通信实验二数字调制实验

1、实 验 报 告课程名称实验项目名称实验类型实验学时班级学号姓名指导教师实验室名称实验时间实验成绩预习部分实验过程表现实验报告部分总成绩教师签字日期哈尔滨工程大学教务处 制实验二 数字调制实验1、 实验目的 1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。   2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的方法。   3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之 间的关系。   4、了解2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。 二、

2、实验内容   1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。   2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。   3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。 三、实验仪器    双踪示波器一台 通信原理VI实验台一台 M6信号源模块和MI数字调制模块 4、 实验基本原理 本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ 码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码A

3、K（NRZ 码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK 信号。调制模块内部只用+5V 电压。本单元有以下测试点及输入输出点： Ø CAR 2DPSK 信号载波测试点 Ø BK 相对码测试点 Ø 2DPSK 2DPSK 信号测试点/输出点，VP-P>0.5V Ø 2FSK FSK 信号测试点/输出点，VP-P>0.5V Ø 2ASK 2ASK 信号测试点，VP-P>0.5V 用2-1 中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对应关系如下： Ø 2（A） U8： 双D 触发

4、器74LS74 Ø 2（B） U9： 双D 触发器74LS74 Ø 滤波器A V6： 三极管9013，调谐回路 Ø 滤波器B V1： 三极管9013，调谐回路 Ø 码变换 U18： 双D 触发器74LS74；U19：异或门74LS86 Ø 2ASK 调制 U22： 三路二选一模拟开关4053 Ø 2FSK 调制 U22： 三路二选一模拟开关4053 Ø 2PSK 调制 U21： 八选一模拟开关4051 Ø 放大器 V5： 三极管9013 Ø 射随器 V3： 三极管9013 将晶振信号进行8分频、滤波后，得

5、到2ASK 的载频0.544MHZ。放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK 的两个载波，2FSK 信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/8 和1/16，也是通过分频和滤波得到的。 下面重点介绍2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK 波形与信息代码的关系如图2-3 所示。图中假设码元宽度等于载波周期的1.5 倍。2PSK 信号的相位与信息代码的关系是：前后码元相异时，2PSK 信号相位变化180，相同时2PSK 信号相位不变，可简称为“异变同不变”。2DPSK 信号的相位与信息代码的关系是：码元为“1”时，2DPSK 信号的相位变化180。

6、码元为“0”时，2DPSK 信号的相位不变， 可简称为“1 变0 不变”。 应该说明的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。实际工程中，2PSK 或2DPSK 信号载波频率与码速率之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系。但不管是那种关系，上述结论总是成立的。 本单元用码变换2PSK 调制方法产生2DPSK 信号，原理框图及波形图如图2-4 所示。相对于绝对码AK、2PSK 调制器的输出就是2DPSK 信号，相对于相对码、2PSK 调制器的输出是2PSK 信号。图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与AK

7、、BK 的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK 来说是“1 变0 不变”关系，对于BK 来说是“异变同不变”关系，由AK 到BK 的变换也符合“1 变0 不变” 规律。 图2-4 中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK 也可能具有相反的序列00100，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。 2DPSK 通信系统可以克服上述2PSK 系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK 而不用2PSK（多进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPSK），此问题将在数字解调实验中再详细介绍。2PSK 信号的时域表达式为 式中m(t)为双极性不归零码BNRZ，当“0”、“1”等概时m(t

8、)中无直流分量，S(t)中无载频分量，2DPSK 信号的频谱与2PSK 相同。 2ASK 信号的时域表达式与2PSK 相同，但m(t)为单极性不归零码NRZ，NRZ 中有直流分量，故2ASK 信号中有载频分量。 2FSK 信号（相位不连续2FSK）可看成是AK 与调制不同载频信号形成的两个2ASK 信号相加。时域表达式为 AK w + =式中m(t)为NRZ 码。图 2-5 2ASK,2PSK,2FSK的频谱图设码元宽度为TS， 在数值上等于码速率，2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK 的功率谱密度如图2-5 所示。可见，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率谱是数字基带信号m(t)功率

