1、實驗5 FSK（ASK）調制解調實驗一、實驗目的1掌握FSK（ASK）調制器的工作原理及性能測試；2掌握FSK（ASK）鎖相解調器工作原理及性能測試；3. 學習FSK（ASK）調制、解調硬件實現，掌握電路調整測試方法。二、實驗儀器1FSK調制模塊，位號A（實物圖片如下）2FSK解調模塊，位號C（實物圖片如下）3時鐘與基帶數據發生模塊，位號：G（實物圖片見第3頁）4噪聲模塊，位號B520M雙蹤示波器1臺6小平口螺絲刀1只7頻率計1臺（選用）8信號連接線3根三、實驗原理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，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數據傳輸通

2、信系統中得到了較為廣泛的應用。（一） FSK調制電路工作原理FSK調制電路是由兩個ASK調制電路組合而成，它的電原理圖，如圖5-1所示。16K02為兩ASK已調信號疊加控制跳線。用短路塊僅將1-2腳相連，輸出“1”碼對應的ASK已調信號；用短路塊僅將3-4腳相連，輸出“0”碼對應的ASK已調信號。用短路塊將1-2腳及3-4腳都相連，則輸出FSK已調信號。因此，本實驗箱沒有專門設置ASK實驗單元電路。16P01調制信號輸出16P02 圖5-1 FSK調制解調電原理框圖圖5-1中，輸入的數字基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經反相器去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“

3、1”時，模擬開關B打開，模擬開關A關閉，此時輸出f1=32KHz；當基帶信號為“0”時，模擬開關B關閉，模擬開關A打開，此時輸出f2=16KHz；在輸出端經開關16K02疊加，即可得到已調的FSK信號。電路中的兩路載頻(f1、f2)由時鐘與基帶數據發生模塊產生的方波，經射隨、選頻濾波變為正弦波，再送至模擬開關4066。載頻f1的幅度調節電位器16W01，載頻f2的幅度調節電位器16W02。（二） FSK解調電路工作原理FSK解調采用鎖相解調，鎖相解調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的一個載頻上，此時對應的環路濾波器輸出電壓為零，而對另一載頻失鎖，則對應的環路濾波器輸

4、出電壓不為零，那末在鎖相環路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。FSK鎖相環解調器原理圖如圖5-2所示。FSK鎖相解調器采用集成鎖相環芯片調制信號輸入17P0117P01解調信號輸出17P0217P02成形電路圖5-2 FSK鎖相環解調器原理示意圖MC4046。其中，壓控振蕩器的頻率是由17C02、17R09、17W01等元件參數確定，中心頻率設計在32KHz左右，并可通過17W01電位器進行微調。當輸入信號為32KHz時，調節17W01電位器，使環路鎖定，經形成電路后，輸出高電平；當輸入信號為16KHz時，環路失鎖，經形成電路后，輸出低電平，則在解調器輸出端就得到解調的基帶信號序列。四、

5、各測量點和可調元件的作用1. FSK調制模塊16K02：兩ASK已調信號疊加控制跳線。用短路塊將1-2腳及3-4腳都相連，則輸出FSK已調信號。僅1-2腳連通，則輸出ASK已調信號。16TP01：32KHz方波信號輸入測試點，由4U01芯片(EPM240)編程產生。 16TP02：16KHz方波信號輸入測試點，由4U01芯片(EPM240)編程產生。16TP03：32KHz載波信號測試點，可調節電位器16W01改變幅度。16TP04：16KHz載波信號測試點，可調節電位器16W02改變幅度。 16P01：數字基帶信碼信號輸入鉚孔。 16P02：FSK已調信號輸出鉚孔，此測量點需與16P01點波

6、形對比測量。2FSK解調模塊17W01：解調模塊壓控振蕩器的中心頻率調整電位器。17P01：FSK解調信號輸入鉚孔。 17TP02：FSK解調電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調節電位器17W01。 17P02：FSK解調信號輸出，即數字基帶信碼信號輸出，波形同16P01。3噪聲模塊3W01:噪聲電平調節。3W02：加噪后信號幅度調節。3TP01:噪聲信號測試點，電平由3W01調節。3P01:外加信號輸入鉚孔。3P02:加噪后信號輸出鉚孔。五、實驗內容及步驟1插入有關實驗模塊：在關閉系統電源的條件下，將“時鐘與基帶數據發生模塊”

