現時無直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復信號的判決電平為0，抗干擾能力較強。故單極性波形的極性單一，雖然易于用TTL，CMOS電路產生，但直流分量大，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，不利于信道傳輸。歸零信號的占空比小于1，即：電脈沖寬度小于碼元寬度，每個有電脈沖在小于碼元長度內總要回到零電平，這樣的波形有利于同步脈沖的提取。

基于以上考慮，本次課程設計我采用的碼型為曼徹斯特雙相碼，其編碼規則為：將二進制碼“1”編成“10”，將二進制碼“0”編成“01”。在這里采用了二進制雙極性碼，則將“1”編成“+1-1”碼，將“0”編成“-1+1”碼。采用Simulink中的Bernoulli Binary Generator(不歸零二進制碼生成器)、Unipolar to Bipolar Converter(單極性向雙極性轉換器)、Pulse Generator(脈沖生成器)、Constant（常數源模塊）、Add（加法器）、Product（乘法器）、Scope（示波器）構成曼徹斯特碼生成電路。模塊連接圖如圖3所示。

圖3 信源模塊連接圖

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Bernoulli Binary Generator用于產生“1”和“0”的隨機信號，經過Unipolar to Bipolar Converter變為雙極性信號；Pulse Generator用于產生占空比為1/2的單極性歸零脈沖（2020），經過Add加法器減一后成為雙極性脈沖（+1-1+1-1）。兩路雙極性信號作為乘法器的輸入，相乘后結果為：第1路不歸零碼的1碼與第2路（+1-1）相乘得到（+1-1），第1路-1碼與第2路（+1-1）相乘得到（-1+1）碼，形成了曼徹斯特碼。

該模塊參數設置：原信號頻率設置為1000Hz,抽樣脈沖信號頻率為2000Hz。因為由前面的原理可知在原信號的一個碼元寬度對應抽樣的兩個碼元寬度。具體參數設計如圖4所示。Bernoulli Binary Generator設置（左），Pulse Generator設置（右）。

圖4 參數設置1

3.2.2 收發濾波器和信道模塊

本模塊由發送濾波器、傳輸信道、接受濾波器組成。1）發送、接受濾波器的設計

基帶系統設計的核心問題是濾波器的選取，為了使系統沖激響應h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時刻偏差造成的碼間干擾問題，要求發送濾波器應具有升余弦滾降特性；要得到最大輸出信噪比，就要使接受濾波器特性與其輸入信號的頻譜滿足共軛匹配式如下：

GR(w)?GT(w)e^(?jwt0)（6）

?GT(w)（7）同時系統函數滿足H(w)?GT(w)GR(w)考慮在t0時刻取樣，上述方程改寫為：

GR(w)于是有：

GR(w)?GT(w)?[H(w)]*（8）

因此，在構造系統時收發濾波器均采用平方根升余弦濾波器。

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2）信道的設計

信道是允許基帶信號通過的媒介，通常為有線信道。信道的傳輸特性通常不滿足無失真傳輸條件，且含有加性噪聲。因此本次系統設計采用高斯白噪聲信道。

為了減小碼間干擾，在最大輸出信噪比時刻輸出信號，減小噪聲干擾，傳輸模塊由Upsample（內插函數）、Discrete Filter（根升余弦發送濾波器）、AWGN Channel（高斯信道）、Discrete Filter（根升余弦接收濾波器）組成。

信號通過Upsample升采樣在相同的采樣時間內將頻率變為原來的10倍，再依次通過發送濾波器、信道、接受濾波器傳輸信號。

整個模塊的連接圖如圖5所示。

圖5 收發濾波器和信道模塊連接圖

該模塊參數設置：根升余弦滾降收、發濾波器的參數為rcosine(2,10,'fir/sqrt',0.5,10)；參數的含義為rcosine(Fd,Fs,type_flag,r,delay)，其中Fd/2為截止頻率，fir/sqrt為均方根FIR濾波器，delay為延時時間。信道采用高斯信道，噪聲大小為50dB，此數值為最佳噪聲大小。具體參數設置如圖6所示。左為濾波器參數，右為信道參數。

