二相移相鍵控 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 二相移相鍵控二相移相鍵控011151 班李曉揚(yáng) 01115003 2014 年 3 月實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 二相移相鍵控二相移相鍵控一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.加深理解二相移相鍵控系統(tǒng)的基本工作原理與及其電路組成。 2.學(xué)會(huì)利用示波器觀察系統(tǒng)各單元電路的工作過程、學(xué)會(huì)利用示波器檢查系統(tǒng)的方法。 3.學(xué)會(huì)利用示波器觀察基帶信號(hào)眼圖的方法，熟悉 2DPSK 的抗干擾性能。4.學(xué)會(huì)利用數(shù)字示波器觀察基帶信號(hào)頻譜、已調(diào)信號(hào)頻譜及其傳輸頻帶的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在 “數(shù)據(jù)入” 端分別加入三種規(guī)則基帶信號(hào)（1、0、1:1 碼）時(shí)，用示波器觀察調(diào)制器

2、及解調(diào)器各測(cè)試點(diǎn)上的時(shí)域波形，觀察 FFT 頻譜結(jié)構(gòu)；2.在“數(shù)據(jù)入”端加偽隨機(jī)碼（63 位 m 序列）時(shí)，用示波器觀察觀察調(diào)制器及解調(diào)器各測(cè)試點(diǎn)上的波形和基帶信號(hào)眼圖-理想信道下的眼圖。3.在“數(shù)據(jù)入”端加入噪聲時(shí)，觀察不同信噪比下基帶信號(hào)的眼圖和測(cè)量系統(tǒng)的誤碼率； 4.在“數(shù)據(jù)入”端加入 63 位偽隨機(jī)碼時(shí)觀察調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)及帶通濾波器輸出端的 FFT 頻譜結(jié)構(gòu),計(jì)算這種調(diào)制方式下所需的傳輸頻帶寬度。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器TDS-2012 數(shù)字示波器 一臺(tái)HH4310 型 20MHz 雙蹤示波器 一臺(tái)LPS-305 雙路穩(wěn)壓電源 一臺(tái)UZ-3 噪聲產(chǎn)生器或者自插噪聲源 一臺(tái)YWS-5

3、210 誤碼率測(cè)試儀 一臺(tái)HFP-1 有效值電壓表 一臺(tái)2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)箱 一套四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理1. 二進(jìn)制移相鍵控（二進(jìn)制移相鍵控（2PSK/2DPSK）二進(jìn)制移相鍵控中，載波的相位隨數(shù)字基帶信號(hào)的“1”或“0”改變，信號(hào)碼元的“1”或“0”通常用已調(diào)信號(hào)載波 0o和180o分別表示。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 （8-1）2( )() cosPSKncSsta g tnTt在 2PSK 調(diào)制中，an應(yīng)選擇雙極性，即 (8-2)1,1,na發(fā)送概率為發(fā)送概率為 P 1-P若 g(t)是脈寬為 TS，高度為 1 的矩形脈沖是，則有 (8-3) 2cos,cos,cPSKc

4、Ptstt發(fā)送概率為發(fā)送概率為P -1 由式（8-2）可看出，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1 時(shí)，已調(diào)信號(hào) S2PSK（t）取相位，當(dāng)發(fā)送0二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí)，已調(diào)信號(hào) S2PSK（t）取相位。若用 n表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，180則有 （8-4)0010 ,180 ,n發(fā)送“” 符號(hào)發(fā)送“ 0” 符號(hào) 當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)與載波頻率間有確定的倍數(shù)關(guān)系時(shí)，典型的波形如圖 8.1 所示。 tt01010101數(shù)數(shù)字字信信息息 2PSK圖圖 8.1 2PSK 信號(hào)的典型波形信號(hào)的典型波形二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。如圖 8.2 所示。第一種方法是相乘法，只要數(shù)字基帶信號(hào)為雙極性碼，并不含直流分量

