第三次通信原理实验DOC.docx

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第三次通信原理实验DOC

《通信原理》实验报告

实验7：

幅键控（ASK）调制与解调实验

（实验时间：

2012年12月17日——2012年12月17日）

一、

实验目的

1、掌握用键控法产生ASK信号的方法。

2、掌握ASK非相干解调的原理。

二、实验内容

1、观察ASK调制信号波形

2、观察ASK解调信号波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、③号模块一块

3、④号模块一块

4、⑦号模块一块

5、60M双踪示波器一台

6、连接线若干

四、实验原理

调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。

由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控（2PSK）三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。

1、2ASK调制原理。

在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。

使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK）。

2ASK信号典型的时域波形如图7-1所示，其时域数学表达式为：

（7-1）

式中，A为未调载波幅度，

为载波角频率，

为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：

（7-2）

综合式7-1式和7-2式，令A＝1，则2ASK信号的一般时域表达式为：

（7-3）

式中，Ts为码元间隔，

为持续时间[－Ts/2，Ts/2]内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而

就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。

图7-12ASK信号的典型时域波形

2ASK信号的产生方法比较简单。

首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通－断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列

控制门的通断，

＝1时开关导通；

＝0时开关截止，这种调制方式称为通－断键控法。

其次，2ASK信号可视为S（t）与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。

2、2ASK解调原理。

2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，相应的接收系统原理框图如图7-2所示：

（a）非相干方式

（b）相干方式

图7-22ASK解调原理框图

3、K调制电路

在这里，我们采用的是通－断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ”和“ASK载波”输入，其实验框图和电路原理图分别如图9-3、图9-4所示。

图7-3ASK调制实验框图

图7-4ASK调制原理图

4、ASK解调电路

图7-5ASK解调实验框图

我们采用的是包络检波法。

实验框图如图9-5所示。

ASK调制信号从“ASKIN”输入，经C1和R1组成的耦合电路至半波整流器（由D4、D5组成），半波整流后的信号经低通滤波器U4（TL082）、电压比较器U1（LM339）与参考电位比较后送入抽样判决器进行抽样判决，最后得到解调输出的二进制信号。

电位器W1用来调节电压比较器U1的判决电压。

判决电压过高，将会导致正确的解调结果的丢失；判决电压过低，将会导致解调结果中含有大量错码，因此，只有合理选择判决电压，才能得到正确的解调结果。

抽样判决用的时钟信号就是2ASK基带信号的位同步信号，该信号从“ASK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。

在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰的条件。

本实验中为了简化实验设备，在调制部分的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道是理想的，所以在解调部分的输入端也没有加带通滤波器。

五、实验步骤

（一）ASK调制实验

1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，双踪示波器，设置CH1通道为同步源。

2、按照下表进行实验连线：

表7-1ASK调制实验接线表

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN（8K）

模块3：

ASK-NRZ

S4拨为1100，PN是8K伪随机序列

信号源：

64K同步正弦波

模块3：

ASK载波

提供ASK调制载波，幅度为4V

3、打开电源，观察并记录ASK载波、ASK-NRZ（ASK基带信号输入）

图7-664K同步正弦

图7-7ASK调制输出波形

CH1:

8K伪随机码CH2：

ASK调制输出

分析：

（1）根据2ASK信号的一般时域表达式为：

式中，Ts为码元间隔，

为归一化矩形脉冲，而

是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列，利用乘法器，从而得到ASK调制输出；

（2）用64K载波，是由于载波信号的频率须远大于伪随机码序列的频率，

从而将信号以大能量的形式辐射出去，使另一端接受的能量较大；

4、（选做）通过信号源模块上的拨码开关S4拨为1001（64K），观察ASK-NRZ（ASK基带信号输入）波形

图7-8ASK调制输出波形

CH1:

64K伪随机码CH2：

ASK调制输出

分析：

根据ASK信号的一般时域表达式为：

式中，Ts为码元间隔，

为归一化矩形脉冲，而

是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列，利用乘法器，从而得到ASK调制输出；

4、实验结束关闭电源。

（二）ASK解调实验

1、接着上面ASK调制实验继续连线：

表7-2ASK解调实验接线表

源端口

目的端口

连线说明

模块3：

ASK-OUT

模块4：

ASKIN

ASK解调输入

模块4：

ASK-DOUT

模块7：

DIN

锁相环法位同步提取信号输入

模块7：

BS

模块4：

ASK-BS

提取的位同步信号

2、将模块7上的拨码开关S2拨为“ASK-NRZ”频率的16倍，如：

“ASK-NRZ”选8K时，S2选128K，即拨“1000”。

观察模块4上信号输出点“ASK-DOUT”

图7-9提取的位同步信号

CH1:

8K伪随机码CH2:

提取的位同步信号

图7-10非相干解调半波整流输出

CH1:

ASK调制信号CH2:

半波整流输出

分析：

（1）整流器中含有二极管，当调制信号经半波整流器后，由于二极管的单向导通性，所以正半周有相同的波形，负半周没有波形，

（2）得到的调制信号含有直流成份，通过整流器后，可实现交直流的转换，之后经低通滤波器使得带外噪声滤除得更多；

图7-11非相干解调半波整流输出

CH1:

ASK调制信号CH2:

半波整流输出

分析：

经整流器（即二极管和电阻充放电的过程）使得频率变为原来的2倍，将交流转换成直流，经滤波器后滤除效果更好。

图7-12非相干解调低通输出

CH1:

ASK调制信号CH2:

