通原实验数字调制PSK实验PPT课件

1、 移相键控移相键控PSKPSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于抗噪性能和信道频带利用率均优于ASKASK和和FSKFSK，即使在有衰落的信即使在有衰落的信道中也能获得很好的效果。道中也能获得很好的效果。因而在实际的高速数据传输系统中得因而在实际的高速数据传输系统中得到广泛的应用，到广泛的应用，通过此实验：通过此实验：1. 1. 掌握掌握2PSK2PSK和和2DPSK2DPSK调制与解调电路的组及成工作原理。调制与解调电路的组及成工作原理。 2 2. . 了解了解“0 0”相和相和“”相载频信号的产生方法，掌握二进相载

2、频信号的产生方法，掌握二进 制绝对码与相对码的变换方法。制绝对码与相对码的变换方法。 3.3. 掌握掌握2PSK2PSK和和2DPSK2DPSK调制器与解调器的测试技能。调制器与解调器的测试技能。一、一、实验目的实验目的第1页/共36页5. 2DPSK5. 2DPSK调制与解调信号的测量调制与解调信号的测量1. 2PSK1. 2PSK信号同相与反相载波的产生与测量信号同相与反相载波的产生与测量2. 2. 数字基带信号的产生与测量数字基带信号的产生与测量4. 2PSK4. 2PSK调制与解调信号的测量调制与解调信号的测量3. 3. 绝对码（绝对码（a an n) )与相对码与相对码( (b bn

3、 n) )信号测量信号测量二、实验内容二、实验内容6. 2PSK/2DPSK6. 2PSK/2DPSK调制信号的频谱（功率谱）测量调制信号的频谱（功率谱）测量第2页/共36页 数字相位调制又称移相键控，简记PSK,PSK,二进制移相键控记作2PSK2PSK。它是利用载波相位的变化来传送数字信息的。 通常有两种类型： 1.1.数字移相键控数字移相键控PSKPSK调制的基本原理调制的基本原理(1)(1)绝对相移绝对相移(2PSK(2PSK或或BPSKBPSK) )(2)(2)相对相移相对相移( (差分相移差分相移/2DPSK/2DPSK 或或DBPSKDBPSK) )三、实验应知知识三、实验应知知

4、识第3页/共36页1.1 1.1 绝对移相键控绝对移相键控2PSK2PSK调制电路与基本原理调制电路与基本原理绝对相移定义：绝对相移定义： 以载波的不同相位的绝对值以载波的不同相位的绝对值来直接传送相应二进制数字信来直接传送相应二进制数字信号的一种调制方式，简称号的一种调制方式，简称2PSK2PSK。通常用已调载波的。通常用已调载波的“0 0”相和相和“”相，分别表示二进制数字的相，分别表示二进制数字的“1 1”和和“0 0”。”“”“如相位相位010 在绝对移相键控系统中在绝对移相键控系统中：信息代码与：信息代码与2PSK2PSK已调载波相位变已调载波相位变化的规律是化的规律是“异变同不变异

5、变同不变”，即，即本码元与前一码元相异时，本码元与前一码元相异时，本码元内本码元内2PSK2PSK信号的初相相对于前一码元内信号的初相相对于前一码元内2PSK2PSK信号的相位信号的相位变化变化180180，相同时则不变相同时则不变。第4页/共36页tC cos tS tSPSK2 tStC cos调制器用模拟器件承担调制器用模拟器件承担 tSPSK2第5页/共36页tC cos tSPSK2 tS 02PSK键控调制系统电路原理框图如图所示：键控调制系统电路原理框图如图所示：调制器用电子开关承担。调制器用电子开关承担。tC cos tSPSK2 tS 0工作原理工作原理第6页/共36页tnT