圖6 參數設置2

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3.2.3 抽樣判決模塊

由于采用的為雙極性碼，所以抽樣電平為“0”，抽樣判決規則為：大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”。

利用Pulse Generator（脈沖生成器）、Product（乘法器）、Relay（滯環比較器）、Triggered Subsystem（觸發子系統）、Downsample（內插函數）構成抽樣判決電路，并通過Pulse Generator（脈沖生成器）、Constant（常數）、Add（加法器）、Product（乘法器）對接收到的曼徹斯特碼進行解碼。整個抽樣判決模塊電路圖如圖7所示。

圖7 抽樣判決模塊電路圖

如圖可知本模塊的設計思路：將接收到的信號與脈沖信號相乘，相當于進行了采樣，之后通過Relay比較器進行判決，大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”；之后通過Triggered Subsystem（觸發子系統）進行時機采集，每段時間內只采集一次，最后通過內插函數恢復到原來的頻率上。此時得到的為曼徹斯特碼，要得到原來的雙極性碼必須經過解碼電路，即圖中所示：按照曼徹斯特碼的編寫過程對其進行反變換，應為+1與-1本身極性相反所以逆變換的過程就是其編碼的過程。

該模塊參數設置：脈沖信號頻率為20000Hz，因為采樣點頻率需要遠大于信號頻率；Delay判決門限電平為“0”，大于“0”判“+1”，小于“0”判“-1”。參數設置在此不再截圖。

3.2.4 誤碼率計算模塊

為了計算整個系統的性能，在最后加了一個誤碼率計算的模塊，因為測試下來最后的解碼相對于原碼有一定的延遲，所以對原碼加上一個延遲函數再對于解碼做誤碼率的計

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算。模塊電路圖如圖8所示。

圖8 誤碼率計算模塊

3.2.5 整體設計電路圖

綜合了以上的四個模塊，并在相應的地方添加示波器以便于波形的觀察，在接受濾波器后添加眼圖來觀察系統是否存在碼間串擾和噪聲，用以判別系統的整體性能。系統整體設計電路圖如圖9所示。

圖9 系統整體設計電路圖 使用System View建立模型描述

4.1 System View簡介

System View 是一個用于現代工程與科學系統設計及仿真的動態系統分析平臺。從濾

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波器設計、信號處理、完整通信系統的設計與仿真，直到一般的系統數學模型建立等各個領域，System View 在友好而且功能齊全的窗口環境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。

利用System View，可以構造各種復雜的模擬、數字、數?；旌舷到y和各種多速率系統，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統的設計和仿真。用戶在進行系統設計時，只需從System View配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統的仿真分析結果。

4.2 設計思路

System View整個系統框圖較為簡單，信號直接通過與隨機噪聲相加的信道，再通過巴特沃斯濾波器，再經過抽樣判決輸出。整個系統框圖如圖10所示。

圖10 System View整個系統框圖

參數設置如下：

Token0：Source――Noise/PN――Pn Seg（幅度1V，頻率10HZ，電平數2，偏移0V，產生單極性不歸零碼，隨機產生）

Token1：在專業庫中選擇Comm——Processors——P shape（Select pulse Shape＝ Rectangular，Time offset＝0，Width＝0.01s，產生矩形脈沖基帶信號）

Token3：Source――Noise/PN――Gauss Noise（均值為0，均方差為0.1的高斯白噪聲）Token4：Operator――Filters/systems――Liner Sys Filters（Analog，Butterworth，階數5，截止頻率10Hz）

Token5：Operator――Sample/Hold――Sample（Sample rate=10HZ，用于對濾波后的波 形進行抽樣，抽樣速率等于碼元速率）

Token6：Operator――Sample/Hold――Hold（Hold Value=Last Sample，Gain＝1，對抽 樣后的值延時一段時間，得到恢復后的數字基帶信號）

