1、通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)九: 振幅鍵控（ASK ）調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn):移相鍵控（PSK/DPSK ）調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)系另信息科學(xué)與技術(shù)系專業(yè)班級(jí)：電信0902學(xué)生姓名：同組學(xué)生：成 績(jī):指導(dǎo)教師：惠龍飛（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年12月1日 2011年12月1日）華中科技大學(xué)武昌分校實(shí)驗(yàn)七振幅鍵控（ASK ）調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)'、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用鍵控法產(chǎn)生ASK信號(hào)的方法。2、掌握ASK非相干解調(diào)的原理。、實(shí)驗(yàn)器材1、信號(hào)源模塊一塊2、號(hào)模塊一塊3、號(hào)模塊一塊4、號(hào)模塊一塊5、20M雙蹤示波器.一-臺(tái)6、連接線若干二、基本原理調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制序列時(shí)的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅

2、度、頻率、相位三個(gè)獨(dú)立的可控參量，當(dāng)用二進(jìn)制信號(hào)分別調(diào)制這三種參 量時(shí)，就形成了二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）、二進(jìn)制移 相鍵控（2PSK）三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)，而每種調(diào)制信號(hào)的受控參量只有 兩種離散變換狀態(tài)。1、2ASK調(diào)制原理。在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號(hào)的變化而變化的。使載波在二進(jìn)制基 帶信號(hào)1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無(wú)來(lái)代表信號(hào)中的“1”或“0”，這樣就可以得到2ASK信號(hào)，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通一斷鍵控 （OOK）。2ASK信號(hào)典型的時(shí)域波形如圖9-1所示，其時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為：S2ASK （t） =an Acos ct（9-1

3、）式中，A為未調(diào)載波幅度，程為載波角頻率，an為符合下列關(guān)系的二進(jìn)制 序列的第n個(gè)碼元:9出現(xiàn)概率為P1出現(xiàn)概率為1 P(9-2)綜合式9-1和式9-2，令A(yù) = 1,則2ASK信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為:S2ASK (t)二、ang(t -ILn=S(t) cos - ct(9-3)式中，Ts為碼元間隔，g(t)為持續(xù)時(shí)間Ts/2, Ts/2內(nèi)任意波形形狀的脈沖(分析時(shí)一般設(shè)為歸一化矩形脈沖)，而 S(t)就是代表二進(jìn)制信息的隨機(jī)單極性脈沖序列。-A0Ts4 S2Ts3Ts4Ts A A f i ! I A 八A A1 !;aiA1't i 1 i v V v ll V VViJ i &

4、#39; V VbV'2ASK(t)圖9-1 2ASK信號(hào)的典型時(shí)域波形2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法比較簡(jiǎn)單。首先，因2ASK信號(hào)的特征是對(duì)載波的“通 斷鍵控”，用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通 /斷控制門，由二進(jìn)制序列 S(t)控制門的通斷，S(t) = 1時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；S(t) = 0時(shí)開(kāi)關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱 為通斷鍵控法。其次，2ASK信號(hào)可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器 實(shí)現(xiàn)2ASK調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。2、2ASK解調(diào)原理2ASK解調(diào)有非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)兩種方 法，相應(yīng)的接收系統(tǒng)原理框圖如圖 9-2所示：(a)非相干

5、方式(b)相干方式圖9-2 2ASK解調(diào)原理框圖三、實(shí)驗(yàn)原理1、ASK調(diào)制電路在這里，我們采用的是通-斷鍵控法，2ASK調(diào)制的基帶信號(hào)和載波信號(hào)分 別從“ASK-NRZ ”和“ASK載波”輸入，其實(shí)驗(yàn)框圖和電路原理圖分別如圖 9-3、 圖9-4所示。圖9-3 ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)框圖I圖9-4 ASK調(diào)制原理圖2、ASK解調(diào)電路圖9-5 ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)框圖我們采用的是包絡(luò)檢波法。實(shí)驗(yàn)框圖如圖9-5所示。ASK調(diào)制信號(hào)從“ASKIN ”輸入，經(jīng)C1和R1組成的耦合電路至半波整流器（由 D4、D5組 成），半波整流后的信號(hào)經(jīng)低通濾波器 U4（TL082）、電壓比較器U1（ LM339） 與參考電位比較后

6、送入抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信號(hào)。電位器 W1用來(lái)調(diào)節(jié)電壓比較器U1的判決電壓。判決電壓過(guò)高，將會(huì) 導(dǎo)致正確的解調(diào)結(jié)果的丟失；判決電壓過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯(cuò) 碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的 時(shí)鐘信號(hào)就是2ASK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)從“ ASK-BS ”輸入，可 以從信號(hào)源直接引入，也可以從同步信號(hào)恢復(fù)模塊引入。 在實(shí)際應(yīng)用的通信系 統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器來(lái)濾除帶外的信道白噪聲并確保系 統(tǒng)的頻率特性符合無(wú)碼間串?dāng)_的條件。本實(shí)驗(yàn)中為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒(méi)有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想

