《通信原理》課程設(shè)計2DPSK調(diào)制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、通信原理通信原理課程設(shè)計課程設(shè)計 題目名稱：2dpsk 調(diào)制系統(tǒng) 指導(dǎo)老師： 姓 名： 學(xué) 號：0346208 時 間：2005 年 12 月 23 日 河南機電高等?？茖W(xué)校 通信原理設(shè)計報告 說明書 題 目：2dpsk 調(diào)制 內(nèi) 容： （一）設(shè)計要求 （二）題目分析 （三）理論依據(jù) （四）整體構(gòu)思 （五）具體實現(xiàn) （六）各部分定性分析 （七）問題及注意事項 （八）設(shè)計心得 （九）參考文獻 （十）器件說明 一、一、設(shè)計要求：設(shè)計要求： 1.要求設(shè)計一個 2dspk 調(diào)制電路，實現(xiàn)移相鍵控。 2、電路要求 （1） 載波頻率為 5mhz； （2） 利用 tkcsa 型通信系統(tǒng)原理實驗裝置； （3）

2、 利用 yb4340c 示波器觀察波形； （4） m 序列發(fā)生器的碼長 m=31 二、二、題目分析：題目分析： 由于大多數(shù)數(shù)字基帶信號是低通型的，而實際信道多為帶通型，因此這 種信道不能直接傳輸基帶信號，必須用基帶信號對載波進行調(diào)制。而調(diào)制 又有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相三種基本形式。在恒參信道條件下，相移鍵控與幅 度鍵控和頻移鍵控相比，他不僅具有較高的抗噪聲性能，并能有效地利用 所給定的信道頻帶，即使是在有多徑衰落的信道中也有較好的效果，因此 psk 是一種較好的調(diào)制方式，移相鍵控又分為絕對移相（2psk）和相對移 相鍵控（2dpsk）兩種形式。絕對移相是用已調(diào)載波的不同相位來代表基 帶信號的，在解調(diào)

3、是時，必須要先恢復(fù)載波，然后把載波與 2psk 信號進行 比較，才能恢復(fù)基帶信號。由于接受端恢復(fù)載波采用二分頻電路。他存在 相位模糊，即用二分頻電路恢復(fù)的載波有時與發(fā)送載波同相，有時反相， 而且還會出現(xiàn)隨機跳變，這樣就給絕對移相信號的解調(diào)帶來困難；而相對 一向的基帶信號是由相鄰兩碼元相位的變化來表示的，它與載波相位無直 接關(guān)系，即使采用同步解調(diào)，也不存在相位模糊問題，因此在實際設(shè)備中， 相對移相得到了廣泛的運用。 三、三、理論依據(jù)：理論依據(jù)： 在 dpsk 中，輸入的二進制序列，即 m 序列，常稱為絕對碼，首先將 其差分編碼，變成差分碼又稱相對碼。再用 psk 調(diào)制器進行絕對調(diào)制。差 分碼都采

4、用二進制編碼形式，所以這種調(diào)制常稱為二進制相移鍵控 （bdpsk）簡稱 dpsk。2dpsk 的理論波形如下圖所示： 2dpsk 它是利用前后碼之間載波相位的變化表示數(shù)字基帶信號的，這時 載波信號的相位與數(shù)字信號的“1”碼或“0”碼之間沒有固定關(guān)系。相位 關(guān)系又有兩種定義法，即向量差和相位差。向量差是指前一碼元的終相與 本碼元的初相比較，是否發(fā)生相位變化；而相位差指前后兩碼元的初相位 是否發(fā)生了變化。 四、四、整體構(gòu)思：整體構(gòu)思： 調(diào)制系統(tǒng)由基帶信號產(chǎn)生部分、載波信號產(chǎn)生部分和調(diào)制部分組成。一 般數(shù)字基帶信號都是隨機的，所以用最常見的偽隨機序列 m 序列來代替數(shù) 字基帶信號。高頻載波用晶振振蕩

