实验4PSKDPSK调制解调实验分析.docx

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实验4PSKDPSK调制解调实验分析

实验4PSK（DPSK）调制解调实验

一、实验目的

1.掌握PSK调制解调的工作原理及性能要求；

2.进行PSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法；

3.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。

二、实验仪器

1．PSKQPSK调制模块，位号A

2．PSKQPSK解调模块，位号C

3．时钟与基带数据发生模块，位号：

G

4．噪声模块，位号B

5．复接/解复接、同步技术模块，位号I

6．20M双踪示波器1台

7．小平口螺丝刀1只

8．频率计1台（选用）

9．信号连接线4根

三、实验原理

PSKQPSK调制/解调模块，除能完成上述PSK（DPSK）调制/解调全部实验外还能进行QPSK、ASK调制/解调等实验。

不同调制方式的转換是通过开关4SW02及插塞37K01、37K02、38K01、38K02位置设置实现。

不同调制相应开关设置如下表。

调制方式

4SW02

37K01、37K02

38K01、38K02

PSK（DPSK）

00001

①和②位挿入挿塞

1，2相连（挿左边）

四、PSK（DPSK）调制/解调实验

进行PSK（DPSK）调制时，工作状态预置开关4SW02置于00001，37K01、37K02①和②位挿入挿塞，38K01、38K02均处于1，2位相连（挿塞挿左边）。

相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。

在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：

ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。

本实验箱采用相位选择法实现二进制相位调制，绝对移相键控（CPSK或简称PSK）是

用输入的基带信号（绝对码）直接控制选择开关通断，从而选择不同相位的载波来实现。

相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。

1．PSK调制电路工作原理

二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。

相位键控调制电原理框图，如图6-1所示。

图6-1相位键控调制电原理框图

1）滤波器、同相放大器和反相放大器

从图6-1看出，1024KHZ的方波经37R29加到由运放37UO4A及周边元件组成的低通滤波器，其输出变为l024KHZ正弦波，它通过37U05A同相放大和37U05B反相放大，从而得到l024KHZ的同相和反相正弦载波，电位器37W01可调节反相放大器的增益，从而使同相载波与反相载波的幅度相等，然后同相和反相正弦载波被送到模拟开关乘法器。

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。

同相载波与反相载波分别加到模拟开关A：

CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：

CD4066的输入端（11脚），数字基带信号一路直接加到模拟开关A的输入控制端（13脚），并且另一路经反相后加到模拟开关B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A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出同相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。

反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。

而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。

输出反相载波，两个模拟开关输出信号通过输出开关37K01合路叠加后得到二相PSK调制信号。

DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列an，通过码型变换器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，这样就获得DPSK已调信号。

本模块对应的操作是这样的（详细见图5-1），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01点的绝对码信号（PSK），也可以送入相对码基带信号（相对4P01点的数字信号来说，此调制即为DPSK调制）。

2．相位键控解调电路工作原理

二相PSK（DPSK）解调器电路采用科斯塔斯环（Constas环）解调，其原理如图6-2所示。

图6-2解调器原理方框图

1）解调信号输入电路

输入电路由晶体三极管跟随器和运算放大器38U01组成的整形放大器构成，采用跟随器是为了发送（调制器）和接收（解调器）电路之间的隔离，从而使它们工作互不影响。

放大整形电路输出的信号将送到科斯塔斯特环。

由于跟随器电源电压为5V，因此输入的PSK已调波信号幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否则会产生波形失真、频率等调节方法。

2）科斯塔斯环提取载波原理

PSK采用科斯塔斯特环解调，科斯塔斯特环方框原理如图6-3所示。

图6-3科斯塔斯特环电路方框原理如图

科斯塔斯特环解调电路的一般工作原理在《现代通信原理》第三版（电子工业出版社2009年）等教科书中有详细分析，这儿不多讲述。

下面我们把实验平台具体电路与科斯塔斯特环方框原理图作一对比，讲述实验平台PSK解调电路的工作原理。

解调输入电路的输出信号被加到模拟门38U02C和38U02D构成的乘法器，前者为正交载波乘法器，相当于图6-3中的乘法器2，后者为同相载波乘法器，相当于框图中乘法器1。

38U03A,38U03D及周边电路为低通滤波器。

38U04，38U05为判决器，它的作用是将低通滤波后的信号整形，变成方波信号。

PSK解调信号从38U05的7脚经38U07A.D两非门后输出。

异或门38U06A起模2加的作用，38U07E为非门,若38U06A3两输入信号分别为A和B，因

（A、B同为0除外，因A与B正交，不会同时为0）因此异或门与非门合在一起，起乘法器作用，它相当于图6-3框图中的乘法器3。

38U710为压控振荡器（VCO），74LS124为双VCO，本电路仅使用了其中一个VCO，环路滤波器是由38R20、38R21、38C17组成的比例低通滤波器，VCO控制电压经环路低通滤波器加到芯片的2脚，38CA01为外接电容，它确定VCO自然谐振频率。

