数字调制解调实验

1、武汉大学教学实验报告电子信息学院*专业2021年*月*日实验名称数字调制解调实验指导教师上姓名*年级14级学号姓143012*成绩一、预习局部1 .实验目的2 .实验根本原理3 .主要仪器设备含必要的元器件、工具1. 实验目的1 .掌握FSKASK调制器的工作原理及性能测试；2 .掌握FSKASK锁相解调器工作原理及性能测试；3 .学习基于软件无线电技术实现FSKASK调制、解调的实现方法.4 .掌握PSKDPS调制解调的工作原理及性能要求；5 .进行PSKDPS调制、解调实验,掌握相干解调原理和载波同步方法；6 .理解PSKW位模糊白成因,DSP澳现方法.7 .掌握多进制调制的方法；8 .掌

2、握QPS调制特性,了解QPS解调方法.2. 实验根本原理实验一：ASK/FS明制解调数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式.由于这种调制解调方式容易实现,抗噪声和抗群时延性能较强,因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用.一FS洞制电路工作原理FS幽调制模块采用了可编程逻辑器件和D/A转换器件的软件无线电结构模式,由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成,因此该模块不仅可以完成ASKFS侬制,还可以完成PSKDPSKQPSKOQPSK调制方式.不仅如此,由于该模块具备可编程的特性,学生还可以基于该模块进行二次开发,掌握调制解调的算法过程.在学习ASKFS颁制的同时,也希望学

3、生能意识到,技术开展的今天,早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代,因此学习应该是一个不断进取的过程.图1中,基带数据时钟和数据,通过JCL净DJD两个挪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D/A器件,完成数字模式,完成AS减FSK勺调制,由于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到模拟的转换,然后经过模拟电路对信号进行调整输出,参加射随器,便完成了整个调制系统.在二进制频移键控中,幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换称为高音和低音,代表二进制的1和0.通常,FSK信号的表达式为：0<r<4二进狷口其中Af代表信号载波的恒

4、定偏移.Sa=7加FSK信号的传输带宽Br,由Carson公式给出：加不Af+2B,其中B为数字基带信号的带宽.假设信号带宽限制在主瓣范围,矩形脉冲信号的带宽二FSKW调电路工作原理B=R因此,FSK的传输带宽变为：.：i5K图3FSK锁相环解调器原理示意图FSKW调采用锁相解调,锁相解调的工作原理是十分简单的,只要在设计锁相环时,使它锁定在FS幽一个载频上,此时对应的环路滤波器输出电压为零,而对另一载频失锁,那么对应的环路滤波器输出电压不为零,那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息.FS颓相环解调器原理图如图3所示.FS颌相解调器采用集成锁相环芯片MC4046其中,压控振荡器的

5、频率是由5c2.5R3.5R4.5U3等元件参数确定,中央频率设计在32KH旌右,并可通过调节5U3电位器进行微调.当输入信号为32KH册,环路锁定,经形成电路后,输出高电平；当输入信号为16KH册,环路失锁,经形成电路后,输出低电平,那么在解调器输出端就得到解调的基带信号序列.实验二：PSK/DPS调制解调1.PSK、DPS调制电路工作原理PSK/DPS碉制有“信道编码与频带调制模块完成,该模块基于FPG厌口口船片,采用软件无线电的方式实现频带调制.考虑到PS领制存在相位模糊问题,模块可对输入的基带信号进行相对码和绝对码转换.PSKDPS调制原理框图如下如所示：图4中,基带数据JM时钟JCL

6、K模转换即可输出相位键控信号.2.相位键控解调电路工作原理通过4P标D4P6两个挪孔输入到FPG刖,FPG欲件完成PS擀口DPS的调制后,再经D嗽二相PSKDPSK解调器电路采用科斯塔斯环Constas环解调,其原理如图5所示.1解调信号输入电路输入电路由射随器和比拟器组成,射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.比拟电路是将正弦信号转换为脉冲信号,目的是便于限制科斯塔斯特环中的乘法器.由于跟随器电源电压为5V,因此车入的PSKB调波信号幅度不能太大,一般限制在1.8V左右,否那么会产生波形失真.2科斯塔斯环提取载波原理原理中标号参见原理图PS踩用科斯塔斯特环

