实验四 数字解调与眼图

实验四数字解调与眼图一、实验目的1．掌握2DPSK相干解调原理。2．掌握2FSK过零检测解调原理。二、实验原理可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。在相位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率13倍，两种解调方法都可用。实际工程中相干解调法用得最多。2FSK信号的解调方法有：包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解2FSK信号。图4-1为两个解调器的方框图。图4-l数字解调方框图（a）2DPSK相干解调（b）2FSK过零检测解调在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。下面对2DPSK相干解调电路中的一些具体问题加以说明。·电位器R26可以改变相乘器的增益。相乘器增益太大时运放U30可能会出现畸变。调节R26时使MU的峰峰值不大于5V，此时运放输出信号的峰峰值也不大于5V，MU的波形接近图4-2所示的理论波形，但略有区别。·信源是周期为24bit的周期信号，当24bit的相对码BK中“l”码和“0”码个数不相等时，相乘器U29的输出信号均值不等于0，此信号经电容C16隔直、低通滤波、反相放大器放大后得到的LPF信号就是一个均值为0但正负不对称的信号。在实际的2DPSK通信系统中，抽样判决器输入信号是一个均值为0且正负对称的信号，因此最佳判决电平为0。本实验系统中，Vc决定判决电平。当Vc=0而相对码BK中“1”码和“0”码个数差别太大时，会出现误判决，即解调器出现误码。因为此时LPF信号的正电平或负电平非常接近0电平，抽样脉冲（位同步信号）稍不理想就会造成误码。电位器R39用来调节判决电平，当BK中“l”码与“0”码个数差别比较大时应调节R39使Vc等于LPF信号的中值（最佳判决门限）。实际通信系统中的2DPSK相干解调器（或差分相干解调器）不需要调节判决电平。·比较器的输出即CM—OUT为TTL电平信号，它不能作为相对码直接送给码反变器，因为它并不是一个标准的单极性非归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。另外，当LPF中有噪声时，CM-OUT中还会出现噪肪冲。异或74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有小的干扰信号，经U34整形后即可去掉。DPSK相干解调器模块各点波形示意图如图4-2所示。图中设相干载波为相。图4–22DPSK相干解调波形示意图2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下：·图4-3为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“l”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。图4-32FSK过零检测解调器各点波形示意图整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形1将正弦2FSK信号变TTL电平的2FSK信号。整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。·单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（应基本相等）。·R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。U34对抽样判决输出信号进行整形。三、实验步骤本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块及2FSK解调模块，它们之向的信号连结方式如图4-4所示。实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元。本实验中这个信号直接来自数字信源。在做2DPSK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调单元，做2PSK解调实验时则送到2FSK解调单元。图4-4数字解调实验连接图复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调模块及2FSK解调模块的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制模块单刀双掷开关K7置于左方NRZ端检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否己在工作正常，使载波同步模块提取的相干载波CAR-OUT与2DPSK信号的载波CAR同相（或反相）。2DPSK解调实验（1）用数字信源模块的BS-OUT信号作连线连接到2DPSK解调模块的BS-IN处，将示波器置于外同步触发状态，以信源模块的FS信号作为示波器外同步触发信号，将示波器的CH1接数字调制模块的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调模块的MU。MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-2所示的理论波形。(2）示波器的CH2接2DPSK解调模块的LPF，可看到LPF与MU反相。当一帧内BK中“1”码和“0"码个数相同时，LPF的正、负极性信号与0电平对称，否则不对称。（3）示波器的CH1接VC，调节电位器R39，使VC为LPF的中值（当BK中的“1”与“0”等概时LPF的中值为0电平）。(4)观察数字调制模块的BK与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字信源模块中AK信号与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK、AS-OUT信号之间的关系。（5）断开、接通电源若干次，改变数字调制模块的CAR信号与载波同步模块的CAR-OUT信号的相位关系，重新进行步骤（4）中的观察。(6)将数字调制模块的单刀双掷开关从K7置于右方M序列端，此时数字调制器输入的基带信号是m序列。用示波器观察2DPSK解调模块中的LPF信号，即可看到无噪声时的眼图。4．2FSK解调实验将数字调制模块单刀双掷开关K7还原于左方NRZ端。将数字信源模块的BS-OUT用信号连接线换接到2FSK解调模块的BS-IN处，示波器探头CH1接数字信源模块中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2FSK过零检测解调器的解调过程（注意：低通滤波器及整形电路2都有倒相作用）。LPF的波形应接近图4—3所示的理论波形。四、实验思考题1、设绝对码为1001101，相干载波频率等于码速率的1.5倍，根据实验观察得到的规律，画出CAR—OUT与CAR同相或反相时，2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。2DPSK克服相位模糊现象：DPSK原码经变换为拆分码序列{bk}，延迟一码元为{bk-1},接收端正确检测后，经反变换再恢复，此时若