7、、“ FSK調制模塊” 、“噪聲模塊”、“FSK解調模塊”，插到底板“G、A、B、C”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2信號線連接：用專用導線將4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔）。3加電：打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。4設置好跳線及開關：用短路塊將16K02的1-2、3-4相連。撥碼器4SW02：設置為“00000”，4P01產生2K的 15位m序列

8、輸出。 5載波幅度調節： 16W01：調節32KHz載波幅度大小，調節峰峰值4V。 16W02：調節16KHz載波幅度大小，調節峰峰值4V。 用示波器對比測量16TP03、16TP04兩波形。6FSK調制信號和巳調信號波形觀察：雙蹤示波器觸發測量探頭接16P01，另一測量探頭接16P02，調節示波器使兩波形同步，觀察FSK調制信號和巳調信號波形，記錄實驗數據。7噪聲模塊調節：調節3W01，將3TP01噪聲電平調為0；調節3W02，調整3P02信號幅度為4V。8FSK解調參數調節：調節17W01電位器，使壓控振蕩器即17TP02測量點為32KHz左右。9無噪聲FSK解調輸出波形觀察：調節3W01

9、，將3TP01噪聲電平調為0；雙蹤示波器觸發測量探頭接16P01，另一測量探頭接17P02。同時觀察FSK調制和解調輸出信號波形，并作記錄，并比較兩者波形，正常情況，兩者波形一致。如果不一致，可微調17W01電位器，使之達到一致。10加噪聲FSK解調輸出波形觀察：調節3W01逐步增加調制信號的噪聲電平大小，看是否還能正確解調出基帶信號。11ASK實驗與上相似，這兒不再贅述。12關機拆線：實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。注：由于本實驗中載波頻率為16KHz、32KHz，所以被調制基帶信號的碼元速率不要超過4KHz。六、實驗報告要求1根據實驗步驟2的連線關系，畫出實驗結構

10、示意圖。2畫出FSK、ASK各主要測試點波形。3分析其輸出數字基帶信號序列與發送數字基帶信號序列相比有否產生延遲，這種解調方式在什么情況下會出現解調輸出的數字基帶信號序列反向的問題?實驗6 PSK QPSK調制解調實驗一、實驗目的1. 掌握PSK QPS調制解調的工作原理及性能要求；2. 進行PSK QPS調制、解調實驗，掌握電路調整測試方法；3. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法。二、實驗儀器1PSK QPSK調制模塊，位號A （實物圖片如下）2PSK QPSK解調模塊，位號C （實物圖片如下）3時鐘與基帶數據發生模塊，位號：G（實物圖片見第3頁）4噪聲模塊，位號B5復接/解復接、同步技術

11、模塊，位號I（實物圖片見第144頁）620M雙蹤示波器1臺7小平口螺絲刀1只8頻率計1臺（選用）9信號連接線4根三、實驗原理PSK QPSK調制/解調模塊，除能完成上述PSK（DPSK）調制/解調全部實驗外還能進行QPSK、ASK調制/解調等實驗。不同調制方式的轉換是通過開關4SW02及插塞37K01、37K02、38K01、38K02位置設置實現。不同調制相應開關設置如下表。調制方式4SW0237K01、37K0238K01、38K02PSK（DPSK）00001和位挿入挿塞1，2相連（挿左邊）QPSK01101和位挿入挿塞3，2相連（挿右邊）ASK00001和位挿入挿塞1，2相連（挿左邊）

12、（一）PSK（DPSK）調制/解調實驗進行PSK（DPSK）調制時，工作狀態預置開關4SW02置于00001， 37K01、37K02和位挿入挿塞，38K01、38K02均處于1，2位相連（挿塞挿左邊）。相位鍵控調制在數字通信系統中是一種極重要的調制方式，它具有優良的抗干擾噪聲性能及較高的頻帶利用率。在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調制方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實際通信系統中。本實驗箱采用相位選擇法實現二進制相位調制，絕對移相鍵控（CPSK或簡稱PSK）是用輸入的基帶信號（絕對碼）直接控制選擇開關通斷，從而選擇不同相位的載波來實現。相對移相鍵控（DPSK）采用絕