5、，即能用該方法來產(chǎn)生；第二種方法是開關(guān)選通法，這種方法是產(chǎn)生一個(gè)載波的二重相位（對(duì)多相的移相鍵控應(yīng)是單一載波的多重相位） ，以基帶信號(hào)所代表的數(shù)值去選擇這些相位。當(dāng)然，也可以是利用被控制的延遲提供所需的載波相移量，然后由基帶信號(hào)通過開關(guān)陣列來控制相移量的大小。碼型變換相乘器S(t)coscte2PSK(t)開關(guān)電路S(t)e2PSK(t)0180cosct180移相（a）相乘法產(chǎn)生）相乘法產(chǎn)生 BPSK 信號(hào)信號(hào) （b）相位選擇法產(chǎn)生）相位選擇法產(chǎn)生 BPSK 信號(hào)信號(hào)圖圖 8.2 2PSK 信號(hào)的調(diào)制原理圖信號(hào)的調(diào)制原理圖對(duì) PSK 信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)的方法，因而如何獲得同頻、同

6、相的載頻信號(hào)是一個(gè)關(guān)鍵性的問題。由于 2PSK 信號(hào)是抑制載頻的雙邊帶信號(hào)，在已調(diào)信號(hào)中不存在載波分量，因而無法從已調(diào)信號(hào)中直接獲取本地載頻。只有對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行非線性變換后才能恢復(fù)出載頻。然而恢復(fù)出來的載波可能與未調(diào)制載波同相，也可能反相，以至于解調(diào)后的信碼出現(xiàn)“0”、 “1”倒置（亦即發(fā)送“1”碼，被錯(cuò)解調(diào)為“0”，發(fā)送“0”碼，被錯(cuò)解調(diào)為“1”） 。這對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸來說當(dāng)然是不允許的?？朔辔荒：葘?duì)于相干解調(diào)影響的有效辦法是對(duì)調(diào)制器輸入的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼相對(duì)移相（2DPSK）2.二進(jìn)制差分相位鍵控（二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）前面所討論的 2PSK 信號(hào)，相位變化是以未調(diào)載波的

7、相位作為參考基準(zhǔn)的。由于它是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值來傳遞信息，因而又稱其為絕對(duì)調(diào)相方式。另一種利用載波相位傳遞信息的方法為相對(duì)調(diào)相，它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳遞數(shù)字信息，而是利用數(shù)字基帶信號(hào)前后碼元的相對(duì)相位變化來傳遞數(shù)字信息。以 2DPSK 為例，當(dāng)一個(gè)碼元取 1 時(shí)，它對(duì)應(yīng)的載波相位與前一碼元的載波同相；碼元取 0 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的載波與前一碼元所對(duì)應(yīng)的載波反相，這種關(guān)系如圖 8.3 所示。000001111（相相對(duì)對(duì)碼碼） 0 01 10 01 10 01 10 01 1數(shù)數(shù)字字信信息息序序列列（絕絕對(duì)對(duì)碼碼）基基準(zhǔn)準(zhǔn)相相位位載載波波2DPSK2PSK圖圖 8.3 2DPSK 信號(hào)相位關(guān)

8、系信號(hào)相位關(guān)系實(shí)現(xiàn)相對(duì)移相的最常用方法是：首先對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，然后再利用差分碼對(duì)載波進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，使已調(diào)載波相位滿足相對(duì)移相的相位關(guān)系。對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼可以由一個(gè)模二和電路與一級(jí)移位寄存器來實(shí)現(xiàn)。設(shè)輸入的二進(jìn)制絕對(duì)碼元序列為，移位寄存器輸出的相對(duì)碼元序列為bi，則二相差分編碼的邏輯關(guān)系為 （8-5）1iiibab絕對(duì)碼實(shí)現(xiàn)相對(duì)移相的過程以及典型的波形如圖 8.4 所示。（b）差差分分編編碼碼實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電電路路圖圖（c）差差分分編編碼碼典典型型波波形形圖圖 延延時(shí)時(shí)一一碼碼元元TS +DCPQ絕絕對(duì)對(duì)碼碼相相對(duì)對(duì)碼碼延延時(shí)時(shí)一一碼碼元元t1 11 10 01 10 00 01