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Token7：Operator——Logic——Compare（Select comparison：a>=b True Output=1V，False Output＝-1V，對抽樣值進行判決比較，得到輸出碼元波形）

Token8：產生正弦信號，作為比較器的另一個比較輸入（振幅＝0V，頻率＝10Hz）這里采用的濾波器為巴特沃斯數字濾波器，其特性也具有尾部收斂速度較快的特點，只要設置相應的階數和頻率，就可以消除信道中的噪聲和碼間串擾，但依舊會有延時產生，但延時較小，可以忽略。在System View中依舊可以采用眼圖來觀察系統的性能設計是否滿足傳輸條件。整個系統的設計思想跟Simulink基本一致，只是在System View中運用的較為直白，這里不再敘述。模塊功能分析

5.1 用Simulink設計系統

模塊的分類以及功能設計已在第3部分中加以說明，下面結合每部分的波形來對相應模塊進行分析。

1）信源模塊：調試點波形如圖11所示。

圖11 信源模塊調試點波形

由波形可知該模塊可產生曼徹斯特雙相碼。

2）收發濾波器和信道模塊：本模塊包含了兩個濾波器和一個信道，為了展現個部分功能，共引入了4路信號波形，用來觀察信號從發送到接收的整個狀態，包括延時、波形轉換，同時可以觀察到濾波器和信道的性能是否滿足設計要求。這四個信號波形分別為發送濾波器前的發送信號

1、經過發送濾波器的信號

2、經過信道的信號

3、經過接收濾波器的信號4。調試點波形如圖12所示。

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圖12 收發濾波器和信道模塊調試點波形

通過各點波形可以看出發送接收濾波器相比較前一個波形均有延時，經過高斯信道后波形明顯增加了噪聲，有一些雜波，在經過接受濾波器后被消除。該模塊大大減弱了信號傳輸過程中所會遇到的碼間串擾和噪聲問題的影響。這一性能可通過眼圖觀察出來。

3）抽樣判決模塊：將信道接收到的信號通過抽樣判決輸出，各點波形如圖13所示。

圖13 抽樣判決模塊調試點波形

通過各點的波形可以看出在接收到的信號經過判決門限判決后需要經過不止一次的分時分頻，為了結果的更精確，需進行多次采集，最后可判決出正確的波形。

5.2 用System View設計系統

采用此種方法的中間點波形如圖14所示。

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圖14 System View各點調試波形圖

通過各個調試點的波形可以看出其對應的功能，因為前面基本介紹，這里不再述說。通過波形可以發現，信號在通過巴特沃斯濾波器后產生了一些延時，這可能是由濾波器本身的特性而導致的。而通過采樣后的波形可以看出明顯的門限電平為“0”，可以判別出信號的原始碼型。

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書 調試過程及結論

6.1 Simulink調試

6.1.1 Simulink調試結果

系統最終解碼與原碼波形如圖15所示。

圖15 最終調試波形1

在原碼后添加一個10ms的延時函數器件，輸出波形如圖16所示。

圖16 最終調試波形2

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用眼圖來觀察信道傳輸后的性能，在接收濾波器后添加眼圖，視圖如圖17所示。

圖17 眼圖示意圖

最后輸出信號的頻譜圖如圖18所示。

圖18 輸出信號頻譜圖

誤碼率的計算值如圖19所示，此時高斯噪聲的大小約為50dB。

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圖19 誤碼率計算

6.1.2 Simulink調試結論

通過波形比較、眼圖以及信號頻譜圖可以得出以下結論：

1）系統解碼相對原碼延時了10ms的時長，延時主要受兩個升余弦濾波器的影響； 2）在信道傳輸信號后，眼圖的眼睛張開較大，沒有過零點失真，噪聲也基本沒有，說明信道模塊設計性能基本滿足要求；

3）系統的誤碼率為0.004498，在2001個碼元中有9個錯碼，誤碼率很小但不為零，說明在解碼的過程中受到了系統噪聲的干擾，由于誤碼率較小，基本可認為達到了設計要求。

