通原实验4-数字调制PSK实验.ppt

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 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 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 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 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 6 2PSK 2DPSK调制信号的频谱 功率谱 测量 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 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 相 分别表示二进制数字的 1 和 0 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 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 双极性不归零 1 2PSK模拟调制 1 22PSK信号的产生过程 双极性不归零 调制器用模拟器件承担 2 2PSK键控调制 1 22PSK信号的产生过程 2PSK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 工作原理 2PSK功率谱特性 2PSK信号与2ASK信号的数学表达式一样 即 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 鉴相器 1 32PSK信号的解调 判决 LPF BPF 定时脉冲 数据输出 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 相乘输出 低通输出 1001110 判决输出 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 2PSK 0110001 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 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 载波0相位 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 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 1011000 0100111 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 1011000 0101100 1110100 绝对码 延时 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 2DPSK 0001011 相对码 载波0相位 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 双极性不归零码 差分码变换 双极性差分码 构成2DPSK模拟调制系统的基本单元电路有 相对码 0001011 载波 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 振荡器 反相器 差分编码器 相对码 0001011 0相载波 相载波 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 1 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 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 LPF BPF 定时脉冲 延迟TS 数据输出 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 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 1011001 2DPSK 延迟 鉴相输出 定时脉冲 样值x 判决输出 1011001 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 载波提取电路 位同步提取电路 Ts 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 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 相乘输出 低通输出 判决输出 1001110 差分输出 101001 0 实验应知知识介绍完毕 实验开始 谢谢 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 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 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 直接法 平方环法提取同步载波 MC1496 74HC4046 74HC74 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 抑制载波的双边带信号为 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 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 相对码信号 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 绝对码 四 实验内容与步骤 1 2PSK信号产生与测量 示波器CH1 测试数据观察与记录 0相 相载波信号测量 记录信号参数与波形 示波器CH2 数字基带信号测量 记录信号参数与波形 M 7 示波器CH1 2PSK信号测量 记录信号波形 示波器CH2 调节电位器W1 W2 使输出载波幅度相等 均为2 2 5Vp p 说明 什么是2PSK 实验准备 S2 左 S3 中 连接实验电路电源 连接SQ128KHz SQ1 IN 连接SQ8KHz CLK IN 连接NRZ OUT NRZ IN 示波器CH2 四 实验内容与步骤 2 基带信号与2PSK信号的功率谱测量 实验准备 保持前步骤电路的连接状态不变 测试数据观察与记录 基带信号频谱测量 记录信号参数与波形 2PSK信号频谱测量 记录信号参数与波形 根据实验测量数据 说明实验用2PSK系统的带宽为多少 示波器CH1 示波器CH2 四 实验内容与步骤 项目2 2PSK调制信号的解调测量 请参考 通信原理 课程所学2PSK相干解调系统电路组成 根据提供的 数字调制解调与载波同步模块 自己构建并画出实现对2PSK信号解调的实验电路框图 3 2PSK调制信号的解调测量 四 实验内容与步骤 测试数据观察与记录 相乘器输出信号测量 记录MUL信号波形 低通滤波信号测量 记录A P LPF信号波形 电压比较器输出信号测量 记录CMP信号波形 抽样判决输出信号测量 记录DEM OUT信号波形与时延 思 什么情况下解调输出的NRZ码元与原信号刚好相反 实验准备 S4 下 S6 上 连接MOD OUT 2PSK DPSK IN CAR OUT CAR IN SQ8KHz BS IN 保持前步骤电路的连接状态不变 同步载波提取信号测量 记录SIN1 CAR OUT对比信号波形 示波器一个探头测NRZ作同步信号 请参考 通信原理 课程所学2DPSK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2DPSK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3 2DPSK信号产生与测量 四 实验内容与步骤 4 2DPSK信号产生与测量 示波器CH1 测试数据观察与记录 0相 相载波信号测量 记录信号参数与波形 数字基带信号测量 记录Ak IN 绝对码 Bk OUT 相对码 信号参数与波形 M 7 2PSK信号测量 记录信号波形 调节电位器W1 W2 使输出载波幅度相等 均为2 2 5Vp p 说明 什么是2DPSK 实验准备 S2 左 S3 中 连接实验电路电源 连接SQ128KHz SQ1 IN 连接SQ8KHz CLK IN 连接NRZ OUT Ak IN Bk OUT NRZ IN 示波器CH2 示波器CH2 示波器CH2 示波器CH1 请参考 通信原理 课程所学2DPSK相干解调 码变换法解调系统电路组成 根据提供的 数字调制解调与载波同步模块 自己构建并画出实现对2DPSK信号解调的实验电路框图 四 实验内容与步骤 项目4 2DPSK调制信号的解调测量 3 2DPSK调制信号的解调测量 四 实验内容与步骤 测试数据观察与记录 相乘器输出信号测量 记录MUL信号波形 低通滤波信号测量 记录A P LPF信号波形 电压比较器输出信号测量 记录CMP信号波形 抽样判决输出信号测量 记录DEM OUT信号波形 实验准备 S4 下 S6 上 连接MOD OUT 2PSK DPSK IN CAR OUT CAR IN SQ8KHz BS IN DEM OUT BN IN 保持前步骤电路的连接状态不变 同步载波提取信号测量 记录SIN1 CAR OUT对比信号波形 示波器一个探头测绝对码NRZ作同步信号 码反变换输出信号测量 记录AN OUT信号波形与时延 五 实验报告与思考题 1 分析实验电路的工作原理 叙述其工作过程 2 根据实验测试记录 画出各测量点的波形图 3 记录实验中出现的问题 提出改进意见 实验报告要求 由于2PSK在解调的时候可能会出现 相位模糊 现象 可采用2DPSK调制方法弥补此缺点 试自己设计一个绝对码 相对码的变换电路和2DPSK调制电路 实验思考题 2 2PSK解调器系统由哪几大部分组成 简述各部分的作用 3 简述平方环法提取同步载波的工作过程