PSK移相键控调制电路设计与制作

1、PSK 移相键控调制电路设计与制作一、目的1掌握二相BPSK （DPSK ）调制的工作原理及电路组成。2了解载频信号的产生方法。3掌握二相绝对码与相对码的码型变换方法。二、原理绝对移相键控（PSK ）是采用直接调相法来实现，也就是用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相位键控。图1是二相PSK （DPSK ）调制器电路框图，图2是它的电原理图。图1 二相PSK （DPSK ）调制器电路框图（一）电路基本工作原理数字相位调制又称为移相键控。它是利用载波相位的变化来传递数字信息的。通常又可把它分成绝对移相与相对移相两种方式。绝对移相就是利用载波不同相位的绝对值来传递信息。那么，怎样才能

2、让载波不同相位的绝对值来传递数字信息呢？如果让所需传输的数字基带信号控制载波相位改变，而载波的振幅和频率都不变，那么就得到载波的相位发生变化的已调信号，我们把这种调制方式称为数字相位调制。即移相键控PSK 调制。PSK 在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK 移幅键控和FSK 移频键控。因此，PSK 技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。当传送消息为一随机序列时，例如话音信号经过编码后的数字信号或其它数据信号，则传送的调相信号也相应的为一随机的振荡序列，其相位与传送消息相对应，如图3所示。下面对图2中的电路作一分析： 图3 二相PSK

3、调制信号波形 1 内载波发生器 电路如图4所示。图4 1.024MHz 内载发生器图4从电路中可知，来自信号发生器的1.024MHz 方波信号输入至C 3的耦合电容上，由L 1、C 4、C 5可调电容，将1.024MHz 方波信号变换成1.024MHz 的正弦波信号，其中调节R 5可改变输出信号的幅波，由BG 1等组件组成的是射随器电器，它起隔离作用。输出信号送至载波信号转换开关K 1的1脚。内载波亦可由K 1切换成512K 正弦波。2载波倒相器模拟信号的倒相通常采用运放作倒相器，在本实验电路中，如图5所示，电路由U 4（LM318）、R 10、R 11组成，来自1.024MHz 载波信号经电

4、阻R 10输入到高速运放LM318的反相输入端2脚，在运放的输出端即可得到一个反相的载波信号，即相载波信号。为了使后面的合路后的0相载波与相载波的幅度相等，在载波倒相器电路中加了增益调整电位器R 11。3信码反相器由U1：C （74LS04）组成。 4模拟开关相乘器对载波的相移键控是用乘法器来实现的，常用的乘法器有环行调制器、模拟乘法器集成电路以及模拟开关电路等，本实验采用的是模拟开关4066作乘法器，电路如图5右半部分。 4066是一种4路双向模拟开关，其中每一路引脚互相独立。图5 载波倒相器，模拟开关相乘器下面再作详细分析4066多路多向模拟开关在本实验电路中的工作原理。从图可知。0相载波

5、与相载波分别加到模拟开关1：U 5A 的输入端（1脚）、模拟开关2：U 5B 的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关1的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关2的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通端。当信码为“1”码时，模拟开关1的输入控制端为高电平，模拟开关1导通，输出0相载波，而模拟开关2的输入控制端为低电平，模拟开关2截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关1的输入控制端为低电平，模拟开关1截止。而模拟开关2的输入控制端却为高电平，模拟开关2导通。输出相载波，两个模拟开关的输出通过载波输出控制开关K 3合路迭加后输出，即为二相PSK 调制信

6、号，波形如图6所示。 图6 模拟开关乘相器工作波形5差分编码器在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有干抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其它调制方式（例如：ASK 、FSK ）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。DPSK 调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，即把数据信息源（如：伪随机码发生器输出的伪随机码序列、增量调制编码器输出的数据信号或脉冲编码调制PCM 编码器输出的数字信号）作为绝对码序列a n ，通过差分编码器变成相对码序列b n ，然后再用相对码序列b n ，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK 已调信号。 图7是绝对与相对码转换电路，即

