湖南大学通信原理实验九.docx
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湖南大学通信原理实验九
实验9PSKDPSK调制解调实验
通信一班20110803126邓恬
一、实验目的
1.掌握PSKDPSK调制解调的工作原理及性能要求;
2.进行PSKDPSK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.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制,位号:
A、B位
2.PSK/QPSK解调模块,位号:
C位
3.时钟与基带数据发生模块,位号:
G位
4.复接/解复接、同步技术模块,位号:
I位
5.100M双踪示波器1台
三、实验原理
(一)PSK、DPSK调制电路工作原理
PSK和QPSK采用了和FSK相同的实验模块:
“信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制”模块,该模块由于采用了可编程的逻辑器件,因此通过切换内部的编程单元,即可输出不同的调制内容,PSK,DPSK调制电路原理框图如下如所示:
图9-1PSK、DPSK调制电路原理框图
图9-1中,基带数据时钟和数据,通过JCLK和JD两个铆孔输入到可编程逻辑器件中,由可编程逻辑器件根据设置的工作模式,完成PSK和DPSK的调制,因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件,因此调制后输出需要经过D/A器件,完成数字到模拟的转换,然后经过模拟电路对信号进行调整输出,加入跟随器,完成了整个调制系统。
PSK/DPSK调制系统中,默认输入信号应该为32K的时钟信号,在时钟与基带数据发生模块有32K的M序列输出,可供该实验使用,可以通过连线将时钟和数据送到JCLK和JD输入端。
标有PSK.DPSK个输出铆孔为调制信号的输出测量点,可以通过按动模块上的SW01按钮,切换PSK.DPSK铆孔输出信号为PSK或DPSK,同时LED指示灯会指示当前输出内容的工作状态。
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9-2所示。
9-2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。
输入电路原理图如下如所示:
9-3解调器输入电路原理图
2)科斯塔斯环提取载波原理(原理中标号参见原理图)
PSK采用科斯塔斯特环解调,图9-4图9-5为科斯塔斯特环原理方框图和电路原理图。
图9-4科斯塔斯特环电路原理方框图
数字90º移相电路的相位波形图如9-6所示。
图9-690度数字移相器的波形图
四、各测量点及可调元件的作用
1.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块(底板A、B位)
L01:
指示调制状态,L01亮时,PSK,DPSK铆孔输出PSK调制信号;
L02:
指示调制状态,L02亮时,PSK,DPSK铆孔输出DPSK调制信号;
JCLK:
32K时钟输入端;
JD:
32K基带数据输出端;
基带输出:
基带绝对码或相对码输出;
PSK、DPSK:
PSK或DPSK调制信号输出端;
SW01:
调制模式切换按钮。
2.PSKQPSK解调模块(底板C位)
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:
插在左边为PSK正交载波,插在右边为QPSK正交载波(F9O)
38K02:
解调载波选择开关:
插在左边为PSK同相载波,插在右边为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(底板I位)
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。
五、实验内容及步骤
1.插入有关实验模块
在关闭系统电源的情况下,按照下表放置实验模块:
模块名称
放置位号
时钟与基带数据发生模块
G
信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制
A、B
PSK.QPSK解调模块
C
噪声模块
E
复接/解复接同步技术模块
I
对应位号可见底板右上角的“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。
2.信号线连接
使用专用导线按照下表进行信号线连接:
源端
目的端
连线作用
4P01(G)
JD(AB)
为PSK调制输入32K的15位m序列;
4P02(G)
JCLK(AB)
为PSK调制输入32K的基带时钟;
PSK、DPSK(AB)
3P01(E)
将调制输出送入噪声模块,为PSK调制后信号加噪;
3P02(E)
38P01(D)
将加噪后的调制信号送入PSK解调输入模块;
3.加电
打开系统电源开关,底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常,请立即关闭电源,查找异常原因。
4.实验内容设置
拨码器“4SW02”(G)设置为“00001”,4P01产生32K的15位m序列输出;
按动SW01(AB)按钮,使“L01”指示灯亮,“PSKDPSK”输出为PSK调制;
将“PSKQPSK解调模块”两个跳线(38K01和38K02)开关插到左侧,选择PSK解调模式。
(一)PSK调制/解调实验
1.PSK调制信号观测
用示波器通道1接JD(AB),用示波器通道2接“PSKDPSK”(AB),分别观测32K基带信号数据和PSK调制信号,记录实验结果。
分析PSK调制的相位情况。
分析:
0变1,或者1跳变成0时,相位出现反转。
2.PSK解调后信号观测:
●无噪声PSK解调观测
(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的PSK调制信号不加入噪声。
(2)用示波器分别观测JD(AB)和38P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。
分析:
解调后与调制前的基带数据相同,有稍许延迟。
(3)缓慢调节解调模块上的VCO(C)电位器,调整锁相环输出同步载波,同时注意对比JD(AB)和38P02(C)的信号是否相同或反向,相同则说明解调正确,反向则是出现了相位模糊(倒pi)的情况。
分析相位模糊的原因,思考怎么解决?