6、tgatScnsnASK cos)()(2 P1,0P,1以以以以natnTtgatScnsnPSK cos)()(2 P1,1P,1以以以以naSf Sf fPm2 2PSK PSK 信号频谱信号频谱sASKPSKfBB222第7页/共36页判决判决LPF tSPSK2第8页/共36页2PSK2PSK调制在理论分析时虽然成立。但在实际工程中，如若调制在理论分析时虽然成立。但在实际工程中，如若因接收端遇到突发干扰（温度漂移或噪声干扰等）。就会使因接收端遇到突发干扰（温度漂移或噪声干扰等）。就会使接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒“ ”现现象

7、，象，发生发生绝对的错误，对系统的误码性能，影响很大绝对的错误，对系统的误码性能，影响很大 ，使，使通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。第9页/共36页二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作2DPSK2DPSK。 它不是利用载波相位的绝对值传送数字信息，而是用前后码元它不是利用载波相位的绝对值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。的相对载波相位值传送数字信息。 相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。 假设相对载波相位值用相位

8、偏移假设相对载波相位值用相位偏移 表示表示规定数字信息序列与规定数字信息序列与 之间的关系为之间的关系为 D D 0数字信息数字信息“0 0”数字信息数字信息“1 1” 2DPSK2DPSK的规律是的规律是“1 1变变0 0不变不变”，即信息代码（绝对码）为，即信息代码（绝对码）为“1”1”时，本码元内时，本码元内2DPSK2DPSK信号的初相相对于前一码元内信号的初相相对于前一码元内2DPSK2DPSK信号信号的末相变化的末相变化180180，信息代码为，信息代码为“0”0”时，则本码元内时，则本码元内2DPSK2DPSK信信号的初相相对于前一码元内号的初相相对于前一码元内2DPSK2DPS

9、K信号的末相不变化。信号的末相不变化。第10页/共36页绝对码绝对码/ /相对码变换相对码变换若绝对码记为若绝对码记为a aK K，相对码记为，相对码记为b bK K，绝对码一相对码之间的关系为绝对码一相对码之间的关系为:1kkkbab根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。把绝对码变成相对码的差分编码方法：绝对码把绝对码变成相对码的差分编码方法：绝对码a an n中，中，1 1变变0 0不变。不变。绝对码绝对码1 1 1 0 1 0 0相对码相对码1 0 1 1 0 0 00 1 0 0 1 1 11kkkbba用D触发器作为码

10、元延迟器。由于异或门为组合逻辑器件，其输出信号可能出现冒险现象，为了克服冒险现象，在后面增加一个D触发器则可保证正确的绝相变换信号输出。相对码相对码1 0 1 1 0 0 00 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0绝对码绝对码延时延时第11页/共36页”相对码“”相对码“规则进行调制对相对码按相位相位0102PSK第12页/共36页tC cos tS( () )t tSDPSK2调制器调制器载波载波( () )t tSDPSK2第13页/共36页 tSDPSK2 tS调制器调制器差分差分编码器编码器0 ( () )t tSDPSK20相载波相载波相载波相载波第14页/共36页2P

11、SK2PSK或或2DPSK2DPSK信号，就波形而言，都可等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，信号，就波形而言，都可等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，是一对倒相的序列。因此，是一对倒相的序列。因此，2DPSK2DPSK和和2PSK2PSK信号具有相同的表达式：信号具有相同的表达式： 不同的是不同的是2PSK2PSK表达式中的表达式中的s(t)s(t)是数字基带信号，是数字基带信号，2DPSK2DPSK表达式中表达式中的的s(t)s(t)是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。tnTtgatStScnsnPSKDPSKcos)()()(22P1,

12、1P,1以以na1 1、2DPSK2DPSK与与2PSK2PSK信号有相同的功率谱信号有相同的功率谱 2 2、2DPSK2DPSK与与2PSK2PSK信号带宽相同，是基带信号带宽信号带宽相同，是基带信号带宽BsBs的两倍，即的两倍，即 3 3、2DPSK2DPSK与与2PSK2PSK信号频带利用率也相同，为信号频带利用率也相同，为 sPSKDPSKfBB222第15页/共36页 差分相干解调和相干解调差分相干解调和相干解调- -码变换法，后者又称为极性比较码变换法，后者又称为极性比较码变换法。码变换法。 直接比较前后码元的相位差，故也称为相位比较法解调，其原直接比较前后码元的相位差，故也称为相

