通信原理教案 实验六二相 BPSK DOSK 调制解调实验文档格式.docx
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1、线性调制里有：
AM常规双边带调制、DSB双边带调制、SSB单边带调制、VSB残留边带调制。
2、非线性调制里有：
FM频率调制、PM相位调制两种
3、数字调制里有：
ASK振幅键控、FSK频率键控和PSK、DPSK、QPSK相移键控。
脉冲调制方式里有两大类：
脉冲模拟调制和脉冲数字调制、
1、脉冲模拟调制有三种：
PAM脉冲幅度调制、PDM（PWM）脉冲宽度调制和PPM脉位调制
2、脉冲数字调制有四种：
PCM脉码调制、增量调制、DPCM差分脉码调制和ADOCM其它话音编码方式。
本节课程主要讲的是数字调制里的相移键控调制PSKDPSK方式。
首先几个名词介绍：
1、绝对移相调制（BPSK）：
二相绝对移相调制（PSK或BPSK）：
是采用直接调相法来实现的，就是用基带信号直接控制载波相位的变化来实现相位调制的。
绝对码调制时，只要基带信号码元的电平0、1发生变化，被调制的信号载波相位就发生变化，连续的0或1码载波相位保持不变。
通常用初始相位0和分别表示二进制的“0”和“1”（见：
图3-4BPSK调制波形）
2、绝对码：
是以基带信号码元的电平值直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”。
3、相对移相调制（DPSK）：
它是采用码型变换法加上绝对调相来实现的，即把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再把相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。
4、相对码（差分码）：
是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：
相对码中相位有跳变表示1，无跳变表示0，或说：
有1就跳变，0时不跳变。
2
参看图3-4：
具体调制过程是：
当基带信号码元中是1时，相对码载波信号的相位就有一次跳变，从0相载波信号变为相载波信号，或由相载波信号变为0相载波信号；
当基带信号码元中是0时，载波信号的相位不跳变，原来是0相载波信号仍然是0相载波信号，原是相载波信号仍为相载波信号
在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：
ASK移幅键控、FSK移频健控）更低的误码率，因而二相相对移相（DPSK）方式这种调制方式方式广泛应用在实际通信系统中。
图3-1是二相PSK（DPSK）调制器电路框图图3-2是它的电原理图。
下面对图3-2中的电路作分析。
1.载波倒相器
模拟信号的倒相通常采用运放作倒相器，电路由U304等组成，来自
1.024MHz载波信号输入到U304的反相输入端2脚，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即相载波信号。
为了使0相载波与相载波的幅度相等，在电路中加了电位器W302。
（按键SW301，用来将D触发器Q端输出置“1”。
）
2.模拟开关相乘器
对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。
0相载波与相载波分别加到模拟开关1：
U302：
A的输入端（1脚）、模拟开关2：
B的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中（携带信息的信号），它的正极性加到模拟开
3
4
（二）
、实验电路工作原理
关1的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关2的输入控制端（12脚）。
用来控制两个同频反相载波的通断。
当信码为“1”码时，模拟开关1的输入控制端为高电平，模拟开关1导通，输出0相载波，而模拟开关2
的输
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信号，如图3-3所示。
（三）、二相PSK调制、二相DPSK调制的码元变换与实现电路
1、二相BPSK调制（绝对码编码规律）
把基带数字信息序列码变换成绝对码的规律，其实是用基带码去直接调制载波信息的相位，在这里，是用32KHZ为随机码去调制1.024MHZ的载波相位。
在调制过程中，当信息序列输入电路的是0码时，对载波的相位不起作用，输出的还是这段载波信号，如图3－4,TP304信息序列出现了两个0码时，TP307输出的是两个0相位的载波信号（两个连续周期的正玄波）；
当信息序列出现1码时，载波信号的相位就要改变一次。
如图3－4,TP304中，信息序列出现第一个1码时，TP307输出的载波信号相位发生了一次改变，由0载6
波信号成了相载波信号，波形成了反了相位的载波信号；
基带信息序列后面的两个连续的1，维持相载波信号不变（三个周期相正玄波）；
再看信息序列又出现了两个0码，，由于0码不改变载波信号的相位，所以这时输出的载波相位不发生改变，继续传输原来的0相载波信号，（实际上是改变了一次相位，从相载波信号变成了0载波信号）；
继续往下看，TP304信息序列再次出现了一个1码，由上可知输出的载波信号相位再次发生改变0载波信号成了相载波信号。
如图所示，这样的编码规律使得输出的载波信号的相位发生了三次改变，这就是绝对码的编码规律，也叫二相BPSK调制。
2、相对码（差分码）的变换
相对码（差分码）的变换是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的。
规定相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。
根据这一规律进行分析：
在图3－4中,假设当前输入电路的基准载波相位是0相位，这时输入基带信息序列输入电路的是两个0码时，（TP304，的两个0码）由编码规律，无跳变表示0可知，这两0码前的载波相位是0相，没有跳变，所以TP307输出的仍是两个0相位的载波信号不变；