7、差分编码器电路。图7 差分编码器电路上面已对绝对移相作了分析，那么相对移相的含义是什么？所谓相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。“绝对移相”的原理提出还是比较早的，然而由于技术实现上的困难，一直未能在实际系统中推广应用，只是后来提出了“相对移相”后，才使移相键控付诸于实现。理论分析和实际试验证明：在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到广泛的应用。在绝对相移方式，由于发端是以两个可能出现的相位之中一个相位作

8、基准的。因而在收端也必须有这UU2U2U1U1入入t出出样一个相同的基准相位作参考，如果这个参考相位发生变化（0相变相或相变0相），则恢复的数字信息就会发生0变1或1变0，从而造成错误的恢复。在实际通信时参考基准相位的随机跳变是可能发生的，而且在通信过程中不易被发现。如，由于某各种突然的骚动，系统中的触发器可能发生状态的转移，锁相环路稳定状态也可能发生转移，等等，出现这种可能时，采用绝对移相就会使接收端恢复的数据极性相反。如果这时传输的是经增量调制的编码后话音数字信号，则并不影响话音的正常恢复，只是在相位发生跳变的瞬间，有噪声出现。但如果传输的是计算机输出的数据信号，这将会使恢复的数据面目全非

9、，为了克服这种现象，通常在传输数据信号时采用二相相对移相（DPSK ）方式。DPSK 是利用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式。 图8 PSK DPSK编码波形绝对码是以基带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”。 相对码（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。 图9是差分编码器电路，可用模二加法器延时器（延迟一个码元宽度T b ）来实现这两种码的互相转换。设输入的绝对码a n 为1110010码，则经过转码器后输出的相对码b n 为1011100，即图

10、10是它的工作波形图。 图10 差分编码器的工作波形图PSK 移相键控解调（含载波提取）电路设计与制作一、目的1掌握二相（PSK 、DPSK ）解调器的工作原理与系统电路组成。 2熟悉二相相对移相与绝对移相的转换方法。DPSK波形bnan。1-=n n n b a b3掌握二相（PSK、DPSK）系统的主要性能指标的测试方法。 二、原理 二相 PSK（DPSK）解调器的总电路方框图如图 1 所示。二相 PSK（DPSK）的载波为 1.024MHz，数 字基带信号的码元速率为 32bit/s。 图1 解调器总方框图 从图 1 可见，该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形

11、电路。载波恢 复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的 调制方式有关，以相位键控为例，有：N 次方环、科斯塔斯环(Constas、逆调 图2 同相正交环提取载波电原理方框图 制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟 踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理 解，我们从实际出发，选择同相正交环解调电路作为基本实验。图 2 是电原理框图，图 3 是电原理图。 C4 U2A 4066 VCC 1 2 VCC +12V 4 C5 U3A 1 +12

12、V 0.1u 3 0.1u 2 R11 1K U4 U6A 7 1 3 11 2 8 6 5 R8 22K R7 1K 2 U7E 10 3 U7B 4 5 U7C 6 TL084 11 3 13 PSK-IN C1 调调调调 0.033u BG1 9013 TP2 C2 0.033u 2 +12V 8 6 5 R5 100 U1 7 0.1u R9 22K -12V 0.1u -12V 1 VCC 4 1 TP1 R1 10K C6 R10 1K LM311 C8 74LS86 U7A 2 9 74LS04 U7D 8 74LS04 TP7 J2 RD DATA 74LS04 TP3 C3

13、TP5 C7 91p 74LS04 74LS04 VCC 3 4 1 R2 39K R3 51 R4 3.6K LM311 0.033u R6 1.6K U10A 5 Q PRE D CLK 6 Q CLR 1 2 3 4 RW2 D4 E1 C14 100u 0.033u -12V 100K 05W5.0 74LS74 +12V VCC -12V VCC R14 22K D1 LED(R R21 5.6K D2 D3 11 VCC U2B 4066 10 C10 +12V C9 91p R13 22K R12 1K 13 12 LED(O LED(B R22 1K R23 30K U3D 1

