数字调制PSK实验学习教案

1、会计学1数字调制数字调制(tiozh)PSK实验实验第一页，共37页。 移相键控移相键控PSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能(xngnng)和信道频带利用率均优于和信道频带利用率均优于ASK和和FSK，即使在有衰落的信道中，即使在有衰落的信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到广泛的应用，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到广泛的应用，通过此实验：通过此实验：1. 1. 掌握掌握(zhngw)2PSK(zhngw)2PSK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

2、的组及成工作原理。 2. 2. 了解了解(lioji)“0”(lioji)“0”相和相和“”“”相载频信号的产生方法，掌握二进相载频信号的产生方法，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2页/共37页第二页，共37页。5. 2DPSK5. 2DPSK调制调制(tiozh)(tiozh)与解调信号的测量与解调信号的测量1. 2PSK1. 2PSK信号信号(xnho)(xnho)同相与反相载波的产同相与反相载波的产生与测量生与测量2.

3、 2. 数字基带信号的产生数字基带信号的产生(chnshng)(chnshng)与测量与测量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 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3页/共37页第三页，共37页。 数字相位调制又称移相键控，简记PSK,二进制移相键控记作2PSK。它是利用载波(zib)相位的变化来传送数字信息的。 通常有两种类型： 1.1.数字数字(shz)(shz

4、)移相键控移相键控PSKPSK调制的基本原理调制的基本原理(1)(1)绝对绝对(judu)(judu)相移相移(2PSK(2PSK或或BPSK)BPSK)(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、实验应知知识第4页/共37页第四页，共37页。1.1 1.1 绝对移相键控绝对移相键控(jin kn)2PSK(jin kn)2PSK调制电路与基本调制电路与基本原理原理绝对绝对(judu)相移定义：相移定义： 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号的一种调制方式，简称2PSK。通常用已调载波的“0”相和

5、“”相，分别表示(biosh)二进制数字的“1”和“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已调载波相位变化的规律已调载波相位变化的规律是是“异变同不变异变同不变”，即，即本码元与前一码元相异时，本码元内本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK2PSK信号信号的初相相对于前一码元内的初相相对于前一码元内2PSK2PSK信号的相位变化信号的相位变化180180，相同时则相同时则不变不变。第5页/共37页第五页，共37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

6、6页/共37页第六页，共37页。tC cos tSPSK2 tS 02PSK键控调制系统电路键控调制系统电路(dinl)原理框图如图所示：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7页/共37页第七页，共37页。tnTtgatScnsnASK 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8页/共37页第八页，共37页。判决判决(pnju)LPF tSPSK2第9页

7、/共37页第九页，共37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，则产生倒使接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒“ ”现象，现象，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 ，使通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。使通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。第10页/共37页第十页，共37页。二进制差分相移键控常简称二进制差分相移键控

8、常简称(jinchng)(jinchng)为二相相对调相，记作为二相相对调相，记作2DPSK2DPSK。 它不是它不是(b shi)利用载波相位的绝对值传送数字信息，而是用前后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。码元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

9、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信号的末相变化信号的末相变化180180，信息代码为，信息代码为“0”0”时，则本码元时，则本码元内内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信号的末相不变信号的末相不变化。化。第11页/共37页第十一页，共37页。绝对码绝对码/ /相对相对(xingdu)(xingdu)码变换码变换若绝对码记为若绝对码记为aKaK，相对，相对(

10、xingdu)(xingdu)码记为码记为bKbK，绝对码一相对，绝对码一相对(xingdu)(xingdu)码之间的关系为码之间的关系为: :1kkkbab根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以(ky)相互转换。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

11、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12页/共37页第十二页，共37页。”相对码“”相对码“规则进行调制对相对码按相位相位0102PSK第13页/共37页第十三页，共37页。tC cos tS( () )t tSDPSK2调制器调制器载波载波( () )t tSDPSK2第14页/共37页第十四页，共37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15页/共37页第十五页，共3

12、7页。2PSK2PSK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，是一对(y du)(y du)倒相的序列。因此，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是由数字基带信号变换(binhun)(binhun)而来的差分码数字信号。而来的差分码数字信号。tn

