实验11、DPSK调制解调-

实验11DPSK调制解调一、实验目的1.掌握差分编码与差分译码的原理及实现方法。2.掌握DPSK调制与解调的原理及实现方法。3.由“倒π”现象分析DPSK调制方式。二、实验原理1.差分编码与差分译码DPSK调制是在原2PSK调制的基础上增加了差分编码的过程。图11-1差分编码电路原理差分编码原理如上图所示，它是由异或门与D触发器组成。基带信号作为异或门的一个输入端，另一输入端接到D触发器的输出端，而异或门的输出作为D触发器的输入。设差分输出上一时刻为“0”，当前时刻输入数字信号“1”，此时有异或门的输出为“1”，当位同步的上升沿到来时，D触发器输出“1”。在下一时刻，数字信号输入为“0”，异或门另一输入端为D触发器当前时刻的输出“1”，故异或门的输出仍为“1”，当位同步的上升沿到来时，D触发器输出“1”，如下所示。NRZ输入101101差分输出0110110差分译码的过程和差分编码正好相反，信号先输入到D触发器，同时作为异或门的一个输入端，异或门的另一输入端为D触发器的输出，因此差分译码的实质就是此刻的状态和前一时刻的状态的异或，如下图所示。图11-2差分译码电路原理2.DPSK调制解调在2PSK解调中，如解调用的相干载波与调制端的载波相位反相时，则解调出的基带信号恰与原始基带信号反相，这就是2PSK解调中的“倒π”现象。在PSK的实验中，我们观察到相位模糊（“倒π”）的现象，但是如何解决相位模糊的问题呢，在实际系统中一般通过DPSK的方法解决该问题。即在调制前，先对输入的基带信号进行差分编码（绝对码-相对码转换），然后对解调后的信号进行差分译码（相对码-绝对码转换），还原出基带信号，通过这个方法，即使出现相位模糊的情况，也不会影响最终的解调输出。通俗来讲，DPSK调制解调是在PSK的基础上增加了差分编码和差分译码。DPSK调制信号如下图所示。NRZ输入差分输出DPSK调制输出图11-3DPSK调制信号波形在DPSK解调中，无论解调用的相干载波是否与调制端的载波相位同相或反相，解调出的基带信号与原始基带信号同相。究其原因，在于2DPSK调制前基带信号经过差分变换，从而将用载波初始相位表征基带信号的方式（2PSK）改变为用前后载波的相位差表征基带信号，这样只要在传输中这种前后载波相位差不发生变化，即使解调用的相干载波反相也不会影响逆差分变换后的结果。这就是2DPSK为什么能够抑制2PSK解调中的“倒π”现象的原因。3.实验框图说明图11-4DPSK调制解调流程图框图说明：01100100100011本实验中需要用到以下2个功能单元：点击框图中“基带设置”按钮，可以修改基带信号输出的相关参数；2P6输出基带信号，2TP8输出基带时钟；(1)数字调制单元-A4：完成输入基带信号的DPSK调制，调制后信号从4TP2输出。由于DPSK直接对基带信号进行差分编码后再进行调制，因此输入的为2P6基带信号，输出为DPSK信号，可用差分编码信号4VT13作为同步信号进行观测。调制载波频率默认为128K，通过“载波频率”旋钮可修改，修改范围为0K-4096K；(2)数字解调单元-A5：完成DPSK解调，解调采用相干解调法，其解调同PSK。其中载波提取采用了硬件电路的costas环，costas环VCO中心频率可调节；注：在流程图中，可以通过框图上的按钮修改实验中输出的参数：解调输出选择：PSK科斯塔斯特环中只有PSK和本地载波同相或反相的那路才能解出基带数据，正交的那路不能解出基带数据，实验时我们可以用鼠标点击环路左侧的两个乘号选择进入抽样判决电路的信号；4.测量点说明2P6：基带数据输出；2TP8：基带时钟输出；4VT11：0相载波输出；4VT12：π相载波输出；4VT13：调制端相对码输出；4TP2：PSK调制输出；5TP1：解调信号输入；5VT13：本地载波输出；5VT11：I路相干输出；5VT12：Q路相干输出；5TP7：I路滤波输出；5TP6：判决电平输出；5VT14:解调端相对码输出；5TP3：解调数据输出；5VT15:恢复时钟；三、实验任务1.DPSK调制观测；2.DPSK解调观测；四、实验步骤1.实验准备(1)获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台；(2)选择实验内容使用鼠标在通信原理实验目录选择：DPSK调制解调实验，进入到DPSK实验页面。2.DPSK调制观测(1)差分编码观测（绝对码-相对码转换）使用鼠标点击“基带设置”按钮，设置基带数据为：“15-PN”，设置基带时钟为“128K”。使用4通道示波器通道分别观察：绝对码-2P6、对应的相对码-4VT13和2TP8，分析差分编码输出是否正确。（注：相对码数据读取时延时一个码元）将基带数据设置为：“16bit”，“128K”，自设16bit拨码开关，观察绝对码-相对码转换是否正确。(2)DPSK调制观测使用4踪示波器分别观测：绝对码2P6，相对码4VT13，DPSK调制输出4TP2,分析DPSK调制信号和绝对码及相对码的关系。分析其和PSK调制的区别。DPSK调制信号和绝对码及相对码的关系：2DPSK是进行差分编码的，差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码的，称作相对码。而单极性或双极性的码是绝对码。PSK：绝对码跟它前面的一个相对码作比较，如果绝对码是1,则得出的相对码是前一个相对码相反的!如果绝对码是0,则不变。3.DPSK解调观测(1)DPSK解调观测调节解调模块框图中的判决电平和环路滤波器参数，用示波器观测5TP3。点击可切换I路或Q路输出；(2)DPSK相位模糊观测基带速率32K，数据设为01010101010101，载波为128K；4通道示波器分别接5TP1、5VT13、4VT13、5VT14，正确解调时观测0电平调制信号和本地载波间的相位关系；通过切换按钮观测相位模糊的现象，并思考出现相位模糊的原因；相位模糊原因：相干载波恢复中载波相位模糊通过切换按钮使4VT13、5VT14间出现相位模糊，观察此时2P6和5TP3间有没有相位模糊，为什么？没有，因为它将信号经行了差分,就是求导。波形变成了尖峰所以不会相位模糊。4.实验结束实验结束，从浏览器退出在线实验平台。五、实验报告要求1.完成实验步骤，记录实验中相关数据及波形并回答相关问题。2.叙述差分编码和差分译码的原理。六、思考题1.如何通过编程完成DPSK调制算法？七、实验注意1.基带要低于512k2.判决电平要求5TP6电平调在5TP7信号中间；3.环路滤波器设置为245（默认）4.载波频率=两倍基带频率八、实验心得通过本次实验我掌握了差分编码与差分译码的原理及实现方法，掌握了DPSK调制与解调的原理及实现方法，学习了由“倒π”现象分析DPSK调制方式，在本次实验中的难题我都一一克服，让我对课本知识有了新的认识，对课本知识的学习更进一步。