通原实验2-PSK实验

2PSK/2DPSK的调制解调原理2PSK/2DPSK信号波形2PSK/2DPSK信号带宽知识要点：2.频带宽度各种二进制数字调制系统的频带宽度也示于表8-1中，其中为传输码元的时间宽度。可以看出，2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统频带宽度相同，均为是码元传输速率的二倍；2FSK系统的频带宽度近似为大于2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，2FSK调制系统最差。（1）同一调制方式不同检测方法的比较可以看出，对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。但是，随着信噪比的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。另外，相干检测系统的设备比非相干的要复杂。（2）同一检测方法不同调制方式的比较1）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；2）非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。反过来，若信噪比一定，2PSK系统的误码率低于2FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。因此，从抗加性白噪声上讲，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。通信原理实验第二单元

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。

创新实验教学培养价值人才通信原理实验二(2)武汉理工大学信息工程学院专业综合实验中心.

移相键控

PSK调制与解调载波信号是各种调制所必须的传送载体基带信号是各数字通信系统传输的对象

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与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。一、实验目的5.2DPSK调制与解调信号的测量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4.2PSK调制与解调信号的测量。3.绝对码（an)与相对码(BN)信号测量二、实验内容6.2PSK/2DPSK调制信号的频谱（功率谱）测量

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.数字移相键控PSK调制的基本原理(1)绝对相移(2PSK或BPSK)(2)相对相移(差分相移/2DPSK或DBPSK)三、实验应知知识1.1绝对移相键控2PSK调制电路与基本原理绝对相移定义：

所谓绝对移相是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”相，分别表示二进制数字的“1”和“0”。1001110绝对码2PSK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。

在绝对移相键控系统中：信息代码与2PSK已调载波相位变化的规律是“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的未相变化180°，相同时则不变。

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。双极性不归零1.2PSK模拟调制1、22PSK信号的产生过程1001110绝对码载波双极性不归零调制器用模拟器件承担10011102.2PSK键控调制1、22PSK信号的产生过程载波反相2PSK键控调制系统电路原理框图如图所示：电路结构特点是：调制器用电子开关承担。载波反相工作原理10011104）2PSK功率谱特性2PSK信号的功率谱特性与2ASK信号的功率谱特性数学表达式一样，即：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。2PSK信号频谱为了更深入掌握2PSK信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。鉴相器1、32PSK信号的解调判决LPFBPF定时脉冲数据输出本地载波由于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，即采用相干解调。1001110发送数据2PSK参考载波相乘输出低通输出1001110判决输出一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息也会出现0和1的反转，从而导致接收端错误接收。相乘输出1001110发送数据2PSK0110001判决输出载波低通输出这种现象通常称为2PSK的“倒

”现象或“反向工作”现象。

分析可知：2PSK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，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。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。所谓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表示并规定数字信息序列与之间的关系为

1、4相对（差分）移相键控2DPSK®®=DF0数字信息“0”数字信息“1”p2DPSK2PSK载波0相位

01001110绝对码2DPSK的规律是“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的未相变化180°，信息代码为“0”时，则本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相不变化。1、5相对移相信号的产生原理由理论分析可知，相对移相键控信号的产生方法是：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。2DPSK1001110绝对码0001011相对码载波0相位

01、6相对移相信号的工程实现在工程上，实现相对移相2DPSK信号的基本调制电路有：模拟调制与键控调制法。1.2DPSK模拟调制双极性不归零差分码变换双极性差分码()tSDPSK2构成2DPSK模拟调制系统的基本单元电路有：调制器1001110绝对码相对码0001011载波()tSDPSK21、6相对移相信号的工程实现2.2DPSK键控调制构成2DPSK键控调制系统的基本单元电路有：振荡器反相器调制器差分编码器1001110绝对码相对码0001011()tSDPSK2

由讨论可知，无论是2PSK还是2DPSK信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。因此，2DPSK和2PSK信号具有相同形式的表达式：

1、72PSK信号的功率谱特性与带宽

所不同的是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。据此，有以下结论：

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

1、82DPSK信号解调

对2DPSK信号的解调有两种解调方式，一种是差分相干解调，另一种是相干解调-码变换法。后者又称为极性比较－码变换法。

它是直接比较前后码元的相位差而构成的，故也称为相位比较法解调，其原理框图如图所示。

1、差分相干解调法电路组成与工作原理判决LPFBPF定时脉冲延迟TS数据输出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。A:差分相干解调法电路组成鉴相器以数字序列=[1011001]为例1、82DPSK信号解调1、差分相干解调法电路组成与工作原理B:差分相干解调法工作原理发送数据10110012DPSK延迟鉴相输出定时脉冲样值x判决输出判决规则：正-”0“；负-“1”10110011、82DPSK信号解调2、相干解调-码变换法电路组成与工作原理1、相干解调-码变换法电路组成判决BPF码(反)变换此法即是2PSK解调加差分译码，其电路组成原理方框图如下：

LPF鉴相器载波提取电路位同步提取电路Ts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。因此设备比较复杂；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。1、82DPSK信号解调2、相干解调-码变换法电路组成与工作原理1、相干解调-码变换法电路工作原理以数字序列=[101001]为例0101001发送数据2DPSK