二阶低通输出

分析：

（1）通过调节电位器，改变滤波器的截至频率来选择较适合的滤波器；

（2）采用二阶滤波使得滤除高频信号效果更好，使基带信号通过；

图7-13稳定的ASK解调输出波形

CH1:

8K伪随机码CH2:

稳定的ASK解调比较输出波形

分析：

通过调节电位器，来调节电压比较器的判决电压，使得输出稳定的波形，最佳输出波形不易确定，没有通过位定时脉冲后输出的波形稳定度高，解码后引起的错误相对较高；

3、ASK解调输出“OUT1”处波形，并与信号源产生的PN码进行比较。

调制前的信号与解调后的信号形状一致，相位有一定偏移。

图7-14解调判决输出波形

CH1:

8K伪随机码CH2:

恢复的基带信号

分析：

（1）经定时脉冲（即位同步信号，是很窄的脉冲，位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度）判决后，码元“再生”；

（2）经解调系统输出的“再生”码元有延时（系统引起的滞后）；

（3）经位定时脉冲判决后，引起的错误小；

4、眼图测量

图7-15最佳眼图

图7-16不佳眼图

分析：

（1）改变最佳取样时刻（与位同步定时脉冲的选取有关），会到得到不同的眼图，图7-15为最佳眼图（此时是“眼睛”张开最大时刻），信噪比最大，判决引起的错误最小；

（2）当码间干扰十分严重时，“眼睛”会完全闭合起来，系统的性能也将急剧恶化；

5、实验结束关闭电源。

六、实验八的数据分析

（一）FSK调制实验

1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。

2、按照下表进行实验连线：

表8-1FSK调制实验连线表

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN（8K）

模块3：

FSK-NRZ

S4拨为“1100”，PN是8K伪随机码

信号源：

128K同步正弦波

模块3：

载波A

提供FSK调制A路载波，幅度为4V

信号源：

64K同步正弦波

模块3：

载波B

提供FSK调制B路载波，幅度为3V

3、将模块3上拨码开关S1（为“11”）都拨上

图8-1FSK载波

CH1:

64K同步正弦波CH2:

128K同步正弦波

用双踪示波器同时观察点“FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。

图8-2FSK调制波形

CH1:

8K位随机码CH2:

FSK调制

3、单独将S1拨为“01”或“10”，在“FSK-OUT”处观测单独载波调制波形。

图8-3“1”码调制输出波形

CH1:

8K伪随机码CH2:

“1”码调制输出波形

图8-4“0”码调制输出波形

CH1:

8K伪随机码CH2:

“0”码调制输出波形

分析：

（1）

式中，

，

，

是

的反码；

（2）从“FSK-NRZ”输入的基带信号分成两路，1路经U5（LM339）反相后接至U4B（4066）的控制端，另1路直接接至U4A（4066）的控制端。

从“FSK载波A”和“FSK载波B”输入的载波信号分别接至U4A和U4B的输入端。

当基带信号为“1”时，模拟开关U4A打开，U4B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A关闭，U405B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到FSK调制信号。

（3）载波频率远大于伪随机码的频率，在信道中传输后，接收端亦能接收到较大信号；

4、（选做）通过信号源模块上的拨码开关S4（1011），即改变PN码频率为16K后送出，重复上述实验。

图8-5FSK调制波形

CH1:

16K位随机码CH2:

FSK调制

图8-6“1”码调制输出波形

CH1:

16K伪随机码CH2:

“1”码调制输出波形

图8-7“0”码调制输出波形

CH1:

16K伪随机码CH2:

“0”码调制输出波形

分析：

式中，

，

，

是

的反码；

5、实验结束关闭电源。

（二）FSK解调实验

1、接着上面FSK调制实验继续连线：

表8-2FSK解调实验表

源端口

目的端口

连线说明

模块3：

FSK-OUT

模块4：

FSKIN

FSK解调输入

模块4：

FSK-DOUT

模块7：

DIN

锁相环法位同步提取信号输入

模块7：

BS

模块4：

FSK-BS

提取的位同步信号

*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源

2、将模块7上的拨码开关S2拨为“1000”，观察模块4上信号输出点“FSK-DOUT”处的波形，并调节模块4上的电位器W5（顺时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PN码。

图8-8稳定的解调PN码

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

稳定的解调PN码

3、用示波器双踪分别观察模块3上的“FSK-NRZ”和模块四上的“OUT2”处的波形，将“OUT2”处FSK解调信号与信号源产生的PN码进行比较。

图8-9FSK整形输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

FSK整形输出波形

图8-10载波上升沿过零输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

载波上升沿过零输出波形

图8-11载波上升沿过零输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

载波上升沿过零输出波形

图8-12载波下降沿过零输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

载波下降沿过零输出波形

图8-13载波下降沿过零输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

载波下降沿过零输出波形

图8-14过零点相加输出波形

CH1：

8KB/S伪随机码CH2：

过零点相加输出波形

图8-15过零点信号经低通滤波器后输出波形

CH1:

8KB/SPNCH2：

FSK解调信号经低通输出波形

分析：

（1）2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异；

（2）过零检测法的原理

图8-16过零检测法的原理

图8-17位同步信

CH1：

8KB/SPNCH2：

从FSK调制信号中提取的位同步信号

图8-18解调信号波形

CH1：

8KB/SPN信号基带CH2：

解调判决后恢复的基带信号

分析：

（1）采用过零检测法解调，由于FSK信号的过零点数虽不同载频而异，载波频率越大，解调后的信号恢复的越好；

（2）解调后的信号有延时（信号引起的滞后）；

4、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据。