13、TtgatStScnsnPSKDPSKcos)()()(22P1,1P,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16页/共37页第十六页，共37页。 差分相干解调和相干解调差分相干解调和相干解调- -码变换码变换(binhun)(binhun)法，后者又称为法，后者又称为极性比较码

14、变换极性比较码变换(binhun)(binhun)法。法。 直接比较前后码元的相位(xingwi)差，故也称为相位(xingwi)比较法解调，其原理框图如图所示。 1 1、差分相干解调法电路、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，因此设备比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。图中较简单、实用。图中TsTs延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器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。起着相位比较（鉴相）的作用。A A. .电路组成电路组成鉴相鉴相器器第17页/共37页

15、第十七页，共37页。以数字序列以数字序列 =1011001=1011001为例为例B.B.差分差分(ch fn)(ch fn)相干解调法工作原理相干解调法工作原理规则：正规则：正- -”0 0“；负；负- -“1 1”第18页/共37页第十八页，共37页。2 2、相干解调、相干解调- -码变换码变换(binhun)(binhun)法电路组成与工作原理法电路组成与工作原理A.A.电路电路(dinl)(dinl)组成组成 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提取

16、电路。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；且抗噪声性能差故设备比较复杂；且抗噪声性能差；系统误码率增加，通常认为增加一倍；所以系统误码率增加，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19页/共37页第十九页，共37页。B.B.相干解调相干解调- -码变换法电路码变换法电路(dinl)(dinl)工作原理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

17、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20页/共37页第二十页，共37页。 实验应知知识实验应知知识

18、(zh shi)(zh shi)介绍完毕介绍完毕实实 验验 开开 始始谢谢谢谢(xi xie)!(xi xie)!第21页/共37页第二十一页，共37页。实验(shyn)现场操作规程 a a、注意安全操作规程、注意安全操作规程(cozuguchng)(cozuguchng)，确保人身安全，确保人身安全5.1 5.1 注意注意(zh y)(zh y)人身安全和仪器设备人身安全和仪器设备的安全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

19、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，然后逐渐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，然后逐渐减小量程。减小量程。第22页/共37页第二十二页，

20、共37页。 实验实验(shyn)(shyn)用数字调制与解调电路模块的基本用数字调制与解调电路模块的基本组成：组成：四、实验四、实验(shyn)(shyn)内容内容与步骤与步骤 PSK调制解调单元调制解调单元(dnyun)模块电路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、反相及幅度调节幅度调节模块（模块（0相相/相载相载波）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绝对码模块块绝对码转绝对码转相对码模相对码模块块同同步步载载波波提提取取模模块块第23页/共37页第二十三页，共37页。锁相环平方律部件二分

21、频输 入 已调信号2PSK/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(pngfng)环法提取同步载波MC149674HC404674HC74由于提取载波(zib)的过程中用了一个二分频电路，故提取出的载波(zib)存在180的相位模糊问题。ttmtsccos)()(抑制(yzh)载波的双边带信号为ttmtmttmtecc2cos)(212)(cos)()(2222LCLC选选频频回回路路LCLC选选频频回回路路第24页/共37页第二十四页，共37页。实验用实验用2PSK2PSK调制调制(tiozh)(tiozh)与解调电路的基本模块连与解调电路的基本模块连接接调制调制

22、(tiozh)(tiozh)采用的是键控法；解调采用的是相干解调。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(xnho)8KHz时时钟钟调制连接调制连接解调连接解调连接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25页/共37页第二十五页，共37页。实验实验(shyn)(shyn)用用2DPSK2DPSK调制与解调电路的基本模块连调制与解调电路的基本模块连接接调制采用调制采用(ciyng)(ciyng)的是键控法；解调采用的是键控法；解调采用(ciyng)(ciyng)的是相干解

23、调的是相干解调- -码变换法。码变换法。128KHz方波方波NRZ信号信号(xnho)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相对码信号号相对码信号相对码信号第26页/共37页第二十六页，共37页。 请参考通信原理课程所学请参考通信原理课程所学2PSK调制系统电路组成，根据提供的调制系统电路组成，根据提供的“数数字调制解调与载波同步模块字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出用键控方式实现，自己构建并画出用键控方式实现2PSK调制系调制系统的实验电路