5、產(chǎn)生。利用相乘器或數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)基帶 信號對載波信號的調(diào)制 我們知道 2dpsk 是由 2psk 轉(zhuǎn)換過來的，要想得到 2dpsk 信號就要先 得到 2psk 信號。 （1）2psk 可采用相乘器的模擬法，也可采用鍵控法來實現(xiàn)調(diào)制。如下 圖所示。模擬法中 s（t）必須是雙極性信號。鍵控法中，兩種相位的振蕩 信號被基帶信號（）控制。當(dāng)（）時開關(guān)打向上，輸出相位 載波c；當(dāng)（）時，開關(guān)打向下，輸出 相位載波 （c+） 。其原理框圖如下所示： （）2dpsk 信號可以看作是數(shù)字基帶信號（）先進行差分編碼， 再進行 2psk 調(diào)制的結(jié)果，因此只需在 2psk 調(diào)制器之前加一個差分編碼器 就產(chǎn)生了 2d

6、psk 信號。其原理框圖如下所示： 五、五、具體實現(xiàn)：具體實現(xiàn)： 2dpsk 調(diào)制系統(tǒng)的框圖如下圖所示，下面將分幾部分說明 1、 m 序列發(fā)生器序列發(fā)生器 實際的數(shù)字基帶信號是隨機的，為了實驗和測試方便，一般都是用 m 序列 發(fā)生器產(chǎn)生一個偽隨機序列來充當(dāng)數(shù)字基帶信號源。按照本原多項式 f(x) =x5+x3+1 組成的五級線性移位寄存器，就可得到 31 位碼長的 m 序列。碼元定 時與載波的關(guān)系可以是同步的，以便清晰觀察碼元變化時對應(yīng)調(diào)制載波的相應(yīng) 變化；也可以是異步的，因為實際的系統(tǒng)都是異步的，碼元速率為 1mbt/s。 如附錄電路圖所示，為 tkcsa 型通信系統(tǒng)原理實驗裝置原理圖。m

7、序 列發(fā)生器是由 74ls164（ic3）八位移位寄存器、74ls04(ic4)六反相器、 74ls86(ic6)四二輸入異或門、74ls30（ic5）八輸入與非門組成。利用 10m 晶 振產(chǎn)生一個正弦波，經(jīng)過十分頻和非門變成 1m 赫茲的脈沖信號接移位寄存器 的 cp 端，移位寄存器在脈沖的作用下，依次實現(xiàn)引腳的位移。圖中 m 序列從 tp2 測試端輸出，即 tp2 端輸出的是絕對碼。具體電路如下圖所示： 2、 相對移相和絕對移相相對移相和絕對移相 移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的相 位調(diào)制叫做絕對移相。以二進制調(diào)相為例，取碼元為“1”時，調(diào)制后載波與未 調(diào)載波

8、同相；取碼元為“0”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相；“1”和“0”時， 調(diào)制后載波相位差 1800。絕對相移如下圖所示： 在同步解調(diào)的 psk 系統(tǒng)中，由于收端載波恢復(fù)存在相位含糊的問題，即恢 復(fù)的載波可能與未調(diào)制載波同相，也可能反相，以至使解調(diào)后的信碼出現(xiàn)“0” 、 “1”倒置，發(fā)送為“1”碼，解調(diào)后得到“0”碼；發(fā)送為“0”碼，解調(diào)后得 到“1”碼。這是我們所不希望的，為了克服這種現(xiàn)象，人們提出了相對移相方 式。相對移相的調(diào)制規(guī)律是：每一個碼元的載波相位不是以固定的未調(diào)載波相 位作基準(zhǔn)的，而是以相鄰的前一個碼元的載波相位來確定其相位的取值。例如： 當(dāng)某一碼元取“1”時，它的載波相位與前一碼元