当基带信息序列出现第一个1码时，根据，有跳变表示1可知，载波信号的相位要发生一次跳变。
如图3－4中，TP307输出的载波信号相位发生了一次改变，由0相位变成了相载波信号；
当信息序列出现第二个1码时使输出的载波相位又一次跳变，由相载波信号跳变成了0相位载波信号；
当基带信息序列输入电路的第三个1码时，再一次改变了输入电路的载波相位，0相跳边成了相载波信号（三个连1码改变了三次载波的相位）；
再看基带信息序列又出现了两个连0码，由于0码不跳变的规律，所以不改变载波信号的相位，继续传输前面的相载波信号；
往下，当TP304信息序列再次出现了一个1码，输出的载波信号相位要又一次发生跳变，相载波信号跳变成了0相位；
如图所示，这就是相对码的编码规律，也叫二相DPSK调制。
3、二相DPSK调制电路的实现。
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图3-5（a）是相位编码（差分编码）器电路，由一个模二加法器（异或门电路）和一个延时器构成（延时一个码元宽度Tb）来实现基带码与相对码之间的互相转换。
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异或门电路的逻辑关系是Y=AB
000
101
110
这个电路如何实现相对码编码的规律的。
图3-5（a）中输入的基带信息码an=:
1110010，输出的是bn,，bn延时一个码元后是bN-1,
bn=anbn–1
an1110010
加法器
bn–10101110
bn1011100
设电路初始状态延迟码bn–1＝0
当an基带信息第一个1码与bn–1的0码模加后，bn得到第一个1码当bn经一个码元的延时后bn–1成1，与an基带信息序列第二个码1模加，输出bn得到第一个0码
经一个码元的延时后bn–1成0，与an基带信息序列第三个码1模加，bn得到第二个1码；
经一个码元的延时后bn–1成1，与an基带信息第二个码0模加，bn得到第三个1码；
经一个码元的延时后bn–1成1，与an基带信息序列第四个码1模加，bn得到第二个0码
经一个码元的延时后bn–1成0，与an基带信息序列第三个0码模加，bn得到第三个0码
这就是相对码（DPSK）经过调制后的码型：
1011100，见图3-4
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二、二相BPSK、DPSK解调实验
二相PSK（DPSK）解调器的总电路方框图如图3-6所示。
二相PSK（DPSK）的载波为1.024MHz，要传输的数字基带信号的码元速率是32Kbit/s。
从图3-6可见，该解调器由三部分组成：
载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。
载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相位键控为例，有：
N次方环、科斯塔斯环（Constas环）、逆调制环和判决反馈环等。
近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。
但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择同相正交环解调电路作为基本实验。
1.二相（PSK，DPSK）信号输入电路（参看图3－7原理图）
由BG701（3DG6）组成射随器电路，对发送端送来的二相（PSK、DPSK）信号进
2.同相正交环锁相环提取载波电路
在这种环路里，误差信号是由两个鉴相器提供的。
VCO压控振荡器给出两路互相正交的载波信号分别送至两鉴相器，输入的二相（PSK，DPSK）信号经过两个鉴相器分别鉴相后，由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，分别送入两判决器进行判决后得到基带信号Ud1与Ud2，其中Ud1中包含着码元信息，但
无法对VCO压控振荡器进行控制。
只有将Ud1、Ud2经过基带模拟相乘器相乘
后，就可以去掉码元信息，得到反映VCO输出信号与输入载波间的相位差的误差控制电压，从而实现了对VCO压控振荡器的控制。
它们的实际电路见图3-7所示。
包括鉴相器1鉴相器2低通滤波器1低通滤波器2比较判决器1比较判决器2相乘器环路滤波器VCO压控振荡器数字分频移相器等电路组成。
具体工作过程如下：
由U701（LM311）模拟运放放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。
这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由U706∶A与U707∶A构成的相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。
得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud,Ud经过环路低通滤波器R718、R719、C706滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO压控振荡器74S124。
它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74S124的输出频率表达式为：
f0=5×
10-4/Cext，在实验电路中，调节精密电位器W701（100KΩ）的阻值，使
频率控制输入电压（74LS124的2脚）与范围控制输入电压（74LS124的3脚）基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：
10-4/Cext,再变改电容
CA701（80Pf～110Pf）,使74S124的7脚输出为4.096MHz方波信号。
74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；