分析:
调节VCO电位器,会出现反向的问题。
即相位模糊。
解决方法为控制好VCO的范围。
●有噪声PSK解调观测
(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下,逐渐调节3W01(E),使噪声电平逐渐增大,即改变信噪比(S/N),观察解调信号波形是否还能保持正确。
分析:
不能保持正确的波形。
(2)用示波器观察3P01(E)和3P02(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。
分析:
加噪声,psk信号失真。
(二)DPSK调制/解调实验
1.DPSK调制解调设置
保持PSK调制解调设置及连线未修改的情况下,完成下面操作:
(1)按动SW01(AB)按钮,使“L02”指示灯亮,“PSKDPSK”输出为DPSK调制;
(2)将“功能选择”(I)拨动开关设置为“0010”,则“复接/解复接、同步技术模块”工作在32K时钟下绝对码-相对码模式。
(3)使用导线连接“38P02”(C)和“39P01”(I),将解调数据送入绝对码-相对码转换单元。
1.DPSK调制信号观测
(1)用示波器同时观测“4P01”(G)和“基带输出”(AB),分别观察绝对码和相对码,分析相对码是否正确。
分析:
黄色的为绝对码,绝对码为1时,相对码就改变,绝对码为0时,相对码就维持原来的不变。
(2)用示波器通道1接“DATA”(AB),用示波器通道2接“PSKDPSK”(AB),分别观测相对码和PSK调制信号,记录实验结果。
可见,DPSK是指在对基带数据进行PSK调制之前完成了绝对码到相对码的转换。
分析:
DPSK是指在对基带数据进行PSK调制之前完成了绝对码到相对码的转换。
2.DPSK解调后信号观测
●无噪声DPSK解调观测
(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的DPSK调制信号不加入噪声。
(2)用示波器分别观测JD(AB)和38P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。
(3)缓慢调节解调模块上的VCO(C)电位器,调整锁相环输出同步载波,同时注意对比“DATA”(AB)和“38P02”(C)的信号是否相同或反向,相同则说明解调正确,反向则是出现了相位模糊(倒pi)的情况。
分析:
调节VCO出现了反向的信号,即出现了相位模糊。
(4)在步骤(3)反向的情况下,用示波器分别观测“4P01”(G)和“39P07”(I),观察绝对码基带数据和解调转换后的绝对码数据是否相同。
DPSK是否解决了PSK存在相位模糊的问题?
分析:
二者相同,说明DPSK可以解决PSK存在的相位模糊的问题。
●有噪声DPSK解调观测
(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下,逐渐调节“3W01”(E),使噪声电平逐渐增大,即改变信噪比(S/N),观察解调信号是否还能保持正确。
思考DPSK解调后,当前码元错误是否会对其他码元造成影响,分析DPSK解调的缺点。
分析:
解调信号不能保持正确。
当前码元的错误会对其他码元造成影响,因为他是差分译码,是一种相干解调,跟前一个码元的正确与否有关系。
(2)用示波器观察“3P01”(E)和“3P02”(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。
分析:
加噪声后,信号波形已经失真。
采用FFT:
中心频率为1.04MHZ;频率范围为200KHZ;
六、实验总结
通过本次实验,我了解了PSKDPSK的调制与解调。
DPSK能克服PSK的相位模糊的问题,且DPSK是在对基带数据进行PSK调制之前就完成了绝对码到相对码的转换,DPSK是差分译码,属于相干解调,码元之间会相互影响。