13、對碼與相對碼變換后，用相對碼控制選擇開關通斷來實現。1 PSK調制電路工作原理二相相位鍵控的載波為1.024MHz，數字基帶信號有32Kb/s偽隨機碼、及其相對碼、32KHz方波、外加數字信號等。相位鍵控調制電原理框圖，如圖6-1所示。圖6-1 相位鍵控調制電原理框圖 1）濾波器、同相放大器和反相放大器 從圖6-1看出，1024KHZ的方波經37R29加到由運放37UO4A及周邊元件組成的低通濾波器，其輸出變為l024KHZ正弦波，它通過37U05A同相放大和37U05B反相放大，從而得到l024KHZ的同相和反相正弦載波，電位器37W01可調節反相放大器的增益，從而使同相載波與反相載波的幅度

14、相等，然后同相和反相正弦載波被送到模擬開關乘法器。2）模擬開關相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關電路實現的。同相載波與反相載波分別加到模擬開關A：CD4066的輸入端（1腳）、模擬開關B：CD4066的輸入端（11腳），數字基帶信號一路直接加到模擬開關A的輸入控制端（13腳），并且另一路經反相后加到模擬開關B的輸入控制端（12腳），用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關A的輸入控制端為高電平，模擬開關A導通，輸出同相載波，而模擬開關B的輸入控制端為低電平，模擬開關B截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬開關A的輸入控制端為低電平，模擬開關A截止。而模擬開關B的輸入控制端卻為

15、高電平，模擬開關B導通。輸出反相載波，兩個模擬開關輸出信號通過輸出開關37K01合路疊加后得到二相PSK調制信號。DPSK調制是采用碼型變換加絕對調相來實現，即把數據信息源（偽隨機碼序列）作為絕對碼序列an，通過碼型變換器變成相對碼序列bn，然后再用相對碼序列bn，進行絕對移相鍵控，這樣就獲得DPSK已調信號。本模塊對應的操作是這樣的（詳細見圖6-1），37P01為PSK調制模塊的基帶信號輸入鉚孔，可以送入4P01 點的絕對碼信號（PSK），也可以送入相對碼基帶信號(相對4P01點的數字信號來說，此調制即為DPSK調制)。2相位鍵控解調電路工作原理二相PSK(DPSK)解調器電路采用科斯塔斯環

16、(Constas環)解調，其原理如圖6-2所示。圖6-2 解調器原理方框圖1）解調信號輸入電路 輸入電路由晶體三極管跟隨器和運算放大器38U01組成的整形放大器構成，采用跟隨器是為了發送（調制器）和接收（解調器）電路之間的隔離，從而使它們工作互不影響。放大整形電路輸出的信號將送到科斯塔斯特環。由于跟隨器電源電壓為5V，因此輸入的PSK已調波信號幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否則會產生波形失真。2）科斯塔斯環提取載波原理PSK采用科斯塔斯特環解調，科斯塔斯特環方框原理如圖6-3所示。圖6-3 科斯塔斯特環電路方框原理如圖科斯塔斯特環解調電路的一般工作原理在現代通信原理第三版（電子工業出版

17、社2009年）等教科書中有詳細分析，這兒不多講述。下面我們把實驗平臺具體電路與科斯塔斯特環方框原理圖作一對比，講述實驗平臺PSK解調電路的工作原理。解調輸入電路的輸出信號被加到模擬門38U02C和38U02D構成的乘法器，前者為正交載波乘法器，相當于圖6-3中的乘法器2，后者為同相載波乘法器，相當于框圖中乘法器1。38U03A,38U03D及周邊電路為低通濾波器。38U04，38U05為判決器，它的作用是將低通濾波后的信號整形，變成方波信號。PSK解調信號從38U05的7腳經38U07A.D兩非門后輸出。異或門38U06A起模2加的作用，38U07E為非門,若38U06A3兩輸入信號分別為A和

18、B，因（A、B同為0除外，因A與B正交，不會同時為0）因此異或門與非門合在一起，起乘法器作用，它相當于圖6-3框圖中的乘法器3。38U710為壓控振蕩器（VCO），74LS124為雙VCO，本電路僅使用了其中一個VCO，環路濾波器是由38R20、38R21、38C17組成的比例低通濾波器，VCO控制電壓經環路低通濾波器加到芯片的2腳，38CA01為外接電容，它確定VCO自然諧振頻率。38W01用于頻率微調，38D01，38E03用來穩壓，以便提高VCO的頻率穩定度。VCO信號從7腳經38C19輸出至移相90º電路。科斯塔斯特環中的90º移相電路若用模擬電路實現。則很難準確移

