通原实验4-数字调制PSK实验

厚德博学追求卓越通信原理实验数字调制与解调系统实验数字调制与解调技术的重点是:数字基带信号与数字频带信号之间的转换,实验的目的是掌握实现这种转换的技术。目前数字调制采用最多的方法是键控法,它是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。实际工程中常应用的数字调制方式有:ASK、FSK与PSK。厚德博学追求卓越(2)移相键控PSK调制与解调载波信号是各种调制所必须的传送载体基带信号是各数字通信系统传输的对象厚德博学追求卓越移相键控PSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于ASK和FSK，即使在有衰落的信道中也能获得很好的效果。因而在实际的高速数据传输系统中得到广泛的应用，通过此实验：1.掌握2PSK和2DPSK调制与解调电路的组及成工作原理。2.了解“0”相和“π”相载频信号的产生方法，掌握二进制绝对码与相对码的变换方法。3.掌握2PSK和2DPSK调制器与解调器的测试技能。一、实验目的厚德博学追求卓越5.2DPSK调制与解调信号的测量1.2PSK信号同相与反相载波的产生与测量2.数字基带信号的产生与测量4.2PSK调制与解调信号的测量3.绝对码（an)与相对码(bn)信号测量二、实验内容6.2PSK/2DPSK调制信号的频谱（功率谱）测量厚德博学追求卓越数字相位调制又称移相键控，简记PSK,二进制移相键控记作2PSK。它是利用载波相位的变化来传送数字信息的。通常有两种类型：1.数字移相键控PSK调制的基本原理(1)绝对相移(2PSK或BPSK)(2)相对相移(差分相移/2DPSK或DBPSK)三、实验应知知识厚德博学追求卓越1.1绝对移相键控2PSK调制电路与基本原理绝对相移定义：以载波的不同相位的绝对值来直接传送相应二进制数字信号的一种调制方式，简称2PSK。通常用已调载波的“0”相和“π”相，分别表示二进制数字的“1”和“0”。”“”“如相位相位0101001110绝对码2PSK载波0相位这种用载波不同相位的绝对值直接去表示相应数字信息的相位键控，常称为绝对移相。在绝对移相键控系统中：信息代码与2PSK已调载波相位变化的规律是“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的相位变化180°，相同时则不变。厚德博学追求卓越2PSK信号的产生，在工程上可以采用模拟调制与键控的两种方法实现。tCcostS双极性不归零tSPSK21.2PSK模拟调制1.22PSK信号的产生过程tS1001110绝对码tCcos载波双极性不归零调制器用模拟器件承担tSPSK21001110厚德博学追求卓越2.2PSK键控调制1.22PSK信号的产生过程tCcostSPSK2tS载波反相02PSK键控调制系统电路原理框图如图所示：调制器用电子开关承担。tCcostSPSK2tS载波反相0工作原理1001110厚德博学追求卓越2PSK功率谱特性2PSK信号与2ASK信号的数学表达式一样，即：tnTtgatScnsnASKcos)()(2P1,0P,1以以natnTtgatScnsnPSKcos)()(2P1,1P,1以以na只是an的取值不同。因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。SfSffPm2PSK信号频谱sASKPSKfBB222厚德博学追求卓越鉴相器1.32PSK信号的解调判决LPFBPF定时脉冲数据输出tSPSK2本地载波绝对移相方式在调制时，是以某一载波相位作为基准的。因此解调时，在接收端也必须恢复一个与调制端同样的固定基准相位载波作为参考，即需要采用相干解调。1001110发送数据2PSK参考载波相乘输出低通输出1001110判决输出厚德博学追求卓越一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息将会出现0和1的反转，从而导致接收端错误接收。相乘输出1001110发送数据2PSK0110001判决输出载波低通输出这种现象通常称为2PSK的“倒”现象或“反向工作”现象。2PSK调制在理论分析时虽然成立。但在实际工程中，如若因接收端遇到突发干扰（温度漂移或噪声干扰等）。就会使接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒“π”现象，发生绝对的错误，对系统的误码性能，影响很大，使通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。厚德博学追求卓越二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作2DPSK。它不是利用载波相位的绝对值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。假设相对载波相位值用相位偏移表示规定数字信息序列与之间的关系为1.4相对（差分）移相键控2DPSKD0数字信息“0”数字信息“1”2DPSK2PSK载波0相位01001110绝对码2DPSK的规律是“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相变化180°，信息代码为“0”时，则本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相不变化。厚德博学追求卓越绝对码/相对码变换若绝对码记为aK，相对码记为bK，绝对码一相对码之间的关系为:1kkkbab根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。把绝对码变成相对码的差分编码方法：绝对码an中，1变0不变。绝对码1110100相对码101100001001111kkkbba用D触发器作为码元延迟器。由于异或门为组合逻辑器件，其输出信号可能出现冒险现象，为了克服冒险现象，在后面增加一个D触发器则可保证正确的绝相变换信号输出。相对码101100001011001110100绝对码延时厚德博学追求卓越1.5相对移相信号的产生原理首先对数字基带信号进行差分编码即由绝对码变为相对码，然后用相对码对载波进行绝对调相，即可实现2DPSK信号的产生。