7、的，所以在解調(diào)部分的輸 入端也沒(méi)有加帶通濾波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、將信號(hào)源模塊和模塊3、4、7固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線:源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：PN（ 8K）模塊 3： ASK-NRZS4撥為1100, PN是8K偽隨機(jī)序列信號(hào)源：64K同步正弦波模塊3： ASK載波提供ASK調(diào)制載波，幅度為4V*檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開(kāi)電源3、以信號(hào)輸入點(diǎn)“ASK-NRZ ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用示波器觀察點(diǎn)“ASK-OUT ”輸出，即為PN碼經(jīng)過(guò)ASK調(diào)制后的波形4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。圖7-1 64K同步正弦波圖7-2

8、ASK調(diào)制輸出波形分析1： ASK調(diào)制輸出波形是PN與載波相乘的結(jié)果。分析2： ASK信號(hào)的特點(diǎn)是對(duì)載波的通斷鍵控，用模擬開(kāi)關(guān)作為調(diào)制載波輸出的 通斷控制門，由二進(jìn)制PN序列控制門的通斷，PN=1導(dǎo)通，PN=0截止（二） ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、接著上面ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)繼續(xù)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明模塊 3: ASK-OUT模塊 4: ASKINASK解調(diào)輸入模塊 4: ASK-DOUT模塊7: DIN鎖相環(huán)法位同步提取信號(hào)輸入模塊7: BS模塊 3: ASK-BS提取的位同步信號(hào)*檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后再次打開(kāi)電源2、將模塊7上的撥碼開(kāi)關(guān)S2撥為“ASK-NRZ ”頻率的16倍，如：“ASK

9、-NRZ " 選8K時(shí)，S2選128K,即撥“ 1000”。觀察模塊4上信號(hào)輸出點(diǎn)“ASK-DOUT ' 處的波形，把電位器 W3順時(shí)針擰到最大，并調(diào)節(jié)的電位器 W1 （改變判 決門限），直到在“ ASK-DOUT ”處觀察至U穩(wěn)定的PN碼。圖7-3提取的位同步信號(hào)I訃圖7-5穩(wěn)定的ASK解調(diào)比較輸出波形圖7-4非相干解調(diào)檢波-低通輸出圖7-6解調(diào)判決輸出波形分析3: H2的波形是CH2波形的一半，這樣可以將所產(chǎn)生的波形轉(zhuǎn)換為同一 方向的波形，這樣極性就不會(huì)改變，后續(xù)電路輸出ASK解調(diào)后的波形 出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性就會(huì)減小。分析4:解調(diào)判決輸出波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致，

10、有一點(diǎn)延遲，但是在允許范圍內(nèi)，頂部和底部還保留著低通濾波輸出的形狀。2ASK相干解調(diào)是利用載波信號(hào)區(qū)與已調(diào)信號(hào)相乘后，得出一個(gè)頻率 更高的諧波分量和一個(gè)直流分量，我們只需要加一個(gè)低通濾波器，濾 除高頻成分，保留我們所需要的直流成分，也就是源輸入基帶信號(hào)。實(shí)驗(yàn)九 移相鍵控(PSK/DPSK )調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)'、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼的概念以及它們之間的變換關(guān)系和變換方法。2、掌握用鍵控法產(chǎn)生PSK/DPSK信號(hào)的方法。3、掌握PSK/DPSK相干解調(diào)的原理。4、掌握絕對(duì)碼波形與DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察絕對(duì)碼和相對(duì)碼的波形和轉(zhuǎn)換關(guān)系。2、觀察PSK/DPSK調(diào)

11、制信號(hào)波形。3、觀察PSK/DPSK解調(diào)信號(hào)波形。.三、實(shí)驗(yàn)器材1、信號(hào)源模塊一塊2、號(hào)模塊一塊3、號(hào)模塊一塊4、號(hào)模塊一塊5、20M雙蹤示波器.一-臺(tái)6、連接線若干四、實(shí)驗(yàn)原理1、2PSK/2DPSK調(diào)制原理PSK調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)制方式，它的抗干擾噪聲性能 及通頻帶的利用率均優(yōu)先于 ASK移幅鍵控和FSK移頻鍵控。因此，PSK技術(shù)在中、 高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了十分廣泛的應(yīng)用。PSK信號(hào)是用載波相位的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的，通常規(guī)定0相位載波和n相位載波分別代表傳1和傳0,其時(shí)域波形示意圖如圖11-1所示。設(shè)二進(jìn)制單極性碼為an,其對(duì)應(yīng)的雙極性二進(jìn)制碼為bn,則2PSK信號(hào)