7、解调,科斯塔斯特环方框原理如图6所示.图6科斯塔斯特环电路方框原理如图解调输入电路的输出信号被加到模拟门5U6GD5U6D勾成的乘法器,前者为正交载波乘法器,相当于图10-3中的乘法器2,后者为同相载波乘法器,相当于框图中乘法器1.5U7A,5U7BW边电路为低通滤波器.5U8,5U劝判决器,它的作用是将低通滤波后的信号整形,变成方波信号.PSK军调信号从5U87脚经5U11B.C两非门后输出.异或门5U10A起模2加的作用,5U11时非门,假设5U10刖输入信号分别为解DB,因&孑1方A、B同为0除外,因AWB正交,不会同时为0因此异或门与非门合在一起,起乘法器作用,它相当于图10-

8、3框图中的乘法器3.5U12为压控振荡器VCO,74LS124为双VCO本电路仅使用了其中一个VCO环路滤波器是由5R26.5R29.5C20组成的比例低通滤波器,VC旎制电压经环路低通滤波器加到芯片的2脚,5C19为外接电容,它确定VCO!然谐振频率.5U13a字电位器用于频率微调,5D02,5E2用来稳压,以便提升VCO勺频率稳定度.VCO1号从7脚经5c21输出至移相90o电路科斯塔斯特环中的90o移相电路假设用模拟电路实现.那么很难准确移相90o,并且相移随频率改变而变化.图10-2电路中采用数字电路实现.非门5U11F,D虫发器5U14A.B及周围电路组成数字900移相器.由于DM发

9、器有二分频作用.所以VCO1锁定频率应为2fc,即VC编出2048KH的波,其中一路直接加到5U14AD触发器,另一路经5U11F反相再加到5U11BD触发器,两触发器均为时钟脉冲正沿触发,由于38U08A勺与两D虫发器的D端连接.而D虫发器Q端输出总是为触发时钟到来前M状态,根据触发器工作原理和电路连接关系,数字90o移相电路的相位波形图如7所示口5U3A时热_|一|一|一|一|一|一|犊率为勃然Kit沏仍时钟就我一楼辜为lUNKHz图790度数字移相器的波形图从图看出,载波一超前载波二90度,并且频率为1024KHZ,因此载波一为同相载波,载波二为正交载波.由于科斯塔斯特环存在相位模糊,解

10、调器可能会出现反向工作.实验三：QPSK/OQPSK制解调1 .QPSK调制解调BPSK是用两种相位(0,兀)来表示两种信息,而四相移相键控(QPSK是利用载波的四个不同相位来表征数字信息,每一个载波相位代表两个比特的信息.因此对于输入的二进制数字序列应该先进行分组.将每两个比特编为一组,采用相应的相位来表示.当初始相位取0时,四种不同的相位为：0,兀/2,兀,3兀/2分别表示数字信息：11、01、00、10;当初始相位为兀/4时,四种不同的相位为：兀/4、3兀/4、5兀/4、7兀/4分别表示11、01、00、10.这两种QPSK信号可以通过图8的矢量图来表征.但j初始相位为061酊始相位为n

11、M图8QPSKW号的矢量图表示QPSK1号可以表示为：备")siii,其中I称为同相分量,Q(t)称为正交分量.根据上式可以得到QPSKE交调制器的方框图,如图9所示.图9QPS.统调制器原理框图从图9可以看出,QPS调制器可以看作为两个BPS调制器构成,输入的二进制信息序列经过串并转换,分成两路速率减半的序列I(t)和Q(t),然后对coscot和sincot进行调制,相加后即可得到QPSKI号.经过串并变换之后的两个支路,一路为单数码元,另一路是偶数码元,这两个支路为正交,一个称为同相支路,即I支路,另一个称为正交支路,即Q皮路.QPSK号可以采用两个正交的载波信号实现相干解调.

