實驗4 PSK(DPSK)調(diào)制解調(diào)實驗

1、班級 通信1403 學(xué)號 201409732 姓名 裴振啟 指導(dǎo)教師 邵軍花 日期 實驗4 PSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?. 掌握PSK 調(diào)制解調(diào)的工作原理及性能要求；2. 進行PSK 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1PSK QPSK調(diào)制模塊，位號A 2PSK QPSK解調(diào)模塊，位號C 3時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G4噪聲模塊，位號B5復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號I620M雙蹤示波器1臺7小平口螺絲刀1只8頻率計1臺（選用）9信號連接線4根三、實驗原理PSK QPSK調(diào)制/解調(diào)模塊，除能完成上述PSK（DPS

2、K）調(diào)制/解調(diào)全部實驗外還能進行QPSK、ASK調(diào)制/解調(diào)等實驗。不同調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換是通過開關(guān)4SW02及插塞37K01、37K02、38K01、38K02位置設(shè)置實現(xiàn)。不同調(diào)制相應(yīng)開關(guān)設(shè)置如下表。調(diào)制方式4SW0237K01、37K0238K01、38K02PSK（DPSK）00001和位挿入挿塞1，2相連（挿左邊）四、PSK（DPSK）調(diào)制/解調(diào)實驗進行PSK（DPSK）調(diào)制時，工作狀態(tài)預(yù)置開關(guān)4SW02置于00001， 37K01、37K02和位挿入挿塞，38K01、38K02均處于1，2位相連（挿塞挿左邊）。相位鍵控調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)制方式，它具有優(yōu)良的抗干擾噪聲性能

3、及較高的頻帶利用率。在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應(yīng)用在實際通信系統(tǒng)中。本實驗箱采用相位選擇法實現(xiàn)二進制相位調(diào)制，絕對移相鍵控（CPSK或簡稱PSK）是 用輸入的基帶信號（絕對碼）直接控制選擇開關(guān)通斷，從而選擇不同相位的載波來實現(xiàn)。相對移相鍵控（DPSK）采用絕對碼與相對碼變換后，用相對碼控制選擇開關(guān)通斷來實現(xiàn)。 1PSK調(diào)制電路工作原理二相相位鍵控的載波為1.024MHz，數(shù)字基帶信號有32Kb/s偽隨機碼、及其相對碼、32KHz方波、外加數(shù)字信號等。 13通信工程實驗教學(xué)中心 通信系統(tǒng)原理實驗報告相位鍵控調(diào)制電原理框圖，如圖6-1所

4、示。圖6-1 相位鍵控調(diào)制電原理框圖 1）濾波器、同相放大器和反相放大器 從圖6-1看出，1024KHZ的方波經(jīng)37R29加到由運放37UO4A及周邊元件組成的低通濾波器，其輸出變?yōu)閘024KHZ正弦波，它通過37U05A同相放大和37U05B反相放大，從而得到l024KHZ的同相和反相正弦載波，電位器37W01可調(diào)節(jié)反相放大器的增益，從而使同相載波與反相載波的幅度相等，然后同相和反相正弦載波被送到模擬開關(guān)乘法器。2）模擬開關(guān)相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關(guān)電路實現(xiàn)的。同相載波與反相載波分別加到模擬開關(guān)A：CD4066的輸入端（1腳）、模擬開關(guān)B：CD4066的輸入端（11腳），數(shù)字基帶信號

5、一路直接加到模擬開關(guān)A的輸入控制端（13腳），并且另一路經(jīng)反相后加到模擬開關(guān)B的輸入控制端（12腳），用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關(guān)A的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān)A導(dǎo)通，輸出同相載波，而模擬開關(guān)B的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)B截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬開關(guān)A的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)A截止。而模擬開關(guān)B的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān)B導(dǎo)通。輸出反相載波，兩個模擬開關(guān)輸出信號通過輸出開關(guān)37K01合路疊加后得到二相PSK調(diào)制信號。DPSK調(diào)制是采用碼型變換加絕對調(diào)相來實現(xiàn)，即把數(shù)據(jù)信息源（偽隨機碼序列）作為絕對碼序列an，通過碼型變換器變成相對碼

6、序列bn，然后再用相對碼序列bn，進行絕對移相鍵控，這樣就獲得DPSK已調(diào)信號。本模塊對應(yīng)的操作是這樣的（詳細見圖5-1），37P01為PSK調(diào)制模塊的基帶信號輸入鉚孔，可以送入4P01 點的絕對碼信號（PSK），也可以送入相對碼基帶信號(相對4P01點的數(shù)字信號來說，此調(diào)制即為DPSK調(diào)制)。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6-2所示。圖6-2 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

7、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)。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、頻率等調(diào)節(jié)方法。2）科斯塔斯環(huán)提取載波原理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6-3所示。圖6-3 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

8、法器，前者為正交載波乘法器，相當于圖6-3中的乘法器2，后者為同相載波乘法器，相當于框圖中乘法器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，它相當于圖6-3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VC

9、O，環(huán)路濾波器是由38R20、38R21、38C17組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)。則很難準確移相90，并且相移隨頻率改變而變化。圖6-2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

10、加到38U08A D觸發(fā)器，另一路經(jīng)38U07F反相再加到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5-4所示。圖6-4 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(挿在左邊)，分別把科斯