12、的一 般時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為：S2PSK（t）二 ' bng（t - nTs） cos ctILn（11-1）廿+-1當(dāng)an=0時(shí)，概率為P其 其 ip： b *"、° n 一 +1當(dāng)an=1時(shí)，概率為1-P則（11-1）式可變?yōu)?g(t nTs) c o s ct 二g(t - nTs) c o s ct 0(11-2)4a21011t0Ts2Ts3Ts4TsS2PSK (t)圖11-1 2PSK信號(hào)的典型時(shí)域波形由（11-1 ）式可見(jiàn)，2PSK信號(hào)是一種雙邊帶信號(hào)我們知道，2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得 出的，在這種絕對(duì)移相的方式中，由于

13、發(fā)送端是以某一個(gè)相位作為基準(zhǔn)的， 因而 在接收系統(tǒng)也必須有這樣一個(gè)固定基準(zhǔn)相位作參考。如果這個(gè)參考相位發(fā)生變 化，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。 這種現(xiàn)象常稱為2PSK的“倒n”現(xiàn)象，因此，實(shí)際中一般不采用 2PSK方式, 而采用差分移相（2DPSK）方式。2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一 種方式。例如，假設(shè)相位值用相位偏移 x表示（x定義為本碼元初相與前一碼元 初相之差），并設(shè)二）數(shù)字信息“ 1 ”":-=0 數(shù)字信息“ 0”則數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼兀相位關(guān)系可舉例表示如下：數(shù)字信息：00 11 10

14、 0 10 12DPSK信號(hào)相位：0 0 0n 0n nn 00n或：n n n0 n0 00 n n0數(shù)字信息（絕對(duì)碼）0 0 11 1 00 1fr 1 1A1 II i11 1/ A AA?丨;I,1I111 f|J 1y；PSK波 形丨，-iV VU V V V VV相對(duì)碼000101110圖11-2 2PSK與2DPSK波形對(duì)比圖11-2為對(duì)同一組二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制后的 2PSK與2DPSK波形。從圖中可以 看出，2DPSK信號(hào)波形與2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不對(duì)應(yīng)相同 的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才唯一決定信息符號(hào)。這說(shuō)明，解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)并不依賴于某一固

15、定的載波相位參考值。只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)關(guān)系就可以正確恢復(fù)數(shù)字信息，這就避免了2PSK方式中的“倒n ”現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)我們也可以看到，單純從波形上看，2PSK與2DPSK 信號(hào)是無(wú)法分辨的。這說(shuō)明，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對(duì)的還是相對(duì) 的，才能正確判定原信息；另一方面，相對(duì)移相信號(hào)可以看成是把數(shù)字信息序列 (絕對(duì)碼)變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相而形成。為了便于說(shuō)明概念，我們可以把每個(gè)碼元用一個(gè)如圖11-3所示的矢量圖來(lái)表示。圖中，虛線矢量位置稱為基準(zhǔn)相位。在絕對(duì)移相中，它是未調(diào)制載波的相 位；在相對(duì)移相中，它是前一碼元載波的相位。如果假設(shè)每個(gè)碼元中

16、包含有整數(shù) 個(gè)載波周期，那么，兩相鄰碼元載波的相位差既表示調(diào)制引起的相位變化，也是兩碼元交界點(diǎn)載波相位的瞬時(shí)跳變量。根據(jù) ITU-T的建議，圖11-3(a)所示的 移相方式，稱為A方式。在這種方式中，每個(gè)碼元的載波相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位 可取0、n。因此，在相對(duì)移相后，若后一碼元的載波相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位為0，則前后兩碼元載波的相位就是連續(xù)的；否則，載波相位在兩碼元之間要發(fā)生跳變。 圖11-3 ( b)所示的移相方式，稱為B方式。在這種方式中，每個(gè)碼元的載波相 位相對(duì)于基準(zhǔn)相位可取一冗/2。因而，在相對(duì)移相時(shí)，相鄰碼元之間必然發(fā)生載 波相位的跳變。這樣，在接收端接收該信號(hào)時(shí)，如果利用檢測(cè)此相位變化以

17、確定 每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，即可提供碼元定時(shí)信息，這正是B方式被廣泛采用的原因之一。八 +n /2參考相位參考相位-n /2T(a)(b)圖11-3二相調(diào)制移相信號(hào)矢量圖2DPSK的調(diào)制原理與2FSK的調(diào)制原理類似，也是用二進(jìn)制基帶信號(hào)作為模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輪流選通不同相位的載波，完成 2DPSK調(diào)制，其調(diào)制的基帶信號(hào)和載波信號(hào)分別從“ PSK-NRZ”和“ PSK載波”輸入，差分變換的時(shí)鐘信號(hào)從“ PSK-BS”點(diǎn)輸入，其原理框圖如圖11-4所示:圖11-4 2DPSK調(diào)制原理框圖差分變換在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于相對(duì)移相鍵控調(diào)制具有抗干擾噪聲能力強(qiáng)，在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例

