通信原理实验报告十五调制实验

1、太原理工大学学生实验报告十五、调制实验学院名称信息工程专业班级*学号*学生姓名*同组人姓名课程名称通信原理实验题目实验成绩实验日期实验室名称通信实验室指导教师签名实验记录：、实验目的1. 掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。2. 掌握用键控法产生 2ASK 2FSK 2DPSK言号的方法。2DPSK信号波形之间的关系。3. 掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系以及绝对码波形与4. 掌握2ASK 2FSK 2DPSK信号的频谱特性。二、实验内容1. 观察绝对码和相对码的波形。2. 观察2ASK 2FSK 2DPSK信号波形。3. 观察2ASK 2FSK 2DPSK信号

2、频谱。三、实验器材1. 信号源模块2. 数字调制模块3. 频谱分析模块一台一台4. 20M双踪示波器5. 频率计(选用)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(2FS0、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“

3、1 ”或“ 0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅 键控方式称为通一断键控(OOK。2ASK信号典型的时域波形如图 15-1所示，其时域数学表达式为：S2ASK(t)an Acos ct(151)式中，A为未调载波幅度，c为载波角频率， 务为符合下列关系的二进制序列的第n个码元:太原理工大学学生实验报告学院名称信息工程专业班级学号kkk实验成绩学生姓名kkk同组人姓名实验日期kkk通信原理实验题目十五、调制实验课程名称 实验记录:an出现概率为P 出现概率为1- P(15 2)综合式15 1和式15 2,令A= 1,则2ASK信号的一般时域表达式为:S2ASK (t)ang(t nT

4、s) cos ctnS(t ) COs ct(15 3)式中，Ts为码元间隔，g(t)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S(t)就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。S2A SK (t)-A图15-1 2ASK信号的典型时域波形为了更深入掌握2ASK信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序列一般为随机序列,其频域分析的对象应为信号功率谱密度。设g(t)为归一化矩形脉冲，若g(t)的傅氏变换为G(f)，0的概率为P,则S(t)的功率谱密度表达式S(t)则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为为：Ps(f) fsP(1 P)

5、G(f)2 fs2(1 p)2G(o)(f)(15 4)课程名称 实验记录：G(f)式中，sinTsTs ffs1Ts Hz,并与二进制序列的码元速率 Rs在数值上相等。可以看岀,单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。2ASK信号的双边功率谱密度表达式为:P2ASK ( f )-fsP(1 p)G(f4fc)G(ffc)1 fs2(14p)2G(o)|2 (f fc)(f fc)(15 5)式(15 5)表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成:(1)由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；(2)由被调载波分量确定的载频离散谱。图15-2为2ASK信号的单边功率谱示意图。fc + Rs

6、fc+2Rsfc+4Rsc sc sfc-4Rsfc-2Rsfcc sc scf -3Rf -Rc sc sf +3Rc s图15-2 2ASK信号的单边功率谱密度示意图对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义,但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然，2ASK信号的谱零点带宽为B2ASK(fcRs)(fcRs)fo2RS2/Ts(吃)式中，R为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率(比特率)(15 6)R, ( bit/s )在数值上相等。实验室名

7、称通信实验室指导教师签名：太原理工大学学生实验报告实验成绩实验日期十五、调制实验学院名称信息工程专业班级*学号kkk学生姓名*同组人姓名课程名称通信原理实验题目实验记录：图15-3 2ASK调制原理框图图15-4 2ASK调制电路原理图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 S(t)控制门的通断，S(t)= 1时开关导通；S(t)= 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。

8、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基带输入”和“ ASK载波输入”输入，其原理框图 和电路原理图分别如图 15-3、图15-4所示。B实验室名称通信实验室指导教师签名太原理工大学学生实验报告学院名称信息工程专业班级学号kkk实验成绩学生姓名kkk同组人姓名实验日期kkk通信原理实验题目十五、调制实验课程名称 实验记录:2. 2FSK调制原理。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f时代表传0,载频为1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f和为载频、以K和务为被传二

9、进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图15-5所示，其一般时域数学表达式为S2FSK (t)ang(t nTs)ncos 0tang(t nTs) cosn(15 7)式中,2 f012 f1K是的反码，即an概率为P概率为1- Pan概率为P概率为1 Par21011Ts2Ts3Ts4TsS2FSK( t)-i III1图 15-5 2FSK-Ai.l j IiV Vv v信号的典型时域波形UI) i ! I 11 If V UV V V因为2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为f1fTsf。/Rs(15 8)实验室名称通信实验室指导教师签名：学院名称信息

10、工程专业班级kkk学号*学生姓名*同组人姓名课程名称通信原理实验题目实验记录：显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看岀，当h1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为B2FSKfifo2Rs (Hz)(15 - 9)2FSK 信2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（01或10 ）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会

11、不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调 频器中产生2FSK信号，这时的已调信号岀自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这 将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频 率选择法，其调制原理框图如图15-6所示：图15-6 2FSK调制原理框图由图可知，从“ FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，1路经U404（ LM339反相后接至U405B（ 4066） 的控制端，另1路直接接至U405A （4066 ）的控制端。从“ FSK载波输入1”和“ FSK载波输入2”输入 的载波信号分别接至 U405A和U405B的

12、输入端。当基带信号为“ 1”时，模拟开关 U405A打开，U405B 关闭，输岀第一路载波；当基带信号为“0 ”时，U405A关闭，U405B打开，此时输岀第二路载波，再通过相加器就可以得到 2FSK调制信号。3. 2DPSK调制原理。2PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和n相位载波分别代表传1课程名称 实验记录:和传0,其时域波形示意图如图 15-7所示。设二进制单极性码为 an，其对应的双极性二进制码为 bn，则2PSK信号的一般时域数学表达式为:S2PSK (t)bng(t nTs) cos ct(1510)bn其中：+1当an 0时，概率为P1时，概率