14、4 0.1u 2 R16 1K U5 7 R18 10K 1 2 3 4 5 6 7 8 U8 2Vf 1Vf 1Vr 1Cext 1Cext 1G 1Y GND Vcc Vcc2Vr 2Cext 2Cext 2G 2Y GND TL084 3 12 4 1 R15 1K C11 LM311 R19 1K C21 100P VCC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 6 5 0.1u -12V VCC VCC VCC 13 13 74LS124 RW1 10K TP4 C12 U9B 8 Q CLR CLK 11 12 9 PRE Q D 11 12 TP6 8 Q 9 74LS

15、74 10 VCC R24 5.1K 10 图3 PSK 移相键控解调实验电原理图 （一） 二相（PSK、DPSK）信号输入电路 电路见图 4 所示，由 BG1（9013）组成射随器电路，对发送端送来的二相（PSK、DPSK）信号进行前 后级隔离，由 U1（LM311）组成模拟信号放大电路，进一步对输入小信号前二相（PSK、DPSK）信号进 行放大后送外鉴相器与鉴相器分别进行鉴相。 PRE Q CLR CLK D C15 0.1u C16 0.1u C17 0.1u C18 0.1u C19 0.1u C20 0.1u U10B R20 5.1K 5100p C13 0.01u 74LS74

16、SW1 VCC 图4 二相（PSK、DPSK）信号输入电路 （二） 同相正交环锁相环提取载波电路 从图 2 电原理方框图中可知，在这种环路里，误码信号是由两个鉴相器提供的。VCO 压控振荡器给出 两路互相正交的载波信号分别送至两鉴相器，输入的二相（PSK、DPSK）信号经过两个鉴相器分别鉴相后， 由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，分别送入两判决器后得到基带信号 Ud1 与 Ud2，其中 Ud1 中包 含着码元信息，但无法对 VCO 压控振荡器进行控制。只有将 Ud1、Ud2 经过基带模拟相乘器相乘后，就可 以去掉码元信息，得到反映 VCO 输出信号与输入载波间的相位差的误码控制电压，从而

17、实验现了对 VCO 压控振荡器的控制。它们的实际电路见图 42-3 所示。包括鉴相器 1，鉴相器 2，低通滤波器 1，低通滤波器 2，比较判决器 1，比较判决器 2，相乘器，环路滤波器，VCO 压控振荡器，数字分频移相器等电路组成。 具体工作过程如下：由 U1（LM311）模拟运放放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相 1 与鉴相器 2 的控制信号输入端的控制信号分别为 0 相载波信号与/2 相载波信号。这样经过两鉴相器输出 的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由 U6A 构成的相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复

18、载波与输入载波相位之差的误差 电压 Ud，Ud 经过环路低通滤波器 R18、R19、C12 滤波后输出了一个平滑的误差控制电压，去控制 VCO 压 控振荡器 74LS124。 它的中心振荡输出频率范围从 1Hz 到 60MHz，工作环境温度在 070 C，当电源电压工作在+5V、频 率控制电压与范围控制电压都为+2V 时，74LS124 的输出频率表达为：f0=110-4/Cext，在实验电路中，调 节精密电位器 RW（100K） 的阻值， 使频率控制输入电压 （74LS124 的 2 脚） 与范围控制输入电压 （74LS124 2 的 3 脚）基本相等，此时，当电源为+5V 时，才符合：f0

19、=510-4/Cext，再改变电容 CA701，使 74LS124 的 7 脚输出为 4.096MHz 方波信号。 74LS124 的 6 脚为使能端， 低电平有效， 它开启压控振荡器工作； 74LS124 当 的 7 脚输出的中心频率偏离 4.096MHz 时， 此时可调节 RW1 和 RW2， 用频率计监视测量点 TP4 上的频率值， 使其准确而稳定地输出 4.096MHz 的载波信号。 该 4.094MHz 的载波信号经过分频(4电路：U9B 与 U10A（74LS74）两次分频变成 1.024MHz 载波 信号，并完成/2 相移相。由 U10B 的 9 脚输出/2 相去鉴相器 2 的控制信号输入端 U2B（4066）的 12 脚， 由 U10A 的