19、相90º，并且相移隨頻率改變而變化。圖6-2電路中采用數字電路實現。非門38U07F，D觸發器38U08A.B及周圍電路組成數字90º移相器。由于D觸發器有二分頻作用。所以VCO的鎖定頻率應為2fc，即VCO輸出2048KHZ方波，其中一路直接加到38U08A D觸發器，另一路經38U07F反相再加到38U08B D觸發器，兩觸發器均為時鐘脈沖正沿觸發，由于38U08A的 與兩D觸發器的D端連接。而D觸發器Q端輸出總是為觸發時鐘到來前D端狀態，根據觸發器工作原理和電路連接關系，數字90º移相電路的相位波形圖如6-4所示。圖6-4 90度數字移相器的波形圖從圖看出，

20、38U08B的端輸出波形超前38U08A的端90度，并且頻率為1024KHZ，因此38U08B的端輸出為同相載波，38U08A的端輸出為正交載波。由于科斯塔斯特環存在相位模糊，解調器可能會出現反向工作。在PSK解調時38K01、38K02置于的l、2位(挿在左邊)，分別把科斯塔斯特環提取的正交載波及同相載波接到兩正交解調器；從而實現科斯塔斯特環的閉環控制。當38K01、38K02置于的2、3位(挿在右邊)，將用于四相解調，將在下節講述。若38K01、38K02的挿塞均拔掉，則科斯塔斯特環處于開環狀態，可用于開環檢查，便于環路各部件故障壓縮和分析。（二）QPSK調制/解調實驗當進行QPSK調制時

21、，工作狀態予置開關4SW02置于01101，此時由CPLD產生的四相調相信號直接被加到37TP01，經濾波放大和插塞37K01、37K02后從37TP02輸出。從而實現QPSK調制信號的發送。此時I路和Q路的基帶調制信號也由CPLD產生并直接加到37P04和37P05，以供實驗時測量。QPSK信號解調僅利用二相科斯塔斯特環解調電路中的同相和正交乘法器、低通濾波器及整形等電路，實現四相信號的正交解調。此時同相和正交兩個載波不是從環路提取，而是由CPLD直接提供。QPSK解調時開關38K01、38K02置于的2、3位(挿在右邊)，此時科斯塔斯特環開環，并通過開關分別把四相解調的正交載波F0及同相載

22、波F90直接加到兩正交乘法器，這樣簡化了實現電路。四相解調時，38U05的7腳經38U07A.D兩非門后輸出為I路的解調信號，可從38P02測量；38U04的7腳經非門38U07B.C輸出為Q路的解調信號，可從38P03測量。（三）ASK調制/解調實驗 ASK調制其實現電路與PSK相同，此時僅在調制電路中把反相載波信號通過挿塞37K02將其切斷，這樣PSK調制就變成了ASK調制。四、各測量點及可調元件的作用1PSK QPS調制模塊37K01：PSK、ASK已調信號連接揷塞。當進行PSK實驗時，因PSK是兩ASK已調信號疊加。位揷塞揷入，輸出“1”碼的已調信號；位揷塞揷入，輸出“0” 碼的已調信

23、號。當進行ASK實驗時僅需位揷塞揷入。37K02：QPSK已調信號連接揷塞。當進行QPSK實驗時，位揷塞揷入，輸出QPSK已調信號，此時37K01兩挿塞必須斷開。位揷座接點為空頭，用以放置暫不用的挿塞，以免挿塞丟失。跳線開關37KO1、37K02挿塞位置，請參見下表。調制方式跳線開關37KO1、37K02位置PSK、ASK、QPSK、 37W01：調節反相載波幅度大小。37P01：外加數字基帶信號輸入鉚孔。37TP01：頻率為1.024MHz方波信號，由4U01芯片(EPM240)編程產生。 37TP02：同相1.024MHZ載波（正弦波）信號， 37TP03：反相1.024MHZ載波（正弦波