9、 1t1 10 01 10 01 11 10 0t0 01 11 11 11 10 00 0（a）差差分分編編碼碼原原理理圖圖biaibi-1bibibi-1bi-1aiai19.2kHz圖圖 8.4 絕對(duì)碼實(shí)現(xiàn)相對(duì)移相的波形絕對(duì)碼實(shí)現(xiàn)相對(duì)移相的波形對(duì)應(yīng)于發(fā)端的差分編碼，對(duì)接收端抽樣判決器的輸出信號(hào)必須進(jìn)行碼型的變換差分編碼。設(shè)差分解碼的邏輯為 （8-6）1iiicbb將式（8-5）代入式（8-6） ，有11iiiicabb因?yàn)?，110iibb所以 （8-7）iica（8-7）式表明，經(jīng)差分解碼后恢復(fù)出了原始的數(shù)字信息。五、實(shí)驗(yàn)方案五、實(shí)驗(yàn)方案 如前所述，2PSK 和 2DPSK 就調(diào)制器和

10、解調(diào)器而言，都是實(shí)現(xiàn)絕對(duì)調(diào)相和絕對(duì)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，2DPSK 僅在調(diào)制前對(duì)絕對(duì)碼進(jìn)行差分編碼及在解調(diào)后進(jìn)行差分解碼，因此，本實(shí)驗(yàn)方案將 2PSK 和 2DPSK 組合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，實(shí)驗(yàn)者可以通過面板上引線的不同連接來改變調(diào)制及解調(diào)方式?？紤]到數(shù)字信號(hào)的一些特點(diǎn)，2PSK/2DPSK 的調(diào)制由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，解調(diào)則由帶通濾波器、模擬乘法器、低通濾波器等模擬器件和數(shù)字電路結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。此外為了觀察實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抗噪性能，實(shí)驗(yàn)箱中設(shè)置了噪聲源，改變其框內(nèi)的電位器，可以改變?cè)肼晱?qiáng)度。實(shí)驗(yàn)所需的信碼、載波、時(shí)鐘都由實(shí)驗(yàn)二（通信系統(tǒng)中的信號(hào)源）給出。2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成電路如圖 8.5 所示，

11、圖 8.6 為實(shí)驗(yàn)箱的面板圖?；鶐判盘?hào)號(hào)輸輸入入載載波波信信號(hào)號(hào)輸輸入入74LS04341661，85774LS153130k51k22k24k2k2.2k51k22k8.2k2.2kMAX2758467214181615191293,5,10,172011-5V+5V帶帶通通濾濾波波器器2輸輸 出出精精 密密電電位位器器精精 密密電電位位器器數(shù)數(shù)字字調(diào)調(diào)制制信信號(hào)號(hào)輸輸出出+5V MC1496-8V51051010K256K5105101K1K1K3K90.1F231265148101412V0或或180載載波波3K943K43K12K12K620pF-12V12V231411TL08

12、443K24K330pF7656K82104pF圖圖 8.5 2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路圖圖圖 8.6 2PSK /2DPSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)面板圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)面板圖下面分別來介紹圖 8.5 中的主要電路12PSK/2DPSK 調(diào)制器調(diào)制器調(diào)制器是由晶體振蕩器、分頻器、差分編碼器和調(diào)相電路等組成。在圖 8.7（a）中，晶振蕩器產(chǎn)生 11.0592MHz 的方波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)分頻電路后分別產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器所需的 76.8kHz 載波信號(hào)和 19.2kHz 的位定時(shí)信號(hào)。顯然，本實(shí)驗(yàn)裝置的碼元速率是19.2kbit/s。調(diào)制器采用了相位選擇法。由圖 8.7（b）可見，對(duì)于 2PSK

13、 信號(hào)的產(chǎn)生電路，數(shù)字基帶信號(hào)不經(jīng)差分編碼，直接送到 74LS153（雙四選一數(shù)字選擇器）用來實(shí)現(xiàn)對(duì)載波相位的選擇，當(dāng) 2 腳與 14 腳同時(shí)為高電平時(shí)，7 腳輸出與 3 腳輸入的載波同相；當(dāng) 2 腳與014 腳同時(shí)是低電平時(shí)，7 腳輸出與 6 腳輸出的載波同相，這樣在 6 腳輸出的便是1802PSK 信號(hào)。對(duì)于 2DPSK 信號(hào)的產(chǎn)生電路，數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)差分編碼后輸出的數(shù)字序列送給 74LS153，這時(shí)和載波的選擇由 74LS74（雙觸發(fā)器）輸出的相對(duì)碼的高電平0180D或低電平來決定。74LS153 的第 7 個(gè)管腳輸出的信號(hào)為 2DPSK晶振分頻器分頻器信碼產(chǎn)生19.2kHz76.8kH