当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离4.096MHz时，此时一方面可改变CA701中的电容值，另一方面也可调节W701和W702，用频率计监视测量点TP704上的频率值，使其准确而稳定地输出4.096MHz的载波信号。
该4.096MHz的载波信号经过分频（÷
4）电路：
U709与U710（74LS74）两次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。
由U710∶B的9脚输出π
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/2相去鉴相器2的控制信号输入端U302∶D（4066）的6脚，由U710∶A的5脚输出0相载波信号去鉴相器1的控制信号输入端U302∶C（4066）的5脚。
这样就完成了载波恢复的功能。
图3-8是该解调环各输出测量点波形，从图中可看出该解调环路的优点是：
①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。
②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。
但该解调环路的缺点是：
存在相位模糊。
当解调出的数字信息与发端的数字信息相位反相时，即相干信号相位和载波相位反相，则按一下按键开关SW701，迫使它的置“1”端送入高电平，使电路Q端输出为“1”，迫使相干信号的相位与载波信号相位同频同相，以消除相位误差。
然而，在实际应用中，一般不用绝对移相，而用相对移相，采用相位比较法克服相位模糊。
（三）、实验实验箱一台
1.按下按键开关：
K01、K02、K700。
2.跳线开关设置：
K3012–3、K3021–2K3022-3或K3025—6或K3026-73031-23-4、K3042–3、K7012-3。
3.跳线开关设置功能如下：
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K3011-2：
输入CVSD（ΔM）编码的数字输出信号
K3012-3：
32KB/s伪随机码，码型为111100010011010。
K3021-2：
伪随机码，速率为32KHz的绝对码。
K3022-3：
伪随机码，速率为32KHz的相对码。
K3025-6：
128KHz方波，码序列为1010码。
K3026-7：
64KHz方波，码序列为1010码。
K303：
合路叠加开关。
K3042-3：
1.024MHz方波，作为载波输入。
K3041-2：
断开。
K7012-3：
输入PSK调制信号。
K7011-2：
4.做二相BPSK实验时，必须把开关K302的1脚与2脚相连接。
做二相DPSK实验时，必须把开关K302的2脚与3脚相连接。
5．PSK解调时：
（1）首先要使PSK调制电路正常工作。
（2）在CA701上插上电容，使振荡器工作频率为4.096MHz，电容在80Pf～
120Pf之间。
（五）、测量点说明
TP301：
输入载波信号，K304的2与3相连，频率为1.024MHz方波信号。
当波形不好时，可调节电位器W301。
TP302：
波形同TP301反相，波形不好时，可调节电位器W302。
TP303：
32KHz调制工作时钟信号。
TP304：
数字基带信号伪随机码输出波形，码型有：
（1）K3021-2：
伪随机码，码元序列为111100010011010，速率为32KHz的
绝对码。
（2）K3022-3：
相对码。
（3）K3025-6：
128KHz方波，码元序列为1010码。
（4）K3026-7：
64KHz方波，码元序列为1010码。
TP305：
PSK的0相载波输出，当K303都断开时。
TP306：
PSK的π相载波输出，当K303都断开时。
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TP307：
PSK调制信号输出波形，当K303都相连时，即1与2、3与4脚都相接。
TP701：
PSK解调信号输入波形，当K701的2与3相接。
TP702：
压控振荡器输出4.096MHz的载波信号，用频率计监视测量点TP704上的频
率值有偏差时，此时一方面可改变CA701中的电容值，另一方面也可调节W701和W702，使其准确而稳定地输出4.096MHz的载波信号。
TP703：
频率为1.024MHz的0相载波输出信号。
TP704：
频率为1.024MHz的π/2相载波输出信号。
TP705：
PSK解调输出波形，即数字基带信号。
（六）、实验报告要求
根据实验测试记录（波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系）依此画出调制解调器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。
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（七）、实测波形
1、二相DPSK调制波形
TPS301（上）0相1.024MHZ载波信号TPS302（下）相1.024MHZ载波信号
TP303：
32KHz调制工作时钟信号
TP304:
32KHZ基带伪随机码
伪随机码码元序列为111100010011010，速率为32KHz的绝对码。
伪随机码码元序列为111100010011010，速率为32KHz的相对码。
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上图TP305：
下图TP306：
TPS307:
DPSK（PSK）已调相信号
2、二相BPSK、DPSK、解调实验
PSK解调信号输入波形，（同TP307）当K701的2与3相接
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压控振荡器输出4.096MHz的载波信号
上图TP703：
频率为1.024MHz的0相载波输出信号
下图TP704：
DPSK解调输出波形，即数字基带信号。
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