9、的載波同相；碼元取“0”時， 它的載波相位與前一碼元的載波反相。相對移相的波形如下圖所示： 一般情況下，相對移相可通過對信碼進行變換和絕對移相來實現(xiàn)。將信碼 經(jīng)過差分編碼變換成新的碼組相對碼，再利用相對碼對載波進行絕對移相， 使輸出的已調(diào)載波相位滿足相對移相的相位關(guān)系。 把絕對碼變成相對碼的方法很多，可以把本時刻的基帶碼 an(絕對碼)與本時 刻差分碼經(jīng)延遲 1bit 的 bn-1進行模 2 加或其它邏輯關(guān)系運算得到相對碼。在 tkcsa 型通信系統(tǒng)原理實驗裝置中，從 74ls164(ic3)輸出端輸出相對碼， 經(jīng) 74ls04(ic1)六反相器、74ls86(ic6)四二輸入異或門和 74l

10、s74 雙 d 觸發(fā)器， 進行邏輯運算產(chǎn)生相對碼。 具體電路如下： 3、調(diào)相的實現(xiàn)：調(diào)相的實現(xiàn)： 調(diào)相電路可以由模擬相乘器實現(xiàn)，也可以由數(shù)字電路實現(xiàn)。在 tkcsa 型 通信系統(tǒng)原理實驗裝置中，晶振電路產(chǎn)生 10mhz 的正弦波，經(jīng)過 74ls90(ic2) 十分頻，一路通過 74ls74d1 觸發(fā)器產(chǎn)生 5mhz 的載波，q 端輸出正相載波， 另一端產(chǎn)生反相載波，實現(xiàn)載波的兩路輸出，經(jīng)過 74ls153(ic9)數(shù)據(jù)選擇器， 相對碼序列對載波進行相位選擇。當(dāng) 2 腳和 14 腳同時為高電平時，7 腳輸出與 3 腳輸入的 0 相載波相同；當(dāng) 2 腳和 14 腳同時為低電平時，7 腳輸出與 6

11、腳輸 入的 相載波相同。這樣就完成了差分信碼對載波的相位調(diào)制。具體電路如下 圖所示： 六、各部分定性分析及定量計算各部分定性分析及定量計算： 1、m 序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生 如下圖所示輸出為絕對碼（即 m 序列） 。m 序列是用 74ls164 移位寄存器 實現(xiàn)的。m 序列是最常用的一種偽隨機序列。它是最長線性反饋移位寄存器序 列的簡稱。正如它全名所表達(dá)的那樣，m 序 列是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的序列，并且具有最長周期。 帶線形反饋邏輯的移位設(shè)定各級寄存器的初始狀態(tài)后，在時鐘觸發(fā)下，每 次移位后各級寄存器狀態(tài)發(fā)生變化。觀察其中一級寄存器的輸出，隨著移位時 鐘節(jié)拍的推移會產(chǎn)生一個序列?？梢园l(fā)

12、現(xiàn)，移位寄存器系列是一種周期序列， 其周期不但與移位寄存器的級數(shù)有關(guān)，而且與線形反饋邏輯有關(guān)。在相同級數(shù) 的情況下，采用不同的線形反饋邏輯所得到的周期長度不同。此外，周期還與 移位寄存器的狀態(tài)有關(guān)。但在產(chǎn)生最長線性反饋移位寄存器序列時，初始狀態(tài) 并不影響序列的周期長度，關(guān)鍵在于得到合適得線形反饋邏輯。 其關(guān)系如下： f(x)=ci*xi 該試為線形反饋移位寄存器的特征多項式 部分本原多項式系數(shù)如下表所示 n（級數(shù)）本原多項式系數(shù)的八進制表示代數(shù)式 27x2+x+1 313x3+x+1 423x4+x+1 545x5+x2+1 6103x6+x+1 7211x7+x3+1 8435x8+x4+x