14、z差分編碼調(diào)相器K2PSK/2DPSK信號(hào)輸出76.8kHz數(shù)字基帶信號(hào)11.0592MHz (a) 2PSK/2DPSK 調(diào)制部分原理圖調(diào)制部分原理圖+DCPQ19.2kHz位定時(shí)絕對(duì)碼相對(duì)碼9101112131415161234567874LS1532PSK/2DPSK信號(hào)輸出76.8kHz載波+5VK12(b) 2PSK/2DPSK 調(diào)制部分電路圖調(diào)制部分電路圖圖圖 8.7 2PSK/2DPSK 調(diào)制器原理電路圖調(diào)制器原理電路圖22PSK/2DPSK 相干解調(diào)器相干解調(diào)器相干解調(diào)器的原理方框圖如圖 8.8 所示。它是由帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決和差分解碼等電路組成。差分譯碼相加器

15、帶通相乘低通抽樣判決噪聲恢復(fù)載波2PSK/2DPSK19.2kHz2PSK解調(diào)輸出2DPSK解調(diào)輸出圖圖 8.8 2PSK/2DPSK 相干解調(diào)器原理方框圖相干解調(diào)器原理方框圖圖 8.8 中，帶通濾波器和低通濾波器是選用 MAX-275 實(shí)現(xiàn)的。MAX-275 是專門用來做實(shí)現(xiàn)帶通濾波器和低通濾波器的集成電路。當(dāng)用來實(shí)現(xiàn)低通濾波器時(shí)，用“LPO”作為輸出，當(dāng)用來實(shí)現(xiàn)帶通濾波器時(shí)，用“BPO”作為輸出。它的管腳分布及外圍電路如圖 8.9 所示。 （a） MAX-275 管腳圖管腳圖 (b) MAX-275 外圍圖外圍圖圖圖 8.9 MAX-275 管腳分布及外圍電路圖管腳分布及外圍電路圖二階節(jié)的

16、中心頻率fo、Q 值及放大倍數(shù)由外接電阻R1、R2、R3、R4決定。當(dāng)中心頻率fo、Q 值及增益確定后，R1、R2、R3、R4可由下列等式得到（所得電阻值單位均為 ）：A、 B表示單元選擇；IN表示輸入；BPO表示帶通輸出；BPI表示帶通輸入；LPO表示低通輸出；FC表示工作方式，頻率選擇； (8-8)92429391312105210210oXoYXoOLPYOBPRFRRKRQRfRRQRfHRRRH對(duì)于低通濾波器：對(duì)于帶通濾波器：式中， RX/RY因子中 RX和 RY是濾波器內(nèi)部的電阻，這個(gè)因子的值由引腳FC 的接法決定。其取值為 (8-9)CCC4 F1 F51 F25XYVRGNDR

17、V連接至連接至連接至帶通濾波器輸出送至相干解調(diào)電路，如圖 8.10 所示,相干解調(diào)電路的波形圖如圖 8.11所示。圖 8.10 中由模擬乘法器 MC1496 組成的相乘電路，抽樣判決器由電壓比較器 LM393及雙 D 觸法器 74LS74 組成。差分解碼電路所用元器件和調(diào)制器所用元器件相同（四異或門 74LS86 和雙 D 觸發(fā)器 74LS74） 。74LS86-8V5142361281014MC149612V2789113.5.10.1720MAX275-5V+5VLM39332481+5V19.2KHz位定時(shí)抽判輸出(相對(duì)碼)76.8KHz恢復(fù)載波信號(hào)輸入DCPQDCPQ74LS74數(shù)據(jù)信