9、谱的线性搬移，故常称2ASK、2PSK （2DPSK）为线性调制信号。多进制的MASK、MPSK（MDPSK）、MFSK 信号的功率谱与二进制信号功率谱类似。 本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK 也具有离散谱。五、实验步骤  1、熟悉数字信源单元及数字调制单元的工作原理。  2、连线：数字调制单元的CLK、BS-IN、NRZ-IN分别连至信源单元CLK、BS-OUT、NRZ-OUT。打开交流电源开关和两模块的电源开关。 源端口目的端口1、数字信源单元：BS-OUT数字调制：BS

10、-IN2、数字信源单元：NRZ-OUT数字调制：NRZ-IN3、数字信源单元：CLK数字调制：CLK  3、用数字信源模块的FS信号作为示波器的外同步信号，示波波CH1接AK，CH2接BK ，信源模块的K1、K2、K3置于任意状态（非全0），观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。  4、仔细观察CAR和CAR-D信号，分析载波信号的特点。  5、示波器CH1接2DPSK，CH2分别接AK及BK，观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号相位变化与相对码的关系（此关系即是2PSK信号相位变化与信

11、源代码的关系）。注意：2DPSK信号的幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。  6、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；观察这两个信号与AK的关系（注意 “1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）。 6、 实验结果1示波器CH1接AK，CH2接BK，观察AK、BK波形（信源模块011101111010010001001001）实验分析： 通过观察AK和BK的波形，可以总结出绝对码至相对码的变换规律和相对码至绝对码的变换规律： 绝对码至相对码的变换规律：“1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生 变化

12、，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。此为信号差分码。  相对码至绝对码的变换规律：相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对 码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。2CAR与CAR-D信号实验分析：观察CAR和CAR-D信号，CAR信号为2DPSK信号载波测试点，CAR-D为2DPSK信号载波倒相测试点。有图可以观察到CAR与CAR-D呈反相关系。3示波器CH1接2DPSK-OUT,CH2接BK示波器CH1接2DPSK-OUT,CH2接AK实验分析：通过观察波形，可以总结2DPSK信号的相位变化与绝对码之间的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码之间的关系

13、。 （1）2DPSK信号的相位变化与绝对码（之间的关系是：“1变0不变”，即“1” 码对 应的2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相变化180°，“0” 码对应的2DPSK信号的初相与前一码元内2DPSK信号的末相相同。  （2）2DPSK信号的相位变化与相对码（之间的关系是：“异变同不变”，即当前码元与 前一码元相异时则当前码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的 末相变化1800。相同时则码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号 的末相无变化。4示波器CH1接AK，CH2接2FSK-OUT示波器CH1接AK，CH2接2ASK-

14、OUT实验分析：通过波形现象可以看出：2FSK信号在AK信号码元为“0”和“1”时，分别有两种频率不同的载波振幅；2ASK信号中，在AK信号码元为“1”是，对应已调波有载波振幅，码元为“0”时，无已调载波波振幅。7、 思考题1、 设绝对码为全1、全0或1001 1010，求相对码。 答：             绝对码  11111，00000，10011010  相对码  10101，00000

15、，11101100   或 01010，11111，00010011  2、 设相对码为全1、全0或1001 1010，求绝对码。 答：             相对码  11111，00000，10011010  绝对码  00000，00000，01010111    或  

16、 10000，10000，11010111  3、设信息代码为1001 1010，载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2PSK及2DPSK信号波形。 解：  4、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。 答： 绝对码至相对码的变换规律：“1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生 变化，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。此为信号差分码。  相对码至绝对码的变换规律：相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对 码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。   5、总结2DPSK信号的相位变化与信息代码之间的关系以及2PSK信号的相位变化与信息代码之间的关系。 答：（1）2DPSK