数字调制PSK实验

通信原理实验数字调制与解调系统实验数字调制与解调技术的重点是:数字基带信号与数字频带信号之间的转换,实验的目的是掌握实现这种转换的技术。目前数字调制采用最多的方法是键控法,它是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。实际工程中常应用的数字调制方式有:ASK、FSK与PSK。厚德博学追求卓越(2)移相键控PSK调制与解调基带信号是各数字通信系统传输的对象载波信号是各种调制所必须的传送载体厚德博学追求卓越一、实验目的移相键控PSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于ASK和FSK，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，通过此实验：1.掌握2PSK和2DPSK调制与解调电路的组及成工作原理。2.了解“0”相和“π”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。3.掌握2PSK和2DPSK调制器与解调器的测试技能。厚德博学追求卓越二、实验内容1.2PSK信号同相与反相载波的产生与测量2.数字基带信号的产生与测量3.绝对码（an)与相对码(bn)信号测量4.2PSK调制与解调信号的测量5.2DPSK调制与解调信号的测量6.2PSK/2DPSK调制信号的频谱（功率谱）测量厚德博学追求卓越三、实验应知知识1.数字移相键控PSK调制的基本原理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。它是利用载波相位的变化来传送数字信息的。通常有两种类型：(1)绝对相移(2PSK或BPSK)(2)相对相移(差分相移/2DPSK或DBPSK)厚德博学追求卓越1.1绝对移相键控2PSK调制电路与基本原理绝对相移定义：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“π在绝对移相键控系统中”相，分别表示二进制数字的：信息代码与“1”和“2PSK0”。已调载波相位变化的规律是0相位“1”“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，如本码元内

2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的相位

相位“0”变化180°，相同时则不变。绝对码10011102PSK载波0相位这种用载波不同相位的绝对值直接去表示相应数字信息的相位键控，常称为绝对移相。厚德博学追求卓越1.22PSK信号的产生过程2PSK信号的产生，在工程上可以采用模拟调制与键控的两种方法实现。双极性不归零cosCt1.2PSK模拟调制StS2PSK

t

调制器用模拟器件承担绝对码1001110cosCt载波双极性不归零1001110StS2PSK

t

厚德博学追求卓越1.22PSK信号的产生过程2.2PSK键控调制2PSK键控调制系统电路原理框图如图所示：cosCt载波S2PSKt0反相

St调制器用电子开关承担。工作原理1001110cosCt载波S2PSKt0反相

St厚德博学追求卓越2PSK功率谱特性2PSK信号与2ASK信号的数学表达式一样，即：

1,以PS2ASK(t)

ang(tnTs)cosctan0,以1Pn

1,以P

S2PSK(t)

ang(tnTs)cosctan1,以1PnPmf只是an的取值不同。因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。fSfS2PSK信号频谱B2PSKB2ASK2fs厚德博学追求卓越1.32PSK信号的解调绝对移相方式在调制时，是以某一载波相位作为基准的。因此解调时，在接收端也必须恢复一个与调制端同样的固定基准相位载波作为参考，即需要采用相干解调。S2PSKt鉴相器BPFLPF判决数据输出本地载波定时脉冲发送数据10011102PSK参考载波相乘输出低通输出判决输出1001110厚德博学追求卓越一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息将会出现0和1的反转，从而导致接收端错误接收。发送数据10011102PSK2PSK载波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）。就会使接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒“π”现象，相乘输出发生绝对的错误，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。低通输出判决输出0110001这种现象通常称为2PSK的“倒”现象或厚德博学“反向工作追求卓越”现象。1.4相对（差分）移相键控2DPSK二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作2DPSK。它不是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。2DPSK相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。的规律是“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”假设相对载波相位值用相位偏移时，本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内表示

数字信息2DPSK信号“1”规定数字信息序列与号的初相相对于前一码元内之间的关系为2DPSK信号的末相不变化。的末相变化180°，信息代码为“0”时，则本码元内D