18、號(hào)輸出3K93K96K81K1K1K515110K56K圖圖 8.10 相干解調(diào)電路相干解調(diào)電路10a110100bcde圖圖 8.11 相干解調(diào)電路的波形圖相干解調(diào)電路的波形圖將噪聲和 2PSK/2DPSK 信號(hào)經(jīng)相加電路相加后送至 MC1496 的“1”腳。圖 8.12 為噪聲源和相加電路的電原理圖。噪聲源的機(jī)理是據(jù)齊納二極管處在工作特性的拐點(diǎn)附近時(shí)，能產(chǎn)生相當(dāng)大的噪聲。電位器 W2可改變?cè)肼曒敵龅膹?qiáng)弱。相加電路由和阻、容組成。741A眾所周知，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過非理想的傳輸系統(tǒng)必然要產(chǎn)生畸變，也會(huì)引入噪聲和干擾，這些都將導(dǎo)致系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量變差。實(shí)驗(yàn)箱中設(shè)置噪聲源和加法器就是為

19、了模擬實(shí)際信道而引入加性噪聲。90119011+12V噪聲輸出47K15K820K4.7K22F2CW7B+12V-12VA741+10K10K56K10K22FW2W1噪聲BPSK信號(hào)相加輸出（a) 噪噪聲聲源源（b) 相相加加器器圖圖 8.12 噪聲源和相加電路圖噪聲源和相加電路圖在 2PSK/2DPSK 解調(diào)部分，還離不開載波提取和位同步提取兩個(gè)電路，前者是相干解調(diào)所必須的，后者規(guī)定了抽樣判決的節(jié)拍和時(shí)刻。有關(guān)它們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在第七章中專門進(jìn)行。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟 2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)箱的面板如圖 8.6 所示。圖中給出了系統(tǒng)組成框圖和測(cè)試柱的位置。下面我

20、們按面板圖來敘述實(shí)驗(yàn)操作步驟。1檢查直流電源電壓：在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)未加電前,先打開穩(wěn)壓電源開關(guān),將電源電壓分別調(diào)到+12V 和-12V,并關(guān)閉電源。2正確連接電源：將電源、示波器和實(shí)驗(yàn)裝置三者的地線可靠的接在一起, +12V 和-12V 分別接到與實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)應(yīng)的接線柱上。注意,切勿接錯(cuò)電源線,否則將燒壞實(shí)驗(yàn)裝置。3按照?qǐng)D 8.13 所示的方法連接實(shí)驗(yàn)箱和誤碼儀。即實(shí)驗(yàn)箱的“發(fā)定時(shí)出”接到誤碼儀的“發(fā)定時(shí)入”端口,誤碼儀的“發(fā)碼出”端口接到實(shí)驗(yàn)箱的“數(shù)據(jù)入”。打開穩(wěn)壓電源、示波器、誤碼儀的電源開關(guān),將誤碼儀速率選擇鍵置“同步”位置,按動(dòng)誤碼儀碼型選擇鍵,使誤碼儀依次輸出“1”,全“0”和“1:7”碼

21、,這時(shí)誤碼儀的“發(fā)定時(shí)入”和“發(fā)碼出”指示燈亮。然后按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 的要求用雙蹤示波器,兩兩對(duì)應(yīng)地觀測(cè)各點(diǎn)波形。測(cè)試時(shí)應(yīng)注意觀察差分編碼前后的波形變化；“差分信號(hào)”與已調(diào)信號(hào)之間的相位關(guān)系；帶通濾波器輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系； “數(shù)據(jù)入”與“數(shù)據(jù)輸出”的波形差異。誤碼儀示波器發(fā) 碼發(fā)定時(shí)入2PSK/2DPSK實(shí)驗(yàn)板數(shù) 據(jù) 入發(fā)定時(shí)出差分信號(hào)CH1CH2圖圖 8.13 2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)板和誤碼儀的連接圖實(shí)驗(yàn)板和誤碼儀的連接圖 如果沒有誤碼儀,可用實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部產(chǎn)生的 8 種基帶數(shù)字信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)。這時(shí)實(shí)驗(yàn)箱面板上須連四條導(dǎo)線：.將“數(shù)據(jù)輸出”與“數(shù)據(jù)輸入”兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接；.將