12、通过载波恢复电路,产生相干载波,分别将同相载波和正交载波提供应同相支路和正交支路的相关器,经过积分、判决和并串转换,即可恢复原来的二进制信息.QPS解调框图如图10所示.接收仁M带地汪晓曲据图10QPSK1干解调框图2 .OQPSK调制解调原理偏移四相相移键控OQPSK是另外一种四相相移键控.将QPSK!制框图中的正交支路信号偏移TS/2,其他不变,即可得到OQPSK信号.将正交支路信号偏移TS/2的结果是消除了已调信号中忽然相移兀的现象.每个TS/2信号只可能发生±兀/2的变化.QPSK和OQPSK号的相位转移图如图11所示.图11相位转移图如上图所示,采用OQPS幽制后,相位转移

13、图中的信号点只能沿着正方形四边移动,故相位只能发生兀/2的变化.相位跳变小,所以频谱特性要比QPSK的好.图12OQPS调制器和相干解调器框图三.主要仪器设备1 .RZ9681实验平台2 .实验模块：基带信号产生与码型变换模块A2纠错译码与频带解调模块A5主控模块信道编码与频带调制模块A43. 100曲通道示波器4. PCM二次开发实验操作局部1 .实验数据、表格及数据处理2 .实验操作过程可用图表示3 .实验结论1. 实验数据、表格及数据处理实验一：ASK/FS明制解调曲工总困院谢IM田父1西班也工血抽闺维南Ktai出筠舌水;a.基带数据设置与观测调制信号观测b.ASK载波频率为48kHzc

14、.载波频率为16kHz映知宿修EotV日期£立田e.d.载波频率为20kHzf.全0时信号频率32kHz全1时信号频率16kHzg.h.FSK调制信号时域观测调制信号频域观测解调观测i.FSKj.FSK实验二：PSK/DPS调制解调k.DPS画制信号观测解调l.DPSKm.相位反转实验三：QPSK/OQPSK制解调n.QPSK调制相位观察o.OQPSK调制相位观察5P15P65TP35.6.2. 实验操作过程*测量点说明1 .主控模块4.2 .基带产生与码型变换模块2P1:基带数据输出；2P3:基带时钟输出；3 .信道编码与频带调制模块4P5:调制数据输入；4P6:调制数据时钟输入；

15、4P9:FSK(ASR调制输出;纠错译码与频带解调模块:解调信号输入:解调数据输出:本地载波输出信道编码与调制模块状态指示纠错译码与解调模块状态指示实验一：ASK/FS明制解调1 .实验模块在位检查在关闭系统电源的情况下,确认以下模块在位： 基带产生与码型变换模块A2; 信道编码与频带调制模块A4; 纠错译码与频带解调模块A5;2 .信号线连接：用鼠标在液晶上选择“数字调制解调实验中“ASK/FS明制解调",按图连线.注：流程图中：“基带设置用于改变调制数据“载波频率用于改变FS颁制的中央频率,默认fc=24KHZ,;“频率别离用于改变FSKS偏,默认Af=8KHZ;3 .加电翻开系

16、统电源开关,A2.A4和A5莫块右上角红色电源指示灯亮,几秒后A2.A4和A5莫块左上角绿色运行指示灯开始闪烁,说明模块工作正常.假设两个指示灯工作不正常,需关电查找原因.4 .ASK调制信号观察：选择AS项验,按图9-5连接线路,示波器一个通道测基带信号2TP1,并用基带信号作示波器同步源；用示波器另一个通道观测研究4TP硼制信号,分析ASKM制信号特性；5 .FSK两个载波观察：按图9-4上“基带设置按钮,基带码型选“16位设置数据,分别设置成全“1和全“0,用示波器观测4TP9,读出信号频率；调整“载波频率和“频率别离再观测4TP9载波信号；6 .FSK调制信号观察：在实验步骤5的根底上

