實驗7 PSK DPSK調(diào)制解調(diào)實驗

1、實驗7 PSK DPSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?. 掌握PSK DPSK調(diào)制解調(diào)的工作原理及性能要求；2. 進(jìn)行PSK DPSK調(diào)制、解調(diào)實驗，掌握電路調(diào)整測試方法；3. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法。二、實驗儀器1信道編碼與ASK、FSK、PSK、QPSK調(diào)制，位號：A、B位2PSK/QPSK解調(diào)模塊，位號：C位3時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號： G位4復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號：I位5100M雙蹤示波器1臺6信號連接線6根三、實驗原理（一） PSK、DPSK調(diào)制電路工作原理PSK和QPSK采用了和FSK相同的實驗?zāi)K：“信道編碼與ASK、FSK、PSK、QPSK調(diào)制”模塊，該模

2、塊由于采用了可編程的邏輯器件，因此通過切換內(nèi)部的編程單元，即可輸出不同的調(diào)制內(nèi)容，PSK，DPSK調(diào)制電路原理框圖如下如所示：圖4-1 PSK、DPSK調(diào)制電路原理框圖圖4-1中，基帶數(shù)據(jù)時鐘和數(shù)據(jù)，通過JCLK和JD兩個鉚孔輸入到可編程邏輯器件中，由可編程邏輯器件根據(jù)設(shè)置的工作模式，完成PSK和DPSK的調(diào)制，因為可編程邏輯器件為純數(shù)字運(yùn)算器件，因此調(diào)制后輸出需要經(jīng)過D/A器件，完成數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過模擬電路對信號進(jìn)行調(diào)整輸出，加入跟隨器，完成了整個調(diào)制系統(tǒng)。PSK/DPSK調(diào)制系統(tǒng)中，默認(rèn)輸入信號應(yīng)該為32K的時鐘信號，在時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊有32K的M序列輸出，可供該實驗使用，

3、可以通過連線將時鐘和數(shù)據(jù)送到JCLK和JD輸入端。標(biāo)有PSK.DPSK個輸出鉚孔為調(diào)制信號的輸出測量點，可以通過按動模塊上的SW01按鈕，切換PSK.DPSK鉚孔輸出信號為PSK或DPSK，同時LED指示燈會指示當(dāng)前輸出內(nèi)容的工作狀態(tài)。2相位鍵控解調(diào)電路工作原理二相PSK(DPSK)解調(diào)器電路采用科斯塔斯環(huán)(Constas環(huán))解調(diào)，其原理如圖7-2所示。4-2 解調(diào)器原理方框圖1）解調(diào)信號輸入電路 輸入電路由晶體三極管跟隨器和運(yùn)算放大器38U01組成的整形放大器構(gòu)成，采用跟隨器是為了發(fā)送（調(diào)制器）和接收（解調(diào)器）電路之間的隔離，從而使它們工作互不影響。放大整形電路輸出的信號將送到科斯塔斯特環(huán)。

4、由于跟隨器電源電壓為5V，因此輸入的PSK已調(diào)波信號幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否則會產(chǎn)生波形失真。2）科斯塔斯環(huán)提取載波原理（原理中標(biāo)號參見原理圖）PSK采用科斯塔斯特環(huán)解調(diào)，科斯塔斯特環(huán)方框原理如圖4-3所示。圖4-3 科斯塔斯特環(huán)電路方框原理如圖科斯塔斯特環(huán)解調(diào)電路的一般工作原理在現(xiàn)代通信原理第三版（電子工業(yè)出版社2009年）等教科書中有詳細(xì)分析，這兒不多講述。下面我們把實驗平臺具體電路與科斯塔斯特環(huán)方框原理圖作一對比，講述實驗平臺PSK解調(diào)電路的工作原理。解調(diào)輸入電路的輸出信號被加到模擬門38U02C和38U02D構(gòu)成的乘法器，前者為正交載波乘法器，相當(dāng)于圖4-3中的乘法器2

5、，后者為同相載波乘法器，相當(dāng)于框圖中乘法器1。38U03A,38U03D及周邊電路為低通濾波器。38U04，38U05為判決器，它的作用是將低通濾波后的信號整形，變成方波信號。PSK解調(diào)信號從38U05的7腳經(jīng)38U07A.D兩非門后輸出。異或門38U06A起模2加的作用，38U07E為非門,若38U06A3兩輸入信號分別為A和B，因（A、B同為0除外，因A與B正交，不會同時為0）因此異或門與非門合在一起，起乘法器作用，它相當(dāng)于圖7-3框圖中的乘法器3。38U710為壓控振蕩器（VCO），74LS124為雙VCO，本電路僅使用了其中一個VCO，環(huán)路濾波器是由38R20、38R21.38C17組