22、“相對(duì)碼輸出”與“調(diào)制信號(hào)輸入”兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接（完成 2DPSK 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容） ；將“絕對(duì)碼輸出”與“調(diào)制信號(hào)輸入”兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接（完成 2PSK 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容） ；.將“本地載波輸入”與“0載波”或“180載波”兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接（完成2DPSK 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容） ；將“本地載波輸入”與“0載波”兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接（完成 2PSK實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，若接到“180載波”位置，會(huì)發(fā)生相位模糊現(xiàn)象） ；.將“收定時(shí)脈沖”與“180定時(shí)脈沖” 兩個(gè)接線柱用導(dǎo)線可靠連接。4.使實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)源依次輸出“1”，全“0”和“1:1”碼，然后連接導(dǎo)線，用雙蹤示波器兩兩對(duì)應(yīng)地觀測(cè)并記錄 2PSK

23、和 2DPSK 調(diào)制方式下，各觀測(cè)點(diǎn)波形（ 注意：觀測(cè)差分編碼前后的波形變化；“差分信號(hào)”與“調(diào)相信號(hào)”之間的相位關(guān)系；“調(diào)相信號(hào)”和“帶通濾波器輸出”的波形； “數(shù)據(jù)入”與“數(shù)據(jù)輸出”的波形，從而加深對(duì)系統(tǒng)工作原理與工作過程的理解。）5.觀察“眼圖”。示波器和實(shí)驗(yàn)箱的連接方法如圖 8.14（a）所示，即將接收端“低通濾波器”輸出信號(hào)接示波器垂直 y 通道， “恢復(fù)定時(shí)輸出”接示波器外觸發(fā)端,并將示波器掃描觸發(fā)開關(guān)置外(EXT)位置。再將實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)選為 63 位偽碼，此時(shí)在示波器熒光屏上可觀測(cè)到無噪情況下的基帶信號(hào)“眼圖”。圖 8.14（b）中，示波器掃跡較散是低通濾波器相-頻特性不理想所

24、致。誤碼儀發(fā) 碼發(fā)定時(shí)2PSK/2DPSK實(shí)驗(yàn)板數(shù) 據(jù) 入發(fā)定時(shí)出基帶信號(hào)恢復(fù)定時(shí)出示波器CH1EXT（a）觀察）觀察“眼圖眼圖”時(shí)示波器和實(shí)驗(yàn)箱的連接示意圖時(shí)示波器和實(shí)驗(yàn)箱的連接示意圖（b） 觀察眼圖（不加噪聲）的連接圖及眼圖照片觀察眼圖（不加噪聲）的連接圖及眼圖照片圖圖 8.14 觀察眼圖的連接示意及觀察到的眼圖觀察眼圖的連接示意及觀察到的眼圖眼圖只能定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)誤碼特性，在需要定量測(cè)試系統(tǒng)性能時(shí)，要用到誤碼率測(cè)試儀。6.實(shí)驗(yàn)箱和誤碼儀的連接方式如圖 8.15 所示。在測(cè)量誤碼率時(shí), 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和誤碼儀之間要增加兩根連線,即將 “恢復(fù)定時(shí)出”孔接到誤碼儀的“收定時(shí)入”端口, “數(shù)據(jù)信號(hào)出”孔

25、接誤碼儀的“收碼入”端口,誤碼儀輸出 511 碼,量程置 105,(即總共發(fā)送 10 萬個(gè)碼),然后按下“啟動(dòng)”按鍵,同步指示燈隨即點(diǎn)亮。誤碼儀開始將收碼同發(fā)碼進(jìn)行比較,并將比較的結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示于數(shù)碼管上,直至誤碼儀蜂鳴器報(bào)警,測(cè)量即告結(jié)束.這是誤碼已可以兩種顯示形式給出式(1)的結(jié)果:“個(gè)數(shù)”顯示的是式(1)的分子(分母為105);“比率”顯示的是式(1)中的 n 和 N 的比值。誤誤碼碼儀儀發(fā) 碼發(fā)定時(shí)數(shù) 據(jù) 入發(fā) 定 時(shí) 出數(shù)據(jù)信號(hào)出恢復(fù)定時(shí)出收定時(shí)收 碼2PSK/2DPSK實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)箱箱圖圖 8.15 誤碼儀測(cè)量（不加噪聲）方法示意圖誤碼儀測(cè)量（不加噪聲）方法示意圖7.將噪聲信號(hào)產(chǎn)生器輸出