24、框图。统的实验电路框图。 基本条件基本条件(tiojin)：载波频率：载波频率128KHz；传输速率；传输速率8KHz。四、实验内容四、实验内容(nirng)(nirng)与步骤与步骤项目项目1 1 ：2PSK2PSK信号产生信号产生(chnshng)(chnshng)与测量与测量128K128K正弦波正弦波反相器反相器调制器调制器2PSK2PSK调制调制128K128K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27页/共37页第二十七页，共37页。四、实验四、实验(shyn)(shy

25、n)内容与内容与步骤步骤1. 2PSK1. 2PSK信号产生信号产生(chnshng)(chnshng)与测量与测量示波器示波器CH1测试数据观察测试数据观察(gunch)与记录与记录: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）示波示波器器CH12PSK2PSK信号测量：记录信号波形。信号测量：记录信号波形。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-p22.5

26、Vp-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28页/共37页第二十八页，共37页。四、实验内容四、实验内容(nirng)(nirng)与步骤与步骤2. 2. 基带信号与基带信号与2PSK2PSK信号的功率信号的功率(gngl)(gngl)谱测量谱测量实验实验(shyn)准备准备:保持前步骤电路的保持前步骤电路的连接

27、状态不变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12.5KHz CURSOR光标光标 类型频率类型频率示波

28、器示波器CH1示波器示波器CH2第29页/共37页第二十九页，共37页。四、实验内容四、实验内容(nirng)(nirng)与步骤与步骤项目项目2 2：2PSK2PSK调制信号调制信号(xnho)(xnho)的解调测量的解调测量 请参考通信原理课程所学请参考通信原理课程所学2PSK 相干解调系统相干解调系统(xtng)电路组成，根据提供电路组成，根据提供的的“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”，自己构建并画出实现对，自己构建并画出实现对2PSK信号解调的实验信号解调的实验电路框图。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30页/共37

29、页第三十页，共37页。3. 2PSK3. 2PSK调制调制(tiozh)(tiozh)信号的解信号的解调测量调测量四、实验四、实验(shyn)(shyn)内容内容与步骤与步骤测试数据观察测试数据观察(gunch)与记录与记录:相乘器输出信号测量相乘器输出信号测量: :记录记录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-A/P-LPFLPF信号波形。信号波形。电压比较器输出信号测量电压比较器输出信号测量: :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。

30、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-IN, DPSK-IN, CAR-OUT CAR-IN, SQ8KHzBS-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: :记记录录SIN1/CAR-OUTSIN1/CAR-OUT对比信号波形对比信号波形。示波器一个示波器一个探头测探头测NRZ作同步信

31、号作同步信号第31页/共37页第三十一页，共37页。 请参考通信原理课程所学请参考通信原理课程所学2DPSK 调制系统电路组成，根据提供的调制系统电路组成，根据提供的“数字调数字调制解调与载波同步模块制解调与载波同步模块”，自己构建并画出用键控方式实现，自己构建并画出用键控方式实现2DPSK调制系统的实验电调制系统的实验电路框图。路框图。 基本基本(jbn)条件：载波频率条件：载波频率128KHz；传输速率；传输速率8KHz。四、实验四、实验(shyn)(shyn)内容内容与步骤与步骤项目项目3 3：2DPSK2DPSK信号信号(xnho)(xnho)产生与测产生与测量量差分差分编码器编码器1

32、28K128K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(2DPSK)(2DPSK)MOD-OUTMOD-OUT(相对码相对码)第32页/共37页第三十二页，共37页。四、实验内容四、实验内容(nirng)(nirng)与步骤与步骤4. 2DPSK4. 2DPSK信号产生信号产生(chnshng)(chnshng)与测量与测量示波器示波器CH1测试数据观察测试数据观察(gunch)与记录与记录: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

33、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：记录信号波形。调节电位器调节电位器W1W1、W2W2，使输出载波幅，使输出载波幅度相等，均为度相等，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33页/共37页第三十三页，共37页。 请参考通信原理课程请参考通信原理课程(kchng)所学所学2DPSK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”，自己构建并画，自己构建并画出实现对出实现对