38W01用于频率微调，38D01，38E03用来稳压，以便提高VCO的频率稳定度。

VCO信号从7脚经38C19输出至移相90º电路。

科斯塔斯特环中的90º移相电路若用模拟电路实现。

则很难准确移相90º，并且相移随频率改变而变化。

图6-2电路中采用数字电路实现。

非门38U07F，D触发器38U08A.B及周围电路组成数字90º移相器。

由于D触发器有二分频作用。

所以VCO的锁定频率应为2fc，即VCO输出2048KHZ方波，其中一路直接加到38U08AD触发器，另一路经38U07F反相再加到38U08BD触发器，两触发器均为时钟脉冲正沿触发，由于38U08A的

与两D触发器的D端连接。

而D触发器Q端输出总是为触发时钟到来前D端状态，根据触发器工作原理和电路连接关系，数字90º移相电路的相位波形图如5-4所示。

图6-490度数字移相器的波形图

从图看出，38U08B的

端输出波形超前38U08A的

端90度，并且频率为1024KHZ，因此38U08B的

端输出为同相载波，38U08A的

端输出为正交载波。

由于科斯塔斯特环存在相位模糊，解调器可能会出现反向工作。

在PSK解调时38K01、38K02置于的l、2位（挿在左边），分别把科斯塔斯特环提取的正交载波及同相载波接到两正交解调器；从而实现科斯塔斯特环的闭环控制。

当38K01、38K02置于的2、3位（挿在右边），将用于四相解调，将在下节讲述。

若38K01、38K02的挿塞均拔掉，则科斯塔斯特环处于开环状态，可用于开环检查，便于环路各部件故障压缩和分析。

五、各测量点及可调元件的作用

1．PSKQPSK调制模块

37K01：

PSK、ASK已调信号连接揷塞。

当进行PSK实验时，因PSK是两ASK已调信号叠加。

①位揷塞揷入，输出“1”码的已调信号；②位揷塞揷入，输出“0”码的已调信号。

当进行ASK实验时仅需①位揷塞揷入。

37K02：

QPSK已调信号连接揷塞。

当进行QPSK实验时，④位揷塞揷入，输出QPSK已调信号，此时37K01两挿塞必须断开。

③位揷座接点为空头，用以放置暂不用的挿塞，以免挿塞丢失。

跳线开关37KO1、37K02挿塞位置，请参见下表。

调制方式

跳线开关37KO1、37K02位置

PSK

①、②

ASK

①、③

QPSK

③、④

37W01：

调节反相载波幅度大小。

37P01：

外加数字基带信号输入铆孔。

37TP01：

频率为1.024MHz方波信号，由4U01芯片（EPM240）编程产生。

37TP02：

同相1.024MHZ载波（正弦波）信号，

37TP03：

反相1.024MHZ载波（正弦波）信号，调节电位器37W01使它与37TP02测量点的0相载波幅度大小相等。

37TP04：

QPSK调制I路调制信号，它来自CPLD电路。

37TP05：

QPSK调制Q路调制信号，它来自CPLD电路。

37P02：

PSK、QPSK已调信号输出铆孔。

输出什么信号由开关37K01、37K02状态决定：

①位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为同相载波ASK信号；

②位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为反相载波ASK信号；

①和②位揷塞都揷入，37P02输出为两ASK已调信号叠加，即PSK已调信号。

（注意：

两种相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真）

④位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为QPSK已调信号。

2．PSKQPSK解调模块

38W01：

载波提取电路中锁相环压控振荡器频率调节电位器。

38P01：

PSK、QPSK待解调信号输入铆孔。

38K01：

解调载波选择开关：

揷在左边为PSK正交载波，挿在右边为QPSK正交载波（F9O）

38K02：

解调载波选择开关：

揷在左边为PSK同相载波，挿在右边为QPSK同相载波（FO）

38TP01：

锁相环压控振荡器2.048MHz载波信号输出。

建议用频率计监视该测量点上的信号频率，有偏差时可调节38W01，PSK解调时，当其准确而稳定地锁定在2.048MHz，则可解调输出数字基带信号。

38TP02：

频率为1.024MHz的正交载波（方波）输出信号。

38TP03：

频率为1.024MHz的同相载波（方波）输出信号。

38P02：

PSK解调输出/QPSK解调I路输出铆孔。

PSK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DPSK方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。

38P03：

QPSK解调Q路输出铆孔。

3．复接/解复接、同步技术模块

39SW01：

功能设置开关。

设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。

39P01：

外加基带信号输入铆孔。

39P07：

相绝码转换输出铆孔。

六、实验内容及步骤

PSK（DPSK）调制/解调实验

1．插入有关实验模块：

在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PSK调制模块”、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。

注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．PSK、DPSK信号线连接：

绝对码调制（PSK）时的连接：

用专用导线将4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01连接。

相对码调制（DPSK）时的连接：

用专用导线将4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01连接。

注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