13、位比较法解调，其原理框图如图所示。理框图如图所示。 1 1、差分相干解调法电路 tSDPSK2 na 这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。图中因此设备比较简单、实用。图中TsTs延时电路的输出起着参考载波的延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。作用。乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。A A. .电路组成电路组成鉴相器鉴相器第16页/共36页以数字序列以数字序列 =1011001=1011001为例为例B B. .差分相干解调法工作原理差分相干解调法工作原理规则：正规则：

14、正- -”0 0“；负；负- -“1 1”第17页/共36页2 2、相干解调- -码变换法电路组成与工作原理A.A.电路组成电路组成 此法即是此法即是2PSK2PSK解调加差分译码。解调加差分译码。鉴相器鉴相器 tSDPSK2tC cosTsTs na 此电路与差分解调电路相比，解调时需要码变换器和相干载波此电路与差分解调电路相比，解调时需要码变换器和相干载波提取电路。故设备比较复杂；且抗噪声性能差提取电路。故设备比较复杂；且抗噪声性能差；系统误码率增加，系统误码率增加，通常认为增加一倍；所以通常认为增加一倍；所以DPSKDPSK解调大多采用差分相干接收。解调大多采用差分相干接收。 第18页/

15、共36页B.B.相干解调相干解调- -码变换法电路工作原理码变换法电路工作原理以数字序列以数字序列 =101001=101001为例为例 由以上分析可知，由以上分析可知，2DPSK2DPSK与与2PSK2PSK的波形不同，他们的同一相位的波形不同，他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位差才表示信并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位差才表示信息符号。这说明，解调息符号。这说明，解调2DPSK2DPSK信号是并不依赖于某一固定的载波相信号是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，则只要鉴别这个位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破

16、坏，则只要鉴别这个相差关系就可正确恢复数字信息相差关系就可正确恢复数字信息。 这就避免了这就避免了2PSK2PSK中的倒中的倒现象发生，为此得到了广泛的工程应用现象发生，为此得到了广泛的工程应用。 0 0第19页/共36页 实验应知知识介绍完毕实验应知知识介绍完毕实实 验验 开开 始始谢谢谢谢! !第20页/共36页实验现场操作规程 a a、注意安全操作规程，确保人身安全、注意安全操作规程，确保人身安全5.1 5.1 注意人身安全和仪器设备的安全注意人身安全和仪器设备的安全为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。调换仪

17、器时应切断实验台的电源。调换仪器时应切断实验台的电源。 逐步养成用右手进行单手操作的习惯。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。 b b、爱护仪器设备、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿请勿随便调换配件。随便调换配件。注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！ 当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后当被测量的大小无法估计时，应从仪表的

18、最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。逐渐减小量程。第21页/共36页 实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 PSK调制解调单元模块电路调制解调单元模块电路数字方波信数字方波信号产生模块号产生模块电电源源M序列产生模块序列产生模块波形变换、波形变换、反相及幅反相及幅度调节模度调节模块（块（0相相/相载波）相载波）调制器调制器电压电压比较比较乘乘法法器器相对码转相对码转绝对码模块绝对码模块绝对码转绝对码转相对码模块相对码模块同同步步载载波波提提取取模模块块第22页/共36页锁相环平方律部件二分频输 入 已调信号2PSK

19、/2DPSK滤波输出环路滤波器压控振荡器鉴相器( )e t直接法平方环法提取同步载波MC149674HC404674HC74由于提取载波的过程中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180的相位模糊问题。ttmtsccos)()(抑制载波的双边带信号为ttmtmttmtecc2cos)(212)(cos)()(2222LC选频回路LC选频回路第23页/共36页实验用实验用2PSK2PSK调制与解调电路的基本模块连接调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调。调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调。128KHz方波方波NRZ信号信号8KHz时钟时钟调制连接调制连接解调