6、成的比例低通濾波器，VCO控制電壓經(jīng)環(huán)路低通濾波器加到芯片的2腳，38CA01為外接電容，它確定VCO自然諧振頻率。38W01用于頻率微調(diào)，38D01，38E03用來穩(wěn)壓，以便提高VCO的頻率穩(wěn)定度。VCO信號從7腳經(jīng)38C19輸出至移相90電路?？扑顾固丨h(huán)中的90移相電路若用模擬電路實現(xiàn)。則很難準(zhǔn)確移相90，并且相移隨頻率改變而變化。圖4-2電路中采用數(shù)字電路實現(xiàn)。非門38U07F，D觸發(fā)器38U08A.B及周圍電路組成數(shù)字90移相器。由于D觸發(fā)器有二分頻作用。所以VCO的鎖定頻率應(yīng)為2fc，即VCO輸出2048KHZ方波，其中一路直接加到38U08A D觸發(fā)器，另一路經(jīng)38U07F反相再

7、加到38U08B D觸發(fā)器，兩觸發(fā)器均為時鐘脈沖正沿觸發(fā)，由于38U08A的 與兩D觸發(fā)器的D端連接。而D觸發(fā)器Q端輸出總是為觸發(fā)時鐘到來前D端狀態(tài)，根據(jù)觸發(fā)器工作原理和電路連接關(guān)系，數(shù)字90移相電路的相位波形圖如4-4所示。圖4-4 90度數(shù)字移相器的波形圖從圖看出，38U08B的端輸出波形超前38U08A的端90度，并且頻率為1024KHZ，因此38U08B的端輸出為同相載波，38U08A的端輸出為正交載波。由于科斯塔斯特環(huán)存在相位模糊，解調(diào)器可能會出現(xiàn)反向工作。在PSK解調(diào)時38K01.38K02置于的l、2位(插在左邊)，分別把科斯塔斯特環(huán)提取的正交載波及同相載波接到兩正交解調(diào)器；從而

8、實現(xiàn)科斯塔斯特環(huán)的閉環(huán)控制。當(dāng)38K01.38K02置于的2.3位(插在右邊)，將用于四相解調(diào)，將在下節(jié)講述。若38K01.38K02的挿塞均拔掉，則科斯塔斯特環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)，可用于開環(huán)檢查，便于環(huán)路各部件故障壓縮和分析。四、各測量點及可調(diào)元件的作用1. 信道編碼與ASK、FSK、PSK、QPSK調(diào)制模塊（底板A、B位）L01：指示調(diào)制狀態(tài)，L01亮?xí)r，PSK,DPSK鉚孔輸出PSK調(diào)制信號；L02：指示調(diào)制狀態(tài)，L02亮?xí)r，PSK,DPSK鉚孔輸出DPSK調(diào)制信號；JCLK：32K時鐘輸入端；JD：32K基帶數(shù)據(jù)輸出端；基帶輸出：基帶絕對碼或相對碼輸出；PSK、DPSK：PSK或DPSK調(diào)制

9、信號輸出端；SW01：調(diào)制模式切換按鈕。2PSK QPSK解調(diào)模塊（底板C位）38W01：載波提取電路中鎖相環(huán)壓控振蕩器頻率調(diào)節(jié)電位器。38P01：PSK、QPSK待解調(diào)信號輸入鉚孔。38K01：解調(diào)載波選擇開關(guān)：插在左邊為PSK正交載波，插在右邊為QPSK正交載波（F9O）38K02：解調(diào)載波選擇開關(guān)：插在左邊為PSK同相載波，插在右邊為QPSK同相載波（FO）38TP01：鎖相環(huán)壓控振蕩器2.048MHz載波信號輸出。建議用頻率計監(jiān)視該測量點上的信號頻率，有偏差時可調(diào)節(jié)38W01，PSK解調(diào)時，當(dāng)其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地鎖定在2.048MHz，則可解調(diào)輸出數(shù)字基帶信號。38TP02：頻率為1.024

10、MHz的正交載波（方波）輸出信號。38TP03：頻率為1.024MHz的同相載波（方波）輸出信號。38P02： PSK解調(diào)輸出/QPSK解調(diào)I路輸出鉚孔。PSK方式的科斯塔斯環(huán)解調(diào)時存在相位模糊問題，解調(diào)出的基帶信號可能會出現(xiàn)倒相情況；DPSK方式解調(diào)后基帶信號為相對碼，相絕轉(zhuǎn)換由下面的“復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊”完成。38P03：QPSK解調(diào)Q路輸出鉚孔。3復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊（底板I位）39SW01：功能設(shè)置開關(guān)。設(shè)置“0010”，為32K相對碼、絕對碼轉(zhuǎn)換。 39P01：外加基帶信號輸入鉚孔。 39P07：相絕碼轉(zhuǎn)換輸出鉚孔。五、實驗內(nèi)容及步驟1插入有關(guān)實驗?zāi)K在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情

11、況下，按照下表放置實驗?zāi)K：模塊名稱放置位號時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊G信道編碼與ASK.FSK.PSK.QPSK調(diào)制A、BPSK.QPSK解調(diào)模塊C噪聲模塊E復(fù)接/解復(fù)接 同步技術(shù)模塊I對應(yīng)位號可見底板右上角的“實驗?zāi)K位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。2信號線連接使用專用導(dǎo)線按照下表進(jìn)行信號線連接：源端目的端連線作用4P01（G）JD（AB）為PSK調(diào)制輸入32K的15位m序列；4P02（G）JCLK（AB）為PSK調(diào)制輸入32K的基帶時鐘；PSK、DPSK（AB）3P01（E）將調(diào)制輸出送入噪聲模塊，為PSK調(diào)制后信號加噪；3P02（E）38P01（D）將加噪后的調(diào)制信號送入