13、3+x2+1 91021x9+x4+1 102011x10+x3+1 如附錄電路所示，組成 5 級移位寄存器產(chǎn)生 m 序列。其本原多項式為： x5+x2+1 由 n 級移位寄存器產(chǎn)生的 m 序列，其周期為：2n-1。 除全 0 狀態(tài)外，n 級移位寄存器可能出現(xiàn)的各種不同狀態(tài)都在 m 序列的一 個周期內(nèi)出現(xiàn)，而且只出現(xiàn)一次。由此可知，m 序列中“1”和“0”的出現(xiàn)概 率大致相同， “1”碼只比“0”碼多一個。tp2 的波形如下圖所示： m 序列波形 2、相對碼到絕對碼的轉(zhuǎn)化：相對碼到絕對碼的轉(zhuǎn)化： 相對碼轉(zhuǎn)化為絕對碼是通過 d 觸發(fā)器和異或門實現(xiàn)的。電路差分編碼的邏 輯關(guān)系是：本時刻的差分碼 b

14、n（相對碼）等于本時刻的基帶碼 an（絕對碼）與 本時刻差分碼經(jīng)延遲 1bit 的 bn-1進行模 2 加；即： bn=anbbn n-1-1 電路中 tp3 輸出相對碼。絕對碼與相對碼波形對比如下 相對碼和絕對碼 3、調(diào)制的實現(xiàn)：調(diào)制的實現(xiàn)： 上述過程產(chǎn)生了調(diào)制用的基帶信號。要完成調(diào)制過程還需要載波信號。如附 錄圖所示 10mhz 的晶振和兩個非們組成環(huán)行震蕩器，經(jīng)過非們整形后輸出 10mhz 的方波信號。一路經(jīng)過 74ls90 十分頻器為基帶信號產(chǎn)生電路提供時鐘 信號。另一路經(jīng)過一個 d 觸發(fā)器二分頻產(chǎn)生正向和反向的載波信號。載波信號 與基帶信號同時加到 74ls153 數(shù)據(jù)選擇器進行 2

15、dpsk 調(diào)制輸出。tp6 輸出已 調(diào)信號其波形如下： 七、七、在實驗過程中遇到的問題及注意事項在實驗過程中遇到的問題及注意事項 1.在設(shè)計過程中要注意電路中的跳線位置，即電路圖中開關(guān) 1 和開關(guān) 2 的 選擇。選擇的是外部輸入信號還是還是內(nèi)部信號。是 10mhz 的晶振還 是 1mhz 的晶振。 2.在用示波器觀察波形時，示波器的觸發(fā)方式不同示波器顯示的波形也不 同。應(yīng)選擇合適的觸發(fā)方式，觀察正確的波形。 3.由于示波器不是嚴(yán)格同步的所以在觀察相對碼和絕對碼的比較時只能觀 察到相對碼和絕對碼是不同的碼型，用公式計算出的相對碼和絕對碼的 波形和示波器觀察到的不同。 4.絕對碼變成相對碼的方法不

16、是唯一的。不同的邏輯關(guān)系式可以產(chǎn)生不同 的相對碼。所以要根據(jù)具體電路具體分析。 八、八、設(shè)計心得：設(shè)計心得： 在這之前的課程設(shè)計，每一次都是在盲目中開始，又都在盲目中結(jié)束。這 一周的課程設(shè)計讓我對課程設(shè)計有了全新的認(rèn)識。雖然臨近畢業(yè)，課程設(shè)計雖 說做的不算多，但是也還是有三四個，應(yīng)該說不應(yīng)該感到不適應(yīng)，但是這一次 的課程設(shè)計讓我第一次感受到它的壓力。 。 如果說在此之前，我們對專業(yè)課這個概念感受還不算的上深的話，那這次 是真的讓我領(lǐng)教了什么叫做專業(yè)課，它的特點以及學(xué)習(xí)方法！ 可以說上了大三就是在不斷的超越自己中成長，直至畢業(yè)。這次的設(shè)計特 讓人心動，因為只有兩堂去實驗室的機會，一共滿打滿算不過