18、如：ASK FSK更低的誤碼率，因而這種方式廣泛應(yīng)用在實(shí)際通信系統(tǒng)中。DPSK調(diào)制是采用碼型變換法加絕對(duì)調(diào)相來(lái)實(shí)現(xiàn)，既把數(shù)據(jù)信息源（如偽隨機(jī)碼序列、增量調(diào)制編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)或脈沖編碼調(diào)制PCM編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)）作為絕對(duì)碼序列l(wèi)aL，通過(guò)差分編碼器變成相對(duì)碼序列Cbl，然后再用 相對(duì)碼序列:bn：s進(jìn)行絕對(duì)移相鍵控，此時(shí)該調(diào)制的輸出就是DPSI已調(diào)信號(hào)。絕對(duì)碼是以寬帶信號(hào)碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“ 1”，低電平代表“ 0”。bo-iFHL10runaoDbn圖11-6（ a）差分編碼器電路圖11-6（ b）工作波形相對(duì)碼（差分碼）是用基帶信號(hào)碼元的電平與前一碼元的電

19、平有無(wú)變化來(lái)表 示數(shù)字信息的，如規(guī)定：相對(duì)碼中有跳變表示1,無(wú)跳變表示0。圖11-6（a）是差分編碼器電路，可用模二加法器延時(shí)器（延時(shí)一個(gè)碼元寬 度Tb）來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種碼的互相轉(zhuǎn)換。設(shè)輸入的相對(duì)碼an為1110010碼，則經(jīng)過(guò)差分編碼器后輸出的相對(duì)碼bn為1011100,即bn= an二bn-。圖11-6 （b）是它的工作波形圖。相乘器實(shí)現(xiàn)輸入載波信號(hào)和基帶信號(hào)的相乘變換，輸出相應(yīng)調(diào)制信號(hào)2、2DPSK解調(diào)原理(b)（a）極性比較法（b）相位比較法圖10-3 2DPSK解調(diào)原理框圖2DPSK解調(diào)最常用的方法是極性比較法和相位比較法，這里采用的是極性 比較法對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，原理框圖如圖1

20、0-3（ a）所示。2PSK調(diào)制信號(hào) 從“ PSKIN ”輸入，位同步信號(hào)從“ PSK-BS”輸入，同步載波從“載波輸入” 點(diǎn)輸入。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò) U11（ MC1496）與載波信號(hào)相乘后，去掉了調(diào)制信號(hào)中 的載波成分，再經(jīng)過(guò)低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)， 對(duì)此信號(hào)進(jìn)行抽樣判決（抽樣判決器由U15（ 74LS74）構(gòu)成，其時(shí)鐘為基帶信號(hào)的位同步信號(hào)），將K1的2、3腳相連，即可得到基帶信號(hào)，對(duì)于 2DPSK信 號(hào)，將K1的1、2腳相連，即將PSK解調(diào)信號(hào)再經(jīng)過(guò)逆差分變換電路（由 U15 （74LS74）、U13（ 74LS86）組成），就可以得到基帶信號(hào)了。五、實(shí)驗(yàn)步驟（一

21、） PSK/DPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、將信號(hào)源模塊和模塊3、4、7固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確 保電源接觸良好。2、按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線:源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：PN (32K)模塊 3:PSK-NRZS4撥為“1010”，PN是32K偽隨機(jī)碼信號(hào)源：128K同步正弦波模塊3: PSK載波提供PSK調(diào)制載波，幅度為4V*檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開(kāi)電源3、將開(kāi)關(guān)K3撥到“ PSK”端，以信號(hào)輸入點(diǎn)“ PSK-NRZ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“ PSK-NRZ”與“ PSK-OUT”輸出的波形圖9-1128K同步正弦波圖9-2 PSK調(diào)制波形分析1:當(dāng)發(fā)送的PSK-NRZ碼元是“1”時(shí)由相位為0的載波為其進(jìn)行調(diào)制,碼元為“0”時(shí)由相位為n的載波為其進(jìn)行調(diào)制，輸出的 PSK-OUT用 兩種不同相位的載波表示 PSK-NRZ的0和1。將PSK-NRZ碼變?yōu)閾Q雙極性碼，再與載波直接相乘就可以得到所需信 號(hào)。“PSK-NRZ”與“ PSK-