6.2 System View調試

6.2.1 System View調試結果

系統最后輸出的解碼與原碼波形如圖20所示。

圖20 最終調試波形

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在濾波器后觀察眼圖，視圖如圖21所示。

圖21 眼圖示意圖

輸出信號頻譜圖如圖22所示。

圖22 輸出信號頻譜圖

6.2.2 System View調試結論

通過波形和眼圖，可以得出以下結論：

1）系統解碼相對原碼有延時，但時長很短，為10e-3級別，延時主要受巴特沃斯濾波器的影響；

2）通過對眼圖的觀察，可以發現眼圖張開較大，但有少部分雜亂的線，說明存在噪聲，但通過波形來看，幾乎沒有失真。

3）整個系統性能調節達到設計要求。

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6.3 兩種方案性能對比

通過調試觀察波形、眼圖以及頻譜圖，對比兩個方案的總體系統性能，可以發現，在Simulink中設計的系統性能較為良好，我認為原因在于濾波器的設計，在Simulink中采用的是升余弦濾波器，更有助于實現無碼間串擾傳輸，巴特沃斯濾波器雖然尾部收斂也比較快，但是對于數字基帶傳輸的性能不如升余弦濾波器。參考文獻

[1] 樊昌信，曹麗娜.《通信原理（第6版）》.北京：國防工業出版社，2008.[2] 陳星，劉斌.SystemView通信原理實驗指導.北京航空航天大學電子工程系內部講義，1997.

第三篇：801_通信系統原理

801--《通信系統原理》

一、基本要求

通信原理是通信和信號處理等專業的重要基礎課程，它系統講述了通信系統的基礎理論和應用知識。本課程要求考生掌握通信的基礎理論、原理框圖和基本計算分析能力，具有一定的解決實際問題的能力。重點考查考生對通信系統各組成部分、原理框圖、基本概念和常識的理解及掌握情況，要求考生掌握基本的系統性能分析和計算方法。

二、考試范圍

1、通信系統模型和主要性能指標（通信的常識和框圖）;

2、隨機過程（廣義平穩性，功率譜，自相關，高斯噪聲）；

3、信道模型和特性、信息論基本概念和信道容量的概念(恒參信道、隨參信道、香農公式)；

4、模擬調制（AM,DSB,SSB,VSB,FM）；

5、數字基帶傳輸(無碼間干擾條件、線路碼、均衡常識)；

6、數字載波調制（二進制調制、QPSK、QAM）；

7、模擬信號的數字化(均勻量化、非均勻量化、A律13折線量化編碼)；

8、數字信號的最佳接收（最佳接收準則、匹配濾波器）；

9、差錯控制編碼（線性分組碼常識）；

10、同步原理（載波同步、位同步及幀同步常識）。

三、出題形式

1、選擇題(涵蓋較廣,包括通信常識、小計算、概念)；

2、簡答題（簡要回答通信原理的知識，包括分析、作圖等）；

3、綜合性大題（包括框圖、計算分析、應用題等）。

第四篇：通信原理課程設計報告(FSK)