2DPSK1001110绝对码0001011相对码载波0相位0”相对码“”相对码“规则进行调制对相对码按相位相位0102PSK厚德博学追求卓越1.6相对移相2DPSK信号的工程实现模拟调制与键控调制法。1.2DPSK模拟调制tCcostS双极性不归零码差分码变换双极性差分码()tSDPSK2构成2DPSK模拟调制系统的基本单元电路有：调制器1001110绝对码相对码0001011载波()tSDPSK2厚德博学追求卓越1.6相对移相2DPSK信号的工程实现2.2DPSK键控调制构成2DPSK键控调制系统的基本单元电路有：tSDPSK2tS振荡器反相器调制器差分编码器01001110绝对码相对码0001011()tSDPSK20相载波π相载波厚德博学追求卓越2PSK或2DPSK信号，就波形而言，都可等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，是一对倒相的序列。因此，2DPSK和2PSK信号具有相同的表达式：1.72DPSK信号的功率谱特性与带宽不同的是2PSK表达式中的s(t)是数字基带信号，2DPSK表达式中的s(t)是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。tnTtgatStScnsnPSKDPSKcos)()()(22P1,1P,1以以na1、2DPSK与2PSK信号有相同的功率谱2、2DPSK与2PSK信号带宽相同，是基带信号带宽Bs的两倍，即3、2DPSK与2PSK信号频带利用率也相同，为sPSKDPSKfBB222厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调差分相干解调和相干解调-码变换法，后者又称为极性比较－码变换法。直接比较前后码元的相位差，故也称为相位比较法解调，其原理框图如图所示。1、差分相干解调法电路判决LPFBPF定时脉冲延迟TS数据输出tSDPSK2na这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。图中Ts延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。A.电路组成鉴相器厚德博学追求卓越以数字序列=[1011001]为例1.82DPSK信号解调B.差分相干解调法工作原理发送数据10110012DPSK延迟鉴相输出定时脉冲样值x判决输出规则：正-”0“；负-“1”1011001厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调2、相干解调-码变换法电路组成与工作原理A.电路组成判决BPF码(反)变换此法即是2PSK解调加差分译码。LPF鉴相器tSDPSK2载波提取电路tCcos位同步提取电路Tsna此电路与差分解调电路相比，解调时需要码变换器和相干载波提取电路。故设备比较复杂；且抗噪声性能差；系统误码率增加，通常认为增加一倍；所以DPSK解调大多采用差分相干接收。厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调B.相干解调-码变换法电路工作原理以数字序列=[101001]为例0101001发送数据2DPSK载波相乘输出低通输出判决输出1001110差分输出101001由以上分析可知，2DPSK与2PSK的波形不同，他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位差才表示信息符号。这说明，解调2DPSK信号是并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则只要鉴别这个相差关系就可正确恢复数字信息。这就避免了2PSK中的倒π现象发生，为此得到了广泛的工程应用。0厚德博学追求卓越实验应知知识介绍完毕实验开始谢谢!厚德博学追求卓越实验现场操作规程a、注意安全操作规程，确保人身安全5.1注意人身安全和仪器设备的安全为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。调换仪器时应切断实验台的电源。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。b、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。厚德博学追求卓越实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：四、实验内容与步骤PSK调制解调单元模块电路数字方波信号产生模块电源M序列产生模块波形变换、反相及幅度调节模块（0相/π相载波）调制器电压比较乘法器相对码转绝对码模块绝对码转相对码模块同步载波提取模块厚德博学追求卓越锁相环平方律部件二分频输入已调信号2PSK/2DPSK滤波输出环路滤波器压控振荡器鉴相器()et直接法——平方环法提取同步载波MC149674HC404674HC74由于提取载波的过程中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。ttmtsccos)()(抑制载波的双边带信号为ttmtmttmtecc2cos)(212)(cos)()(2222LC选频回路LC选频回路厚德博学追求卓越实验用2PSK调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调。128KHz方波NRZ信号8KHz时钟调制连接解调连接S2短接左S3短接中2PSK信号8KHz同步时钟S4短接下S6短接上同步载波信号厚德博学追求卓越实验用2DPSK调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调-码变换法。128KHz方波NRZ信号8KHz时钟调制连接解调连接S2短接左2PSK信号S3短接中8KHz同步时钟S4短接下S6短接上同步载波信号相对码信号厚德博学追求卓越请参考《通信原理》课程所学2PSK调制系统电路组成，根据提供的“数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出用键控方式实现2PSK调制系统的实验电路框图。基本条件：载波频率128KHz；传输速率8KHz。四、实验内容与步骤项目1：2PSK信号产生与测量128K正弦波反相器调制器2PSK调制128K方波8KCP波形变换M序列0相载波π相载波(2PSK)MOD-OUT(绝对