實(shí)驗(yàn)11DPSK調(diào)制解調(diào)

1、實(shí)驗(yàn) 11DPSK 調(diào)制解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握差分編碼與差分譯碼的原理及實(shí)現(xiàn)方法。2. 掌握 DPSK 調(diào)制與解調(diào)的原理及實(shí)現(xiàn)方法。3. 由“倒”現(xiàn)象分析 DPSK 調(diào)制方式。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 差分編碼與差分譯碼DPSK 調(diào)制是在原 2PSK 調(diào)制的基礎(chǔ)上增加了差分編碼的過程。圖 11-1 差分編碼電路原理差分編碼原理如上圖所示，它是由異或門與 D 觸發(fā)器組成?；鶐盘?hào)作為異或門的一個(gè)輸入端，另一輸入端接到 D 觸發(fā)器的輸出端，而異或門的輸出作為 D 觸發(fā)器的輸入。設(shè)差分輸出上一時(shí)刻為“0”，當(dāng)前時(shí)刻輸入數(shù)字信號(hào)“1”，此時(shí)有異或門的輸出為“1”，當(dāng)位同步的上升沿到來時(shí)，D 觸發(fā)器輸出“1

2、”。在下一時(shí)刻，數(shù)字信號(hào)輸入為“0”，異或門另一輸入端為 D 觸發(fā)器當(dāng)前時(shí)刻的輸出“1”，故異或門的輸出仍為“1”，當(dāng)位同步的上升沿到來時(shí)，D 觸發(fā)器輸出“1”，如下所示。NRZ 輸入 101101差分輸出0110110差分譯碼的過程和差分編碼正好相反，信號(hào)先輸入到 D 觸發(fā)器，同時(shí)作為異或門的一個(gè)輸入端，異或門的另一輸入端為 D 觸發(fā)器的輸出，因此差分譯碼的實(shí)質(zhì)就是此刻的狀態(tài)和前一時(shí)刻的狀態(tài)的異或，如下圖所示。圖 11-2 差分譯碼電路原理2. DPSK 調(diào)制解調(diào)在 2PSK 解調(diào)中，如解調(diào)用的相干載波與調(diào)制端的載波相位反相時(shí)，則解調(diào)出的基帶信號(hào)恰與原始基帶信號(hào)反相，這就是 2PSK 解調(diào)中

3、的“倒”現(xiàn)象。在 PSK 的實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到相位模糊（“倒”）的現(xiàn)象，但是如何解決相位模糊的問題呢，在實(shí)際系統(tǒng)中一般通過 DPSK 的方法解決該問題。即在調(diào)制前，先對(duì)輸入的基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼（絕對(duì)碼-相對(duì)碼轉(zhuǎn)換），然后對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行差分譯碼（相對(duì)碼-絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換），還原出基帶信號(hào)，通過這個(gè)方法，即使出現(xiàn)相位模糊的情況，也不會(huì)影響最終的解調(diào)輸出。通俗來講，DPSK 調(diào)制解調(diào)是在 PSK 的基礎(chǔ)上增加了差分編碼和差分譯碼。DPSK 調(diào)制信號(hào)如下圖所示。NRZ輸入差分輸出DPSK調(diào)制輸出圖 11-3DPSK 調(diào)制信號(hào)波形在 DPSK 解調(diào)中，無論解調(diào)用的相干載波是否與調(diào)制端的載波相位同相或反相

4、，解調(diào)出的基帶信號(hào)與原始基帶信號(hào)同相。究其原因，在于 2DPSK 調(diào)制前基帶信號(hào)經(jīng)過差分變換，從而將用載波初始相位表征基帶信號(hào)的方式（2PSK）改變?yōu)橛们昂筝d波的相位差表征基帶信號(hào)，這樣只要在傳輸中這種前后載波相位差不發(fā)生變化，即使解調(diào)用的相干載波反相也不會(huì)影響逆差分變換后的結(jié)果。這就是 2DPSK 為什么能夠抑制 2PSK 解調(diào)中的“倒”現(xiàn)象的原因。3. 實(shí)驗(yàn)框圖說明圖 11-4DPSK 調(diào)制解調(diào)流程圖框圖說明：本實(shí)驗(yàn)中需要用到以下 2 個(gè)功能單元：點(diǎn)擊框圖中“基帶設(shè)置”按鈕，可以修改基帶信號(hào)輸出的相關(guān)參數(shù)；2P6 輸出基帶信號(hào)，2TP8 輸出基帶時(shí)鐘；(1) 數(shù)字調(diào)制單元-A4：完成輸入基

5、帶信號(hào)的 DPSK 調(diào)制，調(diào)制后信號(hào)從 4TP2 輸出。由于 DPSK 直接對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼后再進(jìn)行調(diào)制，因此輸入的為 2P6 基帶信號(hào)，輸出為 DPSK 信號(hào)，可用差分編碼信號(hào) 4VT13 作為同步信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。調(diào)制載波頻率默認(rèn)為 128K，通過“載波頻率”旋鈕可修改，修改范圍為 0K-4096K；(2) 數(shù)字解調(diào)單元-A5：完成 DPSK 解調(diào)，解調(diào)采用相干解調(diào)法，其解調(diào)同 PSK。其中載波提取采用了硬件電路的 costas 環(huán)，costas 環(huán) VCO 中心頻率可調(diào)節(jié)；注：在流程圖中，可以通過框圖上的按鈕修改實(shí)驗(yàn)中輸出的參數(shù)：解調(diào)輸出選擇：PSK 科斯塔斯特環(huán)中只有 PSK 和本地