17、 4、5 個小時。這 就意味著，我們需要在底下做一些準(zhǔn)備工作，以前老師會給我們現(xiàn)成的電路、 相關(guān)資料，可以這樣說如果不用寫設(shè)計報告的話，我們完全可以不去圖書館， 照樣照貓畫虎可以將設(shè)計完成的比較漂亮。但是現(xiàn)在不成了，每一個過程都在 親力親為，一個一個器件、集成塊全要去圖書館查相關(guān)資料，一個一個波形要 去仿真，要知道現(xiàn)在的波形可不像從前用 ewb 就可以全部出來，此外更多的時 間我們在討論電路的相關(guān)組成以及各部分的作用，這對于我們才是真正的考驗。 另外，在這次實驗中還暴露出不少的問題，很值得我思考。比如 m 序列的 產(chǎn)生，就充分說明了我的知識不是全面的，再比如插針，則充分說明了我的細(xì) 心程度不夠

18、 在做 m 序列時，我一直以為它是固定的一種模式，只存在一種方法，這就 造成了在后面的波形分析上進行的不是非常的順利。 在插針的問題上我更是無話可說，可以說完全是我的失誤造成的，在做實 驗前就不做好準(zhǔn)備工作，急急忙忙的就開始了實驗，以至于在實驗中、后期因 為這小小的插針，而造成兩次無為的檢錯階段。 想起一句話， “失去才懂得珍惜” 。在學(xué)校三年卻沒有養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣， 以至于到了畢業(yè)前夕才悟出好多東西，但是我想還不算晚，有一句名言嘛， “如 果你想學(xué)習(xí)，那這個世界到外都是知識；如果你不想學(xué)，那這個世界對于你等 同于一間牢房” 。 九、九、參考資料參考資料 1、 通信信號處理 張賢達(dá)、保錚著

19、國防工業(yè)出版社 2、 通信原理教程 徐家愷、沈慶宏、阮雅端著 科學(xué)出版社 3、 通信原理教程 達(dá)新宇、陳樹新、王 瑜、林家薇著 北京郵電大學(xué)出版社 4、 最新電子元器件產(chǎn)品大全 （第二冊）集成電路 電子工業(yè)出版社 5、 eda 電子電路的信真 張亞華、董作霖、董蘊華、王建玲著 河南機電高等?？茖W(xué)校自編教材 十、十、器件說明器件說明 課程設(shè)計的具體電路是由一些常用元器件組成：電阻、電容、晶振以及 集成塊。因為電阻、電容和晶振在平常的實驗中經(jīng)常得到廣泛的應(yīng)用，在這 里我們就不再一一講解說明，只介紹一下我們這次課程設(shè)計中所涉及到的集 成塊。 本次課程設(shè)計共用到九個集成塊，其中有三個是同一型號的集成塊

20、，重 復(fù)的在下面將不再具體介紹。下面我們將依據(jù)實驗電路圖上的標(biāo)識，一一對 應(yīng)加以說明，具體見下表。其中標(biāo)號指在電路原理圖中的標(biāo)注，型號指集成 塊的型號，功能指集成塊的玏能，次數(shù)指在電路原理圖中使用該集成塊的次 數(shù)。 標(biāo)號ic1ic2ic3ic4ic5ic6ic7ic8ic9 型 號 74ls 04 74ls 90 74ls 164 74ls 04 74ls 30 74ls 86 74ls 04 74ls 74 74ls 153 功 能 六反 相器 十進制計數(shù) 器（/2 或 /5） 八位 移位 寄存 器 （串 入并 出） 六反 相器 八輸 入與 非門 四二 輸入 異或 門 六反 相器 雙 d 觸 發(fā)器 （帶預(yù) 置和消 零） 雙四 選一 數(shù)據(jù) 選擇 器 次數(shù)5 次1 次1 次6 次1 次3 次5 次2 次1 次 下面依據(jù)型號的順序，具體對個個集成塊進行管腳說明以及工作環(huán)境 說明： （1）74ls04 ： 其工作環(huán)境如下: vcc=4.755.25v iccl6.6a iol=4a ttd=15ns ta=070 其管腳功能如下: 1a 1y 2a 2y 3a 3y gnd 4a 4y 5a 5y 6a 6y vcc （2）74ls30: 其工作環(huán)境如下: vcc=4.755.25v iccl6.6a iol=4a, ttd=15