2FSK系統的調制與解調

（一）課程設計目的：

1.培養自己綜合運用理論知識解決問題的能力。

2.學會應用Matlab的Simulink工具對通信系統進行仿真。3.培養學生的自主創新能力與創新思維。4.讓學生初步掌握如何撰寫課程設計總結報告。

（二）設計要求與內容：

1).設計內容：

完成2FSK系統，調制方法為開關法，解調法為相干解調。

2).設計要求：

（1）設計2FSK系統數字通信系統的原理圖。

（2）根據通信原理，設計出各個模塊的參數（包括低通濾波器、帶通濾波器、基帶信號、載波信號、高斯白噪聲等）。

（3）觀察仿真結果并進行波形分析（中間波形變化、眼圖）。（4）分析計算影響系統性能的因素。

（三）設計步驟

1).2FSK系統原理圖：

2).各個模塊具體參數：

（1）.正弦波發生器1：

（2）.正弦波發生器2：

（3）.高斯白噪聲：

（5）帶通通濾波器2：

4）.帶通通濾波器1：

6）.低通通濾波器1：

（（（7）帶通濾波器2：

（8）.判決器：

3).仿真結果及波形分析：

（1）基帶信號：

（2）調制信號1：

（3）調制信號2：

（4）調制后信號：

（5）加了噪聲的信號：

（6）經過帶通濾波器1后：

（7）經過帶通濾波器2后：

（8）經過低通濾波器1后：

（9）經過低通濾波器2后：

（10）解調后的信號：

（11）經判決器解調后的信號：

（12）眼圖：

（四）分析誤碼率：

1r Pe?erfc()22r =A2?22

由A=1

?=0.05

? r =10 2pe=8.50036660252034*10?4

（五）設計心得體會：

從設計中檢驗我所學的理論知識到底有多少，鞏固已經學會的，不斷學習我們所遺漏的新知識，把這門課學的扎實。

第五篇：通信原理教案 實驗五 FSK調制解調實驗

實驗五 FSK 調制解調實驗

(理論課:教材第七章P180--185）

實 驗 內 容

1.頻率鍵控（FSK）調制實驗 2.頻率鍵控（FSK）解調實驗

一、實驗目的

1.理解FSK調制的工作原理及電路組成。2.理解利用鎖相環解調FSK的原理和實現方法。

二、實驗電路工作原理

TP901 TP904TP90832KHz選頻 32KHz方波12TP906TP907輸出時鐘K901D/A TP902模相FSKTP909擬加12解調整 開器(4046形16KHz方波12關FSK調制輸出鎖相環輸 K902D/AK906解調)出 TP903TP90

5PN2K1 F832K904WMCLK 213WMDATA

K903

圖2-1 FSK調制解調電原理框圖

數字頻率調制是數據通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調制解調方式容易實現，抗噪聲和抗衰減性能較強，因此在中低速數據傳輸通信系統中得到了較為廣泛的應用。

數字調頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數字信息。數字調頻信號可以分為相位離散和相位連續兩種情形。若兩個振蕩頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間相位互不相關，這就叫相位離散的數字調頻信號；若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載頻進行分頻，這樣產生的兩個載頻就是相位連續的數字調頻信號。

本實驗電路中，由實驗一提供的載頻頻率經過本實驗電路分頻而得到的兩個不同頻率的載頻信號，則為相位連續的數字調頻信號。

（一）FSK調制電路工作原理

FSK調制解調電原理框圖，如圖2-1所示；圖2-2是它的調制電路電原理圖。

輸入的基帶信號由轉換開關K904轉接后分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經倒相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出f1=32KHz，當基帶信號為“0”時，模擬開關1關閉，模擬開關2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調的FSK信號。

電路中的兩路載頻(f1、f2）由內時鐘信號發生器產生，經過開關K901，K902送入。兩路載頻分別經射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關U901∶A與U901∶B(4066)。

（二）FSK解調電路工作原理 FSK集成電路模擬鎖相環解調器由于性能優越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應用。解調電路電原理圖如圖2-3所示。

FSK集成電路模擬鎖相環解調器的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環時，使

它鎖定在FSK的一個載頻f1上，對應輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那末在鎖相環路濾波器輸出端就可以得到解調的基帶信號序列。

FSK鎖相環解調器中的集成鎖相環選用了MC14046。

壓控振蕩器的中心頻率設計在32KHz。圖2-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C904構成外接低通濾波器，其參數選擇要滿足環路性能指標的要求。從要求環路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提高環路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設計應在滿足捕捉時間前提下，盡量減小環路低通濾波器的帶寬。

當輸入信號為16KHz時，環路失鎖。此時環路對16KHz載頻的跟蹤破壞?？梢姡h路對32KHz載頻鎖定時輸出高電平，對16KHz載頻失鎖時就輸出低電平。只要適當選擇環路參數，使它對32KHz鎖定，對16KHz失鎖，則在解調器輸出端就得到解調輸出的基帶信號序列。關于FSK調制原理波形見圖2-4所示。