6、載波同相或反相的那路才能解出基帶數(shù)據(jù)，正交的那路不能解出基帶數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)我們可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊環(huán)路左側(cè)的兩個(gè)乘號(hào)選擇進(jìn)入抽樣判決電路的信號(hào)；4. 測(cè)量點(diǎn)說明 2P6：基帶數(shù)據(jù)輸出； 2TP8：基帶時(shí)鐘輸出； 4VT11：0 相載波輸出； 4VT12：相載波輸出； 4VT13：調(diào)制端相對(duì)碼輸出； 4TP2：PSK 調(diào)制輸出； 5TP1：解調(diào)信號(hào)輸入； 5VT13：本地載波輸出； 5VT11：I 路相干輸出； 5VT12：Q 路相干輸出； 5TP7：I 路濾波輸出； 5TP6：判決電平輸出； 5VT14:解調(diào)端相對(duì)碼輸出； 5TP3：解調(diào)數(shù)據(jù)輸出； 5VT15:恢復(fù)時(shí)鐘；三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. DPSK 調(diào)

7、制觀測(cè)；2. DPSK 解調(diào)觀測(cè)；四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1) 獲得實(shí)驗(yàn)權(quán)限，從瀏覽器進(jìn)入在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；(2) 選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用鼠標(biāo)在通信原理實(shí)驗(yàn)?zāi)夸涍x擇：DPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入到 DPSK 實(shí)驗(yàn)頁面。2. DPSK 調(diào)制觀測(cè)(1) 差分編碼觀測(cè)（絕對(duì)碼-相對(duì)碼轉(zhuǎn)換）使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“基帶設(shè)置”按鈕，設(shè)置基帶數(shù)據(jù)為：“15-PN”，設(shè)置基帶時(shí)鐘為“128K”。使用 4 通道示波器通道分別觀察：絕對(duì)碼-2P6、對(duì)應(yīng)的相對(duì)碼-4VT13 和 2TP8，分析差分編碼輸出是否正確。（注：相對(duì)碼數(shù)據(jù)讀取時(shí)延時(shí)一個(gè)碼元）將基帶數(shù)據(jù)設(shè)置為：“16bit”，“128K”，自設(shè) 16bit 撥碼開關(guān)，觀察

8、絕對(duì)碼-相對(duì)碼轉(zhuǎn)換是否正確。(2) DPSK 調(diào)制觀測(cè)使用 4 蹤示波器分別觀測(cè)：絕對(duì)碼 2P6，相對(duì)碼 4VT13，DPSK 調(diào)制輸出 4TP2,分析 DPSK調(diào)制信號(hào)和絕對(duì)碼及相對(duì)碼的關(guān)系。分析其和 PSK 調(diào)制的區(qū)別。 DPSK調(diào)制信號(hào)和絕對(duì)碼及相對(duì)碼的關(guān)系： 2DPSK是進(jìn)行差分編碼的，差分波形是以相鄰脈沖電平的相對(duì)變化來表示代碼的，稱作相對(duì)碼。而單極性或雙極性的碼是絕對(duì)碼。PSK：絕對(duì)碼跟它前面的一個(gè)相對(duì)碼作比較，如果絕對(duì)碼是1,則得出的相對(duì)碼是前一個(gè)相對(duì)碼相反的!如果絕對(duì)碼是0,則不變。3. DPSK 解調(diào)觀測(cè)(1) DPSK 解調(diào)觀測(cè)調(diào)節(jié)解調(diào)模塊框圖中的判決電平和環(huán)路濾波器參數(shù)，

9、用示波器觀測(cè) 5TP3。點(diǎn)擊可切換 I 路或 Q 路輸出；(2) DPSK 相位模糊觀測(cè)基帶速率 32K，數(shù)據(jù)設(shè)為 101，載波為 128K；4 通道示波器分別接 5TP1、5VT13、4VT13、5VT14，正確解調(diào)時(shí)觀測(cè) 0 電平調(diào)制信號(hào)和本地載波間的相位關(guān)系；通過切換按鈕觀測(cè)相位模糊的現(xiàn)象，并思考出現(xiàn)相位模糊的原因；相位模糊原因：相干載波恢復(fù)中載波相位模糊通過切換按鈕使 4VT13、5VT14 間出現(xiàn)相位模糊，觀察此時(shí) 2P6 和 5TP3 間有沒有相位模糊，為什么？沒有，因?yàn)樗鼘⑿盘?hào)經(jīng)行了差分,就是求導(dǎo)。波形變成了尖峰所以不會(huì)相位模糊。4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)結(jié)束，從瀏覽器退出在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 完成實(shí)驗(yàn)步驟，記錄實(shí)驗(yàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)及波形并回答相關(guān)問題。2. 敘述差分編碼和差分譯碼的原理。六、思考題1. 如何通過編程完成 DPSK 調(diào)制算法？七、實(shí)驗(yàn)注意1. 基帶要低于 512k2. 判決電平要求 5TP6 電平調(diào)在 5TP7 信號(hào)中間；3. 環(huán)路濾波器