20、连接解调连接S2短接左短接左S3短接中短接中2PSK信号信号8KHz同步时钟同步时钟S4短接下短接下S6短接上短接上同步载同步载波信号波信号第24页/共36页实验用实验用2DPSK2DPSK调制与解调电路的基本模块连接调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调- -码变换法。码变换法。128KHz方波方波NRZ信号信号8KHz时钟时钟调制连接调制连接解调连接解调连接S2短接左短接左2PSK信号信号S3短接中短接中8KHz同步时钟同步时钟S4短接下短接下S6短接上短接上同步载同步载波信号波信号相对码信号相对码信号相对码信号相对码信

21、号第25页/共36页 请参考请参考通信原理通信原理课程所学课程所学2PSK2PSK调制系统电路组成，根据调制系统电路组成，根据提供的提供的“数字调制解调与载波同步模块数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出用键，自己构建并画出用键控方式实现控方式实现2PSK2PSK调制系统的实验电路框图。调制系统的实验电路框图。 基本条件：载波频率基本条件：载波频率128K128KHzHz；传输速率；传输速率8KH8KHz z。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤项目项目1 1 ：2PSK2PSK信号产生与测量信号产生与测量128K128K正弦波正弦波反相器反相器调制器调制器2PSK2PSK调制调制128

22、K128K方波方波8K8KCPCP波形变换波形变换MM序列序列0 0相载波相载波相载相载波波(2PSK)(2PSK)MOD-OUTMOD-OUT(绝对码绝对码)第26页/共36页四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1. 2PSK1. 2PSK信号产生与测量信号产生与测量示波器示波器CH1测试数据观察与记录测试数据观察与记录:0 0相、相、相载波信号测量：记录信号参数与波形。相载波信号测量：记录信号参数与波形。示波器示波器CH2 数字基带信号测量：记录信号参数与波形。数字基带信号测量：记录信号参数与波形。（M=7M=7）示波器示波器CH12PSK2PSK信号测量：记录信号波形。信号测量：记录信号

23、波形。示波器示波器CH2调节电位器调节电位器W1W1、W2W2，使输出载波，使输出载波幅度相等，均为幅度相等，均为22.5Vp-p22.5Vp-p。说明：说明：什么是什么是2PSK？实验准备实验准备S2=S2=左左/S3=/S3=中中连接实验电路电源连接实验电路电源连接连接SQ128KHzSQ1-INSQ128KHzSQ1-IN连接连接SQ8KHzCLK-INSQ8KHzCLK-IN连接连接NRZ-OUTNRZ-INNRZ-OUTNRZ-IN示波器示波器CH2第27页/共36页四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤2. 2. 基带信号与基带信号与2PSK2PSK信号的功率谱测量信号的功率谱测量实

24、验准备实验准备:保持前步骤电路保持前步骤电路的连接状态不变的连接状态不变测试数据观察与记录测试数据观察与记录基带信号频谱测量：记录信号参数与波形。基带信号频谱测量：记录信号参数与波形。2PSK2PSK信号频谱测量：记录信号参数与波形。信号频谱测量：记录信号参数与波形。根据实验测量数据，说明实验用根据实验测量数据，说明实验用2PSK2PSK系统系统 的带宽为多少？的带宽为多少？方法：方法：MATH MENU FFT 信源信源CH1 秒格旋钮秒格旋钮12.5KHz CURSOR光标光标 类型频率类型频率方法：方法：MATH MENU FFT 信源信源CH2 FFT缩放缩放X2 秒格旋钮秒格旋钮12

25、.5KHz CURSOR光标光标 类型频率类型频率示波器示波器CH1示波器示波器CH2第28页/共36页四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤项目项目2 2：2PSK2PSK调制信号的解调测量调制信号的解调测量 请参考请参考通信原理通信原理课程所学课程所学2PSK 2PSK 相干解调系统电路组成，相干解调系统电路组成，根据提供的根据提供的“数字调制解调与载波同步模块数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出实，自己构建并画出实现对现对2PSK2PSK信号解调的实验电路框图。信号解调的实验电路框图。比较比较LPF tSPSK2TsTs同步载同步载波提取波提取判决判决第29页/共36页3. 2PS