13、为1 Pn当an =(15 10)式可变为:g(tnTs) cos ct当anSzPSK(t)=g(tnnTs) cos ct 0当an(1511)15-7 2PSK信号的典型时域波形(15 10)式可见，2PSK信号是一种双边带信号,15 3)式可知，其双边功-Aar21011t比较K式于K15 10)S2PsK(t)0Ts2Ts3Ts4Tsft ft A1 I1 i j j h 1 v V vV ! JA A A A An n n i I n 11 I ! I 1 ； i 1 J h J I II l/ll f v V VVIlf1111 iV V V太原理工大学学生实验报告实验成绩实验日

14、期十五、调制实验学院名称信息工程专业班级*学号*学生姓名*同组人姓名课程名称通信原理实验题目实验记录：率谱表达式与2ASK的几乎相同，即为:1 fs2(i p)2g(o)|2 (ffc)(ffc)2 2P2PSK（f） fsP（1 P） |G（f fc）| P（f Q2PSK信号的谱零点带宽与 2ASK的相同，即(1513)B2PSK(fcRs) (fcRs)2Rs2/Ts(缶)我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的

15、数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒n”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK方式。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用 相位偏移x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设数字信息“ 1 ”0 数字信息“ 0”则数字信息序列与2DPSK言号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息：00111001012DPSK信 号相位：000n0nnn00n或：n n n 0 n 000 n n 0图15-8为对同一组二进制信号调制后的 2PSK与 2DPSK波形

16、。从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK 的不同。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信 息符号。这说明，解调 2DPSK言号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值。只要前后码元的相对相位 关系不破坏，则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒n”现象发生。同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK与 2DPSK信号是无法分辨的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字 信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。实验

17、室名称通信实验室指导教师签名信息工程专业班级*学号*同组人姓名通信原理实验题目学院名称学生姓名课程名称实验记录：DPS波形相对码000 10 1110数字信息(绝对码)0 0 1 11 0 0 1A AA A行I A:1f J jl/(1:1 1ilPS波形：! 1.! : 11/ h11.i i y* e I 1 jI v UV列图15-8 2PSK 与2DPSK波形对比为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图15-9所示的矢量图来表示。图中，虚线矢量位置称为基准相位。在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位。如口 果假设每个码元中包含有整数个载波周期，

18、那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。根据ITU-T的建议，图15-9(a)所示的移相方式，称为 A方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、n。因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0,则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。图15-9 (b)所示的移相方式，称为 B方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相 对于基准相位可取n /2。因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供

19、码元定时信息，这 正是B方式被广泛采用的原因之一。儿 + n /2参考相位参考相位-n/2(a)(b)图15-9 二相调制移相信号矢量图太原理工大学学生实验报告学院名称信息工程专业班级*学号*实验成绩学生姓名*同组人姓名实验日期kkk课程名称通信原理实验题目十五、调制实验实验记录：2DPSK勺调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不 同相位的载波，完成 2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK基带输入”和“ PSK载波输入”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS输入”点输入，其原理框图如图15-10所示：图15-10 2DPSK调

20、制原理框图五、实验步骤1. 将信号源模块、数字调制模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2. 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关P0WER1P0WER2对 应的发光二极管 LED001、LED002 D400 D401、L1、L2发光，按一下信号源模块的复位键，三 个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3. ASK调制实验 将信号源模块产生的码速率为 15.625KHZ的NRZ码和64KHz的正弦波（幅度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“ ASK基带输入”和“ ASK

21、载波输入”。以信号输入点“ ASK 基带输入”的信号为内触发源，用示波器双踪同时观察点“ASK基带输入”和点“ ASK调制输岀”输岀的波形，并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。4. 改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。FSK调制实验将信号源模块产生的码速率为 15.625KHZ的NRZ码和32KHz正弦波（幅度为3V左右）及64KHz的正弦波（幅度为 3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK基带输入”、“ FSK载波输入1 ”和“ FSK载波输入2”。以信号输入点“ FSK基带输入”的信号为内触发源，用双踪 示波器同时观察点“ FSK基带输入”和点“ FSK

22、调制输岀”输岀的波形，并将这两点的信号送 入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。 改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。学院名称信息工程专业班级*学号*实验成绩学生姓名*同组人姓名实验日期*课程名称通信原理实验题目十五、调制实验实验记录：5. PSK调制实验 将信号源模块的信号输岀点“ BS与数字调制模块的信号输入点“ PSK-BS输入”相连接，将信号源模块产生的码速率为15.625KHZ的NRZ码和64KHz的正弦波（幅度为 3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“PSK基带输入”和“ PSK载波输入”。以信号输入点“差分编码输岀”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点 “PSK基

23、带输入”与“差分编码输岀” 输岀的波形。 用双踪示波器同时观察点“差分编码输岀”和点“PSK调制输岀”输岀的波形，并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。 改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。六、图形输岀如下：学院名称信息工程专业班级*学号*实验成绩学生姓名*同组人姓名实验日期*课程名称通信原理实验题目十五、调制实验实验记录：OUT勺波形：频谱:实验室名称通信实验室指导教师签名7.7V 2.5KHZ 时 OUT勺波形：PCMB-OUT的波形:学院名称 学生姓名 课程名称 实验记录信息工程 专业班级*同组人姓名通信原理学号实验题目kkk实验成绩实验日期十五、调制实验5V 4KHZ时OUT的波形:PCMB-OUT的波形:ASK基带输入波形：频谱:学院名称信息工程专业班级*学号*实验成绩学生