12、PSK解調(diào)輸入模塊；3加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。4實驗內(nèi)容設(shè)置撥碼器“4SW02”（G）設(shè)置為“00001”，4P01產(chǎn)生32K的 15位m序列輸出；按動SW01（AB）按鈕，使“L01”指示燈亮，“PSK DPSK”輸出為PSK調(diào)制；將“PSK QPSK解調(diào)模塊”兩個跳線（38K01和38K02）開關(guān)插到左側(cè)，選擇PSK解調(diào)模式。（一）PSK調(diào)制/解調(diào)實驗1.PSK調(diào)制信號觀測用示波器通道1接JD（AB），用示波器通道2接“PSK DPSK”（AB），分別觀測32K基帶信號數(shù)據(jù)和PSK調(diào)制信號，記錄實驗結(jié)果。分析PS

13、K調(diào)制的相位情況。2.PSK解調(diào)后信號觀測：l 無噪聲PSK解調(diào)觀測（1）調(diào)節(jié)3W01（E），使3TP01信號幅度為0，即傳輸?shù)腜SK調(diào)制信號不加入噪聲。（2）用示波器分別觀測JD（AB）和38P02（C），對比調(diào)制前基帶數(shù)據(jù)和解調(diào)后基帶數(shù)據(jù)。（3）緩慢調(diào)節(jié)解調(diào)模塊上的VCO（C）電位器，調(diào)整鎖相環(huán)輸出同步載波，同時注意對比JD（AB）和38P02（C）的信號是否相同或反向，相同則說明解調(diào)正確，反向則是出現(xiàn)了相位模糊（倒pi）的情況。分析相位模糊的原因，思考怎么解決？l 有噪聲PSK解調(diào)觀測（1）在保持上述連線（無噪聲時）不變的情況下，逐漸調(diào)節(jié)3W01（E），使噪聲電平逐漸增大，即改變信噪比（

14、S/N），觀察解調(diào)信號波形是否還能保持正確。（2）用示波器觀察3P01（E）和3P02（E），分析加噪前和加噪后信號有什么差別。（3）使用導(dǎo)線連接“38P02”（C）和“P16”，將解調(diào)數(shù)據(jù)送入眼圖觀察單元。（4）用示波器觀察4P02（G）和“P17”，觀察解調(diào)信號的眼圖。（二） DPSK調(diào)制/解調(diào)實驗1.DPSK調(diào)制解調(diào)設(shè)置保持PSK調(diào)制解調(diào)設(shè)置及連線未修改的情況下，完成下面操作：（1）按動SW01（AB）按鈕，使“L02”指示燈亮，“PSK DPSK”輸出為DPSK調(diào)制；（2）將“功能選擇”（I）撥動開關(guān)設(shè)置為“0010”，則“復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊”工作在32K時鐘下絕對碼-相對碼模

15、式。（3）使用導(dǎo)線連接“38P02”（C）和“39P01”（I），將解調(diào)數(shù)據(jù)送入絕對碼-相對碼轉(zhuǎn)換單元。1.DPSK調(diào)制信號觀測（1）用示波器同時觀測“4P01”（G）和“基帶輸出”（AB），分別觀察絕對碼和相對碼，分析相對碼是否正確。（2）用示波器通道1接“DATA”（AB），用示波器通道2接“PSK DPSK”（AB），分別觀測相對碼和PSK調(diào)制信號，記錄實驗結(jié)果。可見，DPSK是指在對基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行PSK調(diào)制之前完成了絕對碼到相對碼的轉(zhuǎn)換。2.DPSK解調(diào)后信號觀測l 無噪聲DPSK解調(diào)觀測（1）調(diào)節(jié)3W01（E），使3TP01信號幅度為0，即傳輸?shù)腄PSK調(diào)制信號不加入噪聲。（2）用示波

16、器分別觀測JD（AB）和38P02（C），對比調(diào)制前基帶數(shù)據(jù)和解調(diào)后基帶數(shù)據(jù)。（3）緩慢調(diào)節(jié)解調(diào)模塊上的VCO（C）電位器，調(diào)整鎖相環(huán)輸出同步載波，同時注意對比“DATA”（AB）和“38P02”（C）的信號是否相同或反向，相同則說明解調(diào)正確，反向則是出現(xiàn)了相位模糊（倒pi）的情況。（4）在步驟（3）反向的情況下，用示波器分別觀測“4P01”（G）和“39P07”（I），觀察絕對碼基帶數(shù)據(jù)和解調(diào)轉(zhuǎn)換后的絕對碼數(shù)據(jù)是否相同。DPSK是否解決了PSK存在相位模糊的問題？l 有噪聲DPSK解調(diào)觀測（1）在保持上述連線（無噪聲時）不變的情況下，逐漸調(diào)節(jié)“3W01”（E），使噪聲電平逐漸增大，即改變信噪比（S/N），觀察解調(diào)