17、,改变基带信号随机码或16位设置数据,速率2K,示波器一个通道测基带信号2TP1,并用基带信号作示波器同步源；用示波器另一个通道观测研究4TP9调制信号,分析FS侬制信号特性；7 .FSK解调接实验步骤6,示波器一个通道测4TP5作同步源,另一通道测解调信号5TP6,左右旋转模块右下角编码开关,使5TP6的信号和4TP5言号根本一致即实现FSKASK解调；8 .基带速率与FS领制带宽改变基带信号速率为4K<8K,按实3步骤7,观测FSKB否解调9 .关机拆线：实验结束,关闭电源,撤除信号连线,并按要求放实验附件.实验二：PSK/DPS调制解调1 .实验模块在位检查在关闭系统电源的情况下,

18、确认以下模块在位： 基带产生与码型变换模块A2; 信道编码与频带调制模块A4; 纠错译码与频带解调模块A5;2 .信号线连接：用鼠标在液晶上选择PS喇制解调实验,按图连接信号线注：流程图中：“基带设置用于改变调制数据“载波频率用于改变PS颔制的载波频率,默认fc=1024KHZ;旋转频率度盘可以改变载波频率；解调输出选择：PS阳斯塔斯特环中只有PSKF口本地载波同相或反相的那路才能解出基带数据,正交的那路不能解出基带数据,实验时我们可以用鼠标点击环路左侧的两个乘号选择进入抽样判决电路的信号；相位模糊观测：鼠标点击“VCO按钮,相干载波会反相,输出数据也会反相3 .加电翻开系统电源开关,A2.A

19、4和A5莫块右上角红色电源指示灯亮,几秒后A2.A4和A5莫块左上角绿色运行指示灯开始闪烁,说明模块工作正常.假设两个指示灯工作不正常,需关电查找原因.4 .PSK或DPS调制信号观察设置基带数据为随便机码或设置数据,用示波器一个通道观测基带数据4TP5,用4TP5言号作同步；另一个通道观测PSK调制信号4TP9.研究PS臧DSP威波相位和基带的对应关系；5 .PSK解调用示波器一个通道观测基带数据4TP5,用4TP5言号作同步；另一个通道观测PSKK邮t号5TP6,左右旋转模块右下角编码开关,使5TP6勺信号和4TP5言号根本一致即实现PSKDPSK解调；如果旋转编码开关不起作用,可切换相干

20、解调的另一路作为解调输出方法见图10-5注.判决信号观察：用示波器一个通道观测基带数据4TP5,用4TP5信号作同步；另一个通道观测5TP2,左右旋转模块右下角编码开关,使5TP2的信号最清楚；这时用观测5TP2的通道测5TP6,看解调输出是否正常；6 .PSK相位模糊观察PSK解调时如果本地载波和调制信号反相,那么输出的基带数据也会反相,这就是相位模糊.实验时我们用示波器一个通道观测基带数据4TP5,用4TP5信号作同步；另一个通道观测5TP6,正常解调时观察两个通道信号是否反相,如果反相说明有相位模糊,可通过改变载波相位消除相位模糊方法见图10-5注.7 .DPSK调制解调采用DPSK调制

21、解调时,输入的基带数据首先进行相对码转换,解调完后再转成绝对码,实验方法同4和5,点击“VCO按钮,观测5TP6和4TP5相位关系；8 .DPSK信道误码测试,点击图10-6右上解“！图标,系统可调出误码仪功能,如图：选择误码仪,设置码型、速率等,将5P6解调数据输出到2P8误码数据输入,启动误码测试见第一局部模块介绍中误码仪使用,实验三：QPSK/OQPSK制解调1 .实验模块在位检查在关闭系统电源的情况下,确认以下模块在位： 基带产生与码型变换模块A2; 信道编码与频带调制模块A4; 纠错译码与频带解调模块A5;2 .信号线连接：用鼠标在液晶上选择PSK调制解调实验,按图连接信号线注：流程图中：“基带设置用于改变调制数据“载波频率用于改变PSK调制的载波频率,缺省fc=128KHZ;旋转频率度盘可以改变载波频率；3 .加电翻开系统电源开关,A2.A4和A5模块右上角红色电源指示灯亮,几秒后A2.A4和