三、實驗內容

測試FSK調制解調電路TP901—TP909各測量點波形，并作詳細分析。

1．按下按鍵開關： K01、K02、K900。

2．跳線開關設置： K9012–

3、K9022–3。K903:1-2 3 K9041–

2、2KHz的偽隨機碼，碼序列為：*** 做FSK解調實驗時，K9041–

2、K9031–2。K905：1－2 3－4K906:2-3 K907:1-2 3．在CA901插上電容，使壓控振蕩器工作在32KHz，電容在1800Pf?2400Pf之間。

4．注意選擇不同的數字基帶信號的速率。有1110010碼(2KHz)、1010交替碼(8KHz)。由信號轉接開關K904進行選擇。

5．接通開關K906“2”和“3”腳，輸入FSK信號給解調電路，注意觀察“1”“0”碼內所含載波的數目。

6．觀察FSK解調輸出TP907～TP909波形，并作記錄，并同時觀察FSK調制端的基帶信號，比較兩者波形，觀察是否有失真。

四、測量點說明

TP901：32KHz載頻信號，由K901的1與2相連，可調節電位器W901改變幅度。

TP902：16KHz載頻信號，由K902的1與2相連，可調節電位器W902改變幅度。

TP903：作為F = 2KHz或8KHz的數字基帶信碼信號輸入，由開關K904決定。K904 的1與2相連：碼元速率為2KHz的***碼；K904的2與3相連：碼元速率為8KHz的10101010碼。

TP904：32KHz基帶FSK調制信號輸出。TP905：16KHz基帶FSK調制信號輸出。

TP906：FSK調制信號疊加后輸出，送到FSK解調電路的由輸入開關K905控制。

TP907：FSK解調信號輸入。由FSK解調電路的輸入開關K906的2與3腳接入

TP908：FSK解調電路工作時鐘，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不大于2KHz，若有偏差，可調節電位器W903或W904和改變CA901的電容4 值。

TP909：FSK解調信號輸出，即數字基帶信碼信號輸出，波形同TP903。注：在FSK解調時，K904只能是1與2相連，即解調出碼元速率為2KHz的***碼。K904的2與3腳不能相連，否則FSK解調電路解調不出此時的數字基帶信碼信號，因為此時F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不滿足4F ≤ fc1的關系，因為此時它們的頻譜重疊了。所以在此項實驗做完后，應注意把開關K904設置成1與2相連接的位置上。

五、討論思考題

1.畫出測試點的各點波形。

2.寫出改變4046的哪些外圍元件參數對其解調正確輸出有影響? 3.采用鎖相環解調時，其輸出信號序列與發送信號序列相比有否產生延遲?

六、實測各點波形

1、FSK頻率鍵控調制電路的工作波形

（上圖）：TP901：32KHz載頻信號（下圖）：TP902：16KHz載頻信號

TP903： 2KHz數字基帶信碼信號

圖理原電路電制調KSF 2－2圖 8

圖理原電路電調解KSF 3－2圖 TP9010t32KHz載頻fC1輸入TP9020t16KHz載頻fC2輸入TP9030TP9041110010tt信碼032KHz載頻fC1輸出TP9050t16KHz載頻fC2輸出TP9060t合路后FSK輸出 圖2-4 FSK調制原理波形圖

上圖 TP904：32KHz載頻FSK調制信號 K905 1-2 3-4 全部斷開后測出 下圖 TP905：16KHz載頻FSK調制信號

TP906：FSK調制疊加后輸出信號 K905 1-2 3-4 測出

2、FSK頻率鍵控解調電路的工作波形 K906 2-3

TP907：FSK解調信號輸入。同TP906 10

TP908：FSK解調電路32KHz工作時鐘，TP909：FSK解調輸出 的2KHz數字基帶信碼 同TP903