26、K3. 2PSK调制信号的解调测量调制信号的解调测量四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤测试数据观察与记录测试数据观察与记录:相乘器输出信号测量相乘器输出信号测量: :记记录录MULMUL信号波形。信号波形。低通滤波信号测量低通滤波信号测量: :记录记录A/P-LPFA/P-LPF信号波形。信号波形。电压比较器输出信号测电压比较器输出信号测量量: :记录记录CMPCMP信号波形。信号波形。抽样判决输出信号测量抽样判决输出信号测量: :记录记录DEM-OUTDEM-OUT信号波形信号波形 与时延。与时延。思思: :什么情况下解调输出的什么情况下解调输出的NRZ码元与原信号刚好相反？码元与原信号刚

27、好相反？实验准备实验准备:S4=S4=下下/S6=/S6=上上连接连接MOD-OUT2PSK/MOD-OUT2PSK/DPSK-IN, CAR-OUT CAR-DPSK-IN, CAR-OUT CAR-IN, SQ8KHzBS-IN.IN, SQ8KHzBS-IN.保持前步骤电路的连接状态不变。保持前步骤电路的连接状态不变。同步载波提取信号测量同步载波提取信号测量: :记录记录SIN1/CAR-OUTSIN1/CAR-OUT对比信号对比信号波形。波形。示波器一个示波器一个探头测探头测NRZ作同步信号作同步信号第30页/共36页 请参考请参考通信原理通信原理课程所学课程所学2DPSK 2DPSK

28、 调制系统电路组成，调制系统电路组成，根据提供的根据提供的“数字调制解调与载波同步模块数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画，自己构建并画出用键控方式实现出用键控方式实现2DPSK2DPSK调制系统的实验电路框图。调制系统的实验电路框图。 基本条件：载波频率基本条件：载波频率128K128KHzHz；传输速率；传输速率8KH8KHz z。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤项目项目3 3：2DPSK2DPSK信号产生与测量信号产生与测量差分差分编码器编码器128K128K正弦波正弦波反相器反相器调制器调制器2DPSK2DPSK调制调制128K128K方波方波8KCP波形变换波形变换MM序列

29、序列0 0相载波相载波相载相载波波(2DPSK)(2DPSK)MOD-OUTMOD-OUT(相对码)第31页/共36页四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤4. 2DPSK4. 2DPSK信号产生与测量信号产生与测量示波器示波器CH1测试数据观察与记录测试数据观察与记录:0 0相、相、相载波信号测量：记录信号参数与波形。相载波信号测量：记录信号参数与波形。 数字基带信号测量：记录数字基带信号测量：记录Ak-IN(Ak-IN(绝对码绝对码), Bk-), Bk- OUT( OUT(相对码）相对码）信号参数与波形。（信号参数与波形。（M=7M=7）2PSK2PSK信号测量：记录信号波形。信号测量：记

30、录信号波形。调节电位器调节电位器W1W1、W2W2，使输出载波，使输出载波幅度相等，均为幅度相等，均为22.5Vp-p22.5Vp-p。说明：说明：什么是什么是2DPSK？实验实验准备准备S2=S2=左左/S3=/S3=中中连接实验电路电源连接实验电路电源连接连接SQ128KHzSQ1-INSQ128KHzSQ1-IN连接连接SQ8KHzCLK-INSQ8KHzCLK-IN连接连接NRZ-OUTAk-IN, BNRZ-OUTAk-IN, Bk k-OUT NRZ-IN-OUT NRZ-IN示波器示波器CH2示波器示波器CH2示波器示波器CH2示波器示波器CH1第32页/共36页 请参考请参考通信原理通信原理课程所学课程所学2DPSK2DPSK相干解调相干解调- -码变换法解调码变换法解调系统电路组成，根据提供的系统电路组成，根据提供的“数字调制解调与载波同步模块数字调制解调与载波同步模块”，自己构