载波相乘输出低通输出判决输出1001110差分输出101001

由以上分析可知，2DPSK的波形与2PSK的不同，他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位差才表示信息符号。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，则只要鉴别这个相差关系就可正确恢复数字信息，。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。实验用数字调制与解调电路模块的基本组成四、实验内容与步骤

本实验电路以单元模块电路为基础构成，系统组成如图所示,它包括有：数字基带信号产生电路载波信号产生电路差分编/译码器调制器反相器加法器耦合与整流电路低通滤波锁相环电路乘法器电路电压比较抽样判决2.3实验用2PSK调制与解调电路的基本组成实验用2PSK调制与解调器的系统组成原理框图如图示：调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调：提供128KHZ正弦载波信号M序列提供数字基带信号NRZ模拟开关MC4053构成调制器2PSK信号经相加器后输出F1/幅度；控制128KHZ幅度K1；控制M序列位数；7/15转换K2；控制NRZ转换K3；控制调制方式转换

请你参考《通信原理》课程所学2PSK调制系统电路组成，根据实验室提供的“数字调制与解调电路模块”，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128KC；传输速率8KHZ。四、实验内容与步骤实验项目1：2PSK信号产生与测量128K反相器调制器绝对码相加器2PSK调制128K方波8KCP波形变换M序列正弦波F1/0相F1/π相四、实验内容与步骤实验项目1：2PSK信号产生与测量2PSK系统测试电路框图如图示实验准备连接实验电路电源连接128K/8K方波信号源128K方波输入信号源8KHZ方波输入K1=1/K2=4/K3=2连接相应单元电路示波器CH1测试数据观察与记录1.0相π相载波信号测量：记录信号参数与波形。示波器CH22.数字基带信号测量：记录信号参数与波形。（M=7）示波器CH13.2PSK信号测量：记录信号波形。示波器CH2适当调节f1/幅度；使幅度为2.5Vp-p说明：什么是2PSK？四、实验内容与步骤实验项目2：2PSK信号的功率谱测量实验准备保持实验1所设工作状态不变2PSK系统测试电路框图如图示示波器CH1示波器CH2测试数据观察与记录1.2PSK信号频谱测量：记录信号参数与波形。方法：主菜单信源X2光标类型频率四、实验内容与步骤实验项目3：2PSK调制信号的解调测量

请你参考《通信原理》课程所学2PSK相干解调系统电路组成，根据实验室提供的“数字调制与解调电路模块”，自己构建并画出实现对2PSK信号解调的实验电路框图。鉴相器判决LPF数据输出Ts实验项目3：2PSK调制信号的解调测量

2PSK非相干解调测试电路原理框图如图所示：四、实验内容与步骤实验准备按解调系统原理框图，连接相应单元电路测试数据观察与记录1.PSK相乘器输出信号测量：记录信号参数与波形。2.低通滤波信号测量：记录信号参数与波形。3.电压比较器输出信号测量：记录信号参数与波形。4.抽样判决其输出信号测量：记录信号参数与波形。2PSK调制信号输入同步载波信号输入位同步信号输入

请你参考《通信原理》课程所学2DPSK调制系统电路组成，根据实验室提供的“数字调制与解调电路模块”，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128KC；传输速率8KHZ。四、实验内容与步骤实验项目4：2DPSK信号产生与测量振荡器反相器调制器差分编码器四、实验内容与步骤实验项目4：2DPSK信号产生与测量2DPSK系统测试电路框图如图示实验准备测试数据观察与记录1.载波信号测量：记录信号参数与波形。2.数字基带信号测量：记录绝对码与相对码的波形（M=7）3.2DPSK信号测量：记录信号参数与波形。说明：什么是2DPSK？适当调节f1/幅度；使幅度为2Vp-p在实验1所设工作状态下，

仅将K2=4绝对码/相对码变换绝对码一相对码之间的关系为:根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。若假设绝对码记为aK，相对码记为bK，绝对码一相对码变换电路如下图所示:电路工作波形如下：

把绝对码变成相对码的方法是：把绝对码an移一位后，再异或相加，称其为差分编码器；例：绝对码移一位后，异或相加111010001011000相对码

请你参考《通信原理》课程所学2DPSK相干解调-码变换法解调系统电路组成，根据实验室提供的“数字调制与解调电路模块”，自己构建并画出实现对2PSK信号解调的实验电路框图。四、实验内容与步骤实验项目5：2DPSK调制信号的解调测量判决BPF码(反)变换LPF鉴相器载波提取电路位同步提取电路Ts实验项目5：2DPSK调制信号的解调测量

2ASK非相干解调测试电路原理框图如图所示：四、实验内容与步骤实验准备按解调系统原理框图，连接相应单元电路测试数据观察与记录1.PSK相乘器输出信号测量：记录信号参数与波形。2.低通滤波信号测量：记录信号参数与波形。3.电压比较器输出信号测量：记录信号参数与波形。4.抽样判决器输出信号测量：记录信号参数与波形。5.差分译码器输出信号测量：记录信号参数与波形。2PSK/IN128K恢复载波/IN恢复位同步/IN总结：2ASK信号功率谱密度的特点如下：

（1）、由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定。

（2）、已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍，即BASK＝2fs。

总结：2FSK功率谱密度的特点如下，1)、2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在f1和f2位置；2)、功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1-f2|≤fs，则出现单峰。3）所需传输带宽BFSK=|f1-f2|+2

fs总结：

PSK信号功率谱密度的特点:(1)、由连续谱与