24、）信號，調節電位器37W01使它與37TP02測量點的0相載波幅度大小相等。37TP04：QPSK調制I路調制信號，它來自CPLD電路。37TP05：QPSK調制Q路調制信號，它來自CPLD電路。37P02：PSK、QPSK已調信號輸出鉚孔。輸出什么信號由開關37K01、37K02狀態決定：位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出為同相載波ASK信號； 位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出為反相載波ASK信號； 和位揷塞都揷入，37P02輸出為兩ASK已調信號疊加，即PSK已調信號。（注意：兩種相位載波幅度需調整相同，否則調制信號在相位跳變處易失真）位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出

25、為QPSK已調信號。2PSK QPS解調模塊38W01：載波提取電路中鎖相環壓控振蕩器頻率調節電位器。38P01：PSK、QPSK待解調信號輸入鉚孔。38K01：解調載波選擇開關：揷在左邊為PSK正交載波，挿在右邊為QPSK正交載波（F9O）38K02：解調載波選擇開關：揷在左邊為PSK同相載波，挿在右邊為QPSK同相載波（FO）38TP01：鎖相環壓控振蕩器2.048MHz載波信號輸出。建議用頻率計監視該測量點上的信號頻率，有偏差時可調節38W01，PSK解調時，當其準確而穩定地鎖定在2.048MHz，則可解調輸出數字基帶信號。38TP02：頻率為1.024MHz的正交載波（方波）輸出信號。

26、38TP03：頻率為1.024MHz的同相載波（方波）輸出信號。38P02： PSK解調輸出/QPSK解調I路輸出鉚孔。PSK方式的科斯塔斯環解調時存在相位模糊問題，解調出的基帶信號可能會出現倒相情況；DPSK方式解調后基帶信號為相對碼，相絕轉換由下面的“復接/解復接、同步技術模塊”完成。38P03：QPSK解調Q路輸出鉚孔。3復接/解復接、同步技術模塊39SW01：功能設置開關。設置“0010”，為32K相對碼、絕對碼轉換。 39P01：外加基帶信號輸入鉚孔。 39P07：相絕碼轉換輸出鉚孔。五、實驗內容及步驟（一）PSK（DPSK）調制/解調實驗1插入有關實驗模塊：在關閉系統電源的條件下，

27、將“時鐘與基帶數據發生模塊”、“ PSK調制模塊” 、“噪聲模塊”、“PSK解調模塊”、“同步提取模塊”，插到底板“G、A、B、C、I”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2PSK、DPSK信號線連接：絕對碼調制（PSK）時的連接：用專用導線將4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01連接。相對碼調制（DPSK）時的連接：用專用導線將4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01連接。注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。3加電：

28、打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。4基帶輸入信號碼型設置：撥碼器4SW02設置為“00001 “，4P01產生32K的 15位m序列輸出；4P03輸出為4P01波形的相對碼。5. 跳線開關設置：37K01位和位都揷入挿塞。6載波幅度調節：雙蹤示波器分別接在37P01和37P02，觀測調制信號和己調波， 調節電位器37W01使正交載波幅度和同相載波幅度大小相等。7.相位調制信號觀察：（1）PSK調制信號觀察：雙蹤示波器，觸發測量探頭測試4P01點，另一測量探頭測試37P02，調節示波器使兩波形同步，觀察BPSK調制輸出波形，記錄實驗

29、數據。（2）DPSK調制信號觀察：雙蹤示波器，觸發測量探頭測試4P03點，另一測量探頭測試37P02，調節示波器使兩波形同步，觀察DPSK調制輸出波形，記錄實驗數據。8噪聲模塊調節：調節3W01，將3TP01噪聲電平調為0；調節3W02，使3P02信號峰峰值23.6V。9PSK解調參數調節：調節38W01電位器，使壓控振蕩器工作在2048KHZ，同時可用頻率計鑒測38TP01點。注意觀察38TP02和38TP03兩測量點波形的相位關系。10相位解調信號觀測：（1）PSK調制方式觀察38P02點PSK解調輸出波形，并作記錄，并同時觀察PSK調制端37P01的基帶信號，比較兩者波形相近為準（可能反向，如果波形不一致，可微調38W01）。（2）DPSK調制方式“同步提取模塊”的撥碼器39SW01設置為“0010”。觀察38P02和37P01的兩測試點，比較兩相對碼波形，觀察是否存在反向問題；觀察39P07和4P01的兩測試點，比較兩絕對碼