2DPSK信0数字信息“0”绝对码10011102PSK载波0相位2DPSK

0厚德博学追求卓越绝对码/相对码变换若绝对码记为aK，相对码记为bK，绝对码一相对码之间的关系为:bkakbk1akbkbk1根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。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。把绝对码变成相对码的差分编码方法：绝对码an中，1变0不变。相对码绝对码111010010110100111011010111110100绝对码厚德博学追求卓越00000000延时相对码11.5相对移相信号的产生原理首先对数字基带信号进行差分编码即由绝对码变为相对码，然后用相对码对载波进行绝对调相，即可实现2DPSK信号的产生。绝对码1001110相对码0001011载波0相位

02DPSK对相对码按0相位相对码“1”

2PSK规则进行调制相位相对码“0”厚德博学追求卓越1.6相对移相2DPSK信号的工程实现模拟调制与键控调制法。1.2DPSK模拟调制构成2DPSK模拟调制系统的基本单元电路有：双极性cosCt双极性差分码不归零码差分调制器StS2DPSK(t)码变换绝对码1001110相对码0001011载波S2DPSK(t)厚德博学追求卓越1.6相对移相2DPSK信号的工程实现2.2DPSK键控调制构成2DPSK键控调制系统的基本单元电路有：振荡器0调制器S2DPSK

t反相器

St差分编码器0相载波π相载波绝对码1001110相对码0001011S2DPSK(t)厚德博学追求卓越1.72DPSK信号的功率谱特性与带宽2PSK或2DPSK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，是一对倒相的序列。因此，2DPSK和2PSK信号具有相同的表达式：

n

1,以Pan1,以1PS2DPSK(t)S2PSK(t)

ang(tnTs)cosct

不同的是2PSK表达式中的s(t)是数字基带信号，2DPSK表达式中的s(t)是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。1、2DPSK与2PSK信号有相同的功率谱2、2DPSK与2PSK信号带宽相同，是基带信号带宽Bs的两倍，即3、2DPSK与2PSK信号频带利用率也相同，为B2DPSKB2PSK

厚德博学2fs追求卓越1.82DPSK信号解调差分相干解调和相干解调-码变换法，后者又称为极性比较－码变换法。1、差分相干解调法电路A.电路组成直接比较前后码元的相位差，故也称为相位比较法解调，其原理框图如图所示。S2DPSKtBPFLPF判决an

鉴相器数据输出延迟T定时脉冲S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Ts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。厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调B.差分相干解调法工作原理以数字序列=[1011001]为例规则：正-”0“；负-“1”发送数据10110012DPSK延迟鉴相输出定时脉冲样值x判决输出1011001厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调2、相干解调-码变换法电路组成与工作原理此法即是2PSK解调加差分译码。A.电路组成S2DPSKt鉴相器an

判决码(反)BPFLPF变换cosCtTs载波提取电路位同步提取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；系统误码率增加，通常认为增加一倍；所以DPSK解调大多采用差分相干接收。厚德博学追求卓越1.82DPSK信号解调B.相干解调-码变换法电路工作原理以数字序列=[101001]为例发送数据01010012DPSK

0

载波这就避免了2PSK中的倒π现象发生，为此得到了广泛的工程应用。相乘输出低通输出由以上分析可知，2DPSK与2PSK的波形不同，他们的同一相位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判决输出1001110息符号。这说明，解调2DPSK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，则只要鉴别这个差分输出相差关系就可正确恢复数字信息101。001厚德博学追求卓越实验应知知识介绍完毕实验开始谢谢!厚德博学追求卓越实验现场操作规程5.1注意人身安全和仪器设备的安全a、注意安全操作规程，确保人身安全