26、端接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) “噪聲輸入端”。示波器 Y 軸仍接“基帶信號(hào)”,”恢復(fù)定時(shí)出”仍接示波器 X 端(觸發(fā)源選外觸發(fā))屏幕上即可觀測(cè)到加噪情況下的基帶信號(hào)眼圖。同時(shí)將誤碼儀量程置 105,按下誤碼儀的“啟動(dòng)”鍵,即可測(cè)得加噪情況下的誤碼率。然后改變?cè)肼曅盘?hào)的大小,可以發(fā)現(xiàn),隨著噪聲電壓的加大,眼圖越來越差,誤碼率也愈來愈高,從而可得到不同信噪比條件下的眼圖和誤碼率。記錄誤碼率和眼圖波形,并與無噪時(shí)的眼圖和誤碼率相比較。 信噪比是指信號(hào)功率和噪聲功率之比,可用信號(hào)電壓和噪聲電壓表示,即20logSNUSNU信號(hào)電壓和噪聲電壓可用 HHP-1 有效值電壓表測(cè)量 (沒有噪聲產(chǎn)生器時(shí),可用實(shí)驗(yàn)系通內(nèi)部噪聲源

27、)。8.將 TDS2012 示波器的一個(gè)探極接至實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)“2PSK、2DPSK”輸出信號(hào)的測(cè)試孔上。先設(shè)置示波器面板的 “數(shù)學(xué)計(jì)算菜單”按鈕，再將“操作”選項(xiàng)設(shè)置為 FFT，最后選擇“數(shù)學(xué)計(jì)算 FFT 信源”通道。改變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號(hào)碼型，在示波器屏幕上分別觀察數(shù)字基帶信號(hào)、2PSK、2DPSK 等信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，測(cè)出 fc=?，BBPSK=?，BDPSK=?，記錄頻譜圖的草圖；在同樣的操作方法下，觀察 2PSK及2DPSK 信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器過濾后的頻譜圖。圖 8.16 是本實(shí)驗(yàn)箱幾張典型的頻譜圖，實(shí)驗(yàn)箱操作者應(yīng)爭取獲得這種“收獲” 。(a) 碼元速率為碼元速率為 19.2kHz 時(shí)時(shí)

28、 63 位偽碼的頻譜結(jié)構(gòu)照位偽碼的頻譜結(jié)構(gòu)照(b) 2DPSK 信號(hào)的頻譜照信號(hào)的頻譜照(c) 經(jīng)過帶通濾波器以后經(jīng)過帶通濾波器以后 2DPSK 信號(hào)的頻譜照信號(hào)的頻譜照 (d) 調(diào)制信號(hào)為調(diào)制信號(hào)為 1:1 碼型時(shí)已調(diào)信號(hào)的頻譜照碼型時(shí)已調(diào)信號(hào)的頻譜照?qǐng)D圖 8.16 典型的頻譜圖典型的頻譜圖由圖 8.16（a）可見，偽隨機(jī)碼的頻譜為 Sa 函數(shù)，第一個(gè)零點(diǎn)位于 19.2kHz 的位置，第二個(gè)零點(diǎn)位于 38.4kHz 位置；由（b）圖可以看出，已調(diào)信號(hào)為一頻帶信號(hào)，頻帶寬度為。但是在頻帶以外的信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)；（c）圖是經(jīng)過帶通濾波器對(duì)帶外信號(hào)76.8 19.2kHz的衰減，使帶內(nèi)信號(hào)和帶外信號(hào)的

29、幅度比得以大幅度提升；（d）圖是用 1:1 碼作為調(diào)制信號(hào)，我們可以發(fā)現(xiàn)已調(diào)信號(hào)確實(shí)是抑制載波的雙邊帶信號(hào)，在屏幕中央白色箭頭所指的載波位置上沒有載波（76.8kHz）分量。9.觀察收端載波恢復(fù)存在相位模糊問題造成的信碼的“0”、 “1”倒置現(xiàn)象：將相干解調(diào)器的相干載波端口分別連接到“0”和 180，在 2PSK 調(diào)制方式下即可觀察到信碼的“0”、 “1”倒置現(xiàn)象；而解調(diào) 2DPSK 信號(hào)時(shí)，相干載波也分別連接到“0”和“180”，但經(jīng)過差分解碼（碼反變器） ，輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生倒置現(xiàn)象。七、實(shí)驗(yàn)討論七、實(shí)驗(yàn)討論 1.實(shí)驗(yàn)較全面地展示了數(shù)字帶通調(diào)制系統(tǒng) PSK、DPSK 的原理、過程及性能，

30、借助于實(shí)驗(yàn)儀器從實(shí)驗(yàn)角度揭示了本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作過程、工作原理并目視了系統(tǒng)的時(shí)域及頻域特征；學(xué)會(huì)了如何去檢查帶通調(diào)制系統(tǒng)的方法；如何評(píng)價(jià)帶通調(diào)制系統(tǒng)的性能指標(biāo)（定性測(cè)量和定量測(cè)量）的實(shí)驗(yàn)方法。因而本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、手段、方法對(duì)從事通信工程的技術(shù)人才是極為重要的。2.在同步解調(diào)的 BPSK 系統(tǒng)中，因?yàn)槭斩溯d波恢復(fù)存在相位模糊問題，所以解調(diào)后的信碼會(huì)有“0”、 “1”倒置現(xiàn)象，這是信息傳輸所不容許的。克服相位模糊度對(duì)相干解調(diào)影響的最常用而又有效的辦法是對(duì)調(diào)制器輸入的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行采用差分編碼。解調(diào) 2DPSK信號(hào)時(shí)，相干載波仍然有 180O的相位模糊問題，但經(jīng)過差分解碼（碼反變器） ，輸出的絕對(duì)碼不會(huì)

31、發(fā)生倒置現(xiàn)象，從而有效解決了載波相位的模糊問題。因而，2DPSK 系統(tǒng)是一種實(shí)用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)。3.在實(shí)際通信系統(tǒng)中，信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到各種干擾，從而影響到對(duì)信號(hào)的恢復(fù)，為了模擬實(shí)際系統(tǒng)，我們?nèi)藶榈丶尤朐肼?，通過改變信噪比，衡量 2PSK/2DPSK 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的抗噪聲性能。誤碼率和眼圖是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。使用誤碼儀可以定量測(cè)量系統(tǒng)的誤碼率，而眼圖觀察法是定性估計(jì)系統(tǒng)性能的測(cè)量手段。在數(shù)字帶通調(diào)制系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，通常用眼圖觀察的方法，兩種方法都應(yīng)牢牢掌握。42DPSK 信號(hào)的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與 2FSK 實(shí)驗(yàn)中所看到的 OOK 信號(hào)的功率譜密度相似，占有的

32、頻帶寬度是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，當(dāng)二進(jìn)制基帶信號(hào)的“1”符號(hào)和“0”符號(hào)出現(xiàn)概率相等時(shí)，則頻譜結(jié)構(gòu)中不存在離散譜。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.各項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,波形逼真,時(shí)間關(guān)系正確。測(cè)量波形結(jié)果展示：圖 1 差分譯碼器的輸入輸出波形差分輸入波形（絕對(duì)碼）差分輸出波形（經(jīng)差分譯碼器輸出的相對(duì)碼）圖 2 調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的波形對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 3 帶通濾波器與低通濾波器的輸出波形圖 4 帶通濾波器輸入波形與輸出波形調(diào)制信號(hào)已調(diào)信號(hào)帶通濾波器輸出波形低通濾波器輸出波形圖 5 碼元速率為 19.2kHz 時(shí) 63 位偽碼頻譜照（基帶信號(hào)）圖 6 經(jīng)過帶通濾波器以后 2DPSK 信號(hào)的頻譜照2.用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)和波形來闡明 2PSK/2DPSK 系統(tǒng)的實(shí)際工作過程和它的主要特性。 3.用所測(cè)得的眼圖來說明眼圖的測(cè)量原理和作用。 76.8KHZ 76.8-19.2Khz 76.8+19.2Khz 圖 7 眼圖九、思考題九、