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。

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作的习惯。b、爱护仪器设备

仪器在使用过程中，不必经常开关电源。

切忌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，请勿随便调换配件。

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，然后逐渐减小量程。厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：PSK调制解调单元模块电路相对码转绝对码转绝对码模块相对码模块电源数字方波信号产生模块同步载波提取模块M序列产生模块波形变换、反相及幅度调节模块（0相/π相载波）乘法器调制器电压比较厚德博学追求卓越et()直接法——平方环法提取同步载波抑制载波的双边带信号为s(t)m(t)coscte(t)m2(t)cos2tm2(t)1m2(t)cos2tc22cMC149674HC404674HC74输入已平方调信号2PSK/2DPSK环路滤波压控振荡滤波输出鉴相二分律部器频件器器LC选频回路LC选频回路锁相环由于提取载波的过程中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。厚德博学追求卓越实验用2PSK调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调。8KHz时钟调制连接解调连接128KHz方波NRZ信号S2短接左S4短接下2PSK信号S3短接中S6短接上同步载波信号8KHz同步时钟厚德博学追求卓越实验用2DPSK调制与解调电路的基本模块连接调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调8KHz时钟-码变换法。调制连接解调连接128KHz方波NRZ信号S2短接左S4短接下2PSK信号S3短接中S6短接上相对码信号同步载波信号8KHz同步时钟厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤项目1：2PSK信号产生与测量请参考《通信原理》课程所学2PSK调制系统电路组成，根据提供的“数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2PSK调制系统的实验电路框图。基本条件：载波频率128KHz；传输速率8KHz。128K128K0相载波方波波形变换正弦波调制器(2PSK)MOD-OUTπ相载波反相器8KCPM序列2PSK调制(绝对码)厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤连接实验电路电源连接SQ128KHz→SQ1-IN连接SQ8KHz→CLK-IN连接NRZ-OUT→NRZ-INS2=左/S3=中1.2PSK信号产生与测量实验准备示波器CH1示波器说明：什么是2PSK？CH2示波器CH2示波器CH2示波器CH1测试数据观察与记录:①0相、π相载波信号测量：记录信号参数与波形。②数字基带信号测量：记录信号参数与波形。（M=7）调节电位器W1、W2，使输出载波幅度相等，均为2~2.5Vp-p。③2PSK信号测量：记录信号波形。厚德博学追求卓越方法：MATHMENUFFT四、实验内容与步骤信源CH2FFT缩放X22.基带信号与秒格旋钮12.5KHz2PSK信号的功率谱测量CURSOR光标类型频率实验准备:保持前步骤电路的连接状态不变示波器CH2示波器CH1测试数据观察与记录①基带信号频谱测量：记录信号参数与波形。②2PSK信号频谱测量：记录信号参数与波形。③根据实验测量数据，说明实验用2PSK系统的带宽为多少？方法：MATHMENUFFT信源CH1秒格旋钮12.5KHzCURSOR光标类型频率厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤项目2：2PSK调制信号的解调测量请参考《通信原理》课程所学2PSK相干解调系统电路组成，根据提供的“数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出实现对2PSK信号解调的实验电路框图。鉴相器解调输出S2PSK

t

LPF比较判决DEM-OUT同步载波提取Ts厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤3.2PSK调制信号的解调测量实验准备:保持前步骤电路的连接状态不变。连接MOD-OUT→2PSK/DPSK-IN,CAR-OUT→CAR-IN,SQ8KHz→BS-IN.S4=下/S6=上示波器一个探头测NRZ作同步信号测试数据观察与记录:①同步载波提取信号测量:记录SIN1/CAR-OUT对比信号波形。②相乘器输出信号测量:记录MUL信号波形。③低通滤波信号测量:记录A/P-LPF信号波形。④电压比较器输出信号测量:记录CMP信号波形。⑤抽样判决输出信号测量:记录DEM-OUT信号波形思:什么情况下解调输出的NRZ码元与原信号刚好相反？厚德博学与时延。追求卓越四、实验内容与步骤项目3：2DPSK信号产生与测量请参考《通信原理》课程所学2DPSK调制系统电路组成，根据提供的“数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2DPSK调制系统的实验电路框图。基本条件：载波频率128KHz；传输速率8KHz。128K128K0相载波方波波形变换正弦波调制器(2DPSK)MOD-OUT反相器π相载波8KCP差分2DPSK调制M序列编码器(相对码)厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤连接实验电路电源连接SQ128KHz→SQ1-IN连接SQ8KHz→CLK-IN连接NRZ-OUT→Ak-IN,B-OUT→NRZ-INS2=左/S3=中4.2DPSK信号产生与测量实验准备示波器CH1k示波器示波器CH1CH2说明：什么是2DPSK？示波器CH2示波器CH2测试数据观察与记录:①0相、π相载波信号测量：记录信号参数与波形。②数字基带信号测量：记录Ak-IN(绝对码),Bk-OUT(相对码）信号参数与波形。（M=7）调节电位器W1、W2，使输出载波幅度相等，均为2~2.5Vp-p。③2PSK信号测量：记录信号波形。厚德博学追求卓越四、实验内容与步骤项目4：2DPSK调制信号