11、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；從而實現(xiàn)科斯塔斯特環(huán)的閉環(huán)控制。當38K01、38K02置于的2、3位(挿在右邊)，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。五、各測量點及可調(diào)元件的作用1PSK QPSK調(diào)制模塊37K01：PSK、ASK已調(diào)信號連接揷塞。當進行PSK實驗時，因PSK是兩ASK已調(diào)信號疊加。位揷塞揷入，輸出“1”碼的已調(diào)信號；位揷塞揷入，輸出“0” 碼的已調(diào)信號。當進行ASK實驗時僅需位揷塞揷入。37K02：QPSK已調(diào)信號連接揷塞。當進行QPSK實驗時，位揷塞

12、揷入，輸出QPSK已調(diào)信號，此時37K01兩挿塞必須斷開。位揷座接點為空頭，用以放置暫不用的挿塞，以免挿塞丟失。跳線開關(guān)37KO1、37K02挿塞位置，請參見下表。調(diào)制方式跳線開關(guān)37KO1、37K02位置PSK、ASK、QPSK、 37W01：調(diào)節(jié)反相載波幅度大小。37P01：外加數(shù)字基帶信號輸入鉚孔。37TP01：頻率為1.024MHz方波信號，由4U01芯片(EPM240)編程產(chǎn)生。 37TP02：同相1.024MHZ載波（正弦波）信號， 37TP03：反相1.024MHZ載波（正弦波）信號，調(diào)節(jié)電位器37W01使它與37TP02測量點的0相載波幅度大小相等。37TP04：QPSK調(diào)制I

13、路調(diào)制信號，它來自CPLD電路。37TP05：QPSK調(diào)制Q路調(diào)制信號，它來自CPLD電路。37P02：PSK、QPSK已調(diào)信號輸出鉚孔。輸出什么信號由開關(guān)37K01、37K02狀態(tài)決定：位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出為同相載波ASK信號； 位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出為反相載波ASK信號； 和位揷塞都揷入，37P02輸出為兩ASK已調(diào)信號疊加，即PSK已調(diào)信號。（注意：兩種相位載波幅度需調(diào)整相同，否則調(diào)制信號在相位跳變處易失真）位揷塞揷入，其它均斷開時，37P02輸出為QPSK已調(diào)信號。2PSK QPSK解調(diào)模塊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。

14、38P01：PSK、QPSK待解調(diào)信號輸入鉚孔。38K01：解調(diào)載波選擇開關(guān)：揷在左邊為PSK正交載波，挿在右邊為QPSK正交載波（F9O）38K02：解調(diào)載波選擇開關(guān)：揷在左邊為PSK同相載波，挿在右邊為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，當其準確而穩(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1.024MHz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

15、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。六、實驗內(nèi)容及步驟PSK（DPSK）調(diào)制/解調(diào)實驗1插入有關(guān)實驗?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”、“ PSK調(diào)制模塊” 、“噪聲模塊”、“PSK解調(diào)模塊”、“同步提取模塊”，插

16、到底板“G、A、B、C、I”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“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，模塊位號與底板位號的一致。2PSK、DPSK信號線連接：絕對碼調(diào)制（PSK）時的連接：用專用導(dǎo)線將4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01連接。相對碼調(diào)制（DPSK）時的連接：用專用導(dǎo)線將4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01連接。注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。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基帶輸入

17、信號碼型設(shè)置：撥碼器4SW02設(shè)置為“00001 “，4P01產(chǎn)生32K的 15位m序列輸出；4P03輸出為4P01波形的相對碼。5. 跳線開關(guān)設(shè)置：37K01位和位都揷入挿塞。6載波幅度調(diào)節(jié)：雙蹤示波器分別接在37P01和37P02，觀測調(diào)制信號和己調(diào)波， 調(diào)節(jié)電位器37W01使正交載波幅度和同相載波幅度大小相等。7.相位調(diào)制信號觀察：（1）PSK調(diào)制信號觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試4P01點，另一測量探頭測試37P02，調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察BPSK調(diào)制輸出波形，記錄實驗數(shù)據(jù)。（2）DPSK調(diào)制信號觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試4P03點，另一測量探頭測試37P02，調(diào)節(jié)示

18、波器使兩波形同步，觀察DPSK調(diào)制輸出波形，記錄實驗數(shù)據(jù)。8噪聲模塊調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)3W01，將3TP01噪聲電平調(diào)為0；調(diào)節(jié)3W02，使3P02信號峰峰值23.6V。9PSK解調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)38W01電位器，使壓控振蕩器工作在2048KHZ，同時可用頻率計鑒測38TP01點。注意觀察38TP02和38TP03兩測量點波形的相位關(guān)系。10相位解調(diào)信號觀測：（1）PSK調(diào)制方式觀察38P02點PSK解調(diào)輸出波形，并作記錄，并同時觀察PSK調(diào)制端37P01的基帶信號，比較兩者波形相近為準（可能反向，如果波形不一致，可微調(diào)38W01）。（2）DPSK調(diào)制方式“同步提取模塊”的撥碼器39SW01設(shè)置為“0

19、010”。觀察38P02和37P01的兩測試點，比較兩相對碼波形，觀察是否存在反向問題；觀察39P07和4P01的兩測試點，比較兩絕對碼波形，觀察是否還存在反向問題。作記錄。11加入噪聲相位解調(diào)信號觀測：調(diào)節(jié)3W01逐步增加調(diào)制信號的噪聲電平大小，看是否還能正確解調(diào)出基帶信號。觀看完噪聲影響，再調(diào)節(jié)3W01，使噪聲為0，以方便后面實驗。12. 關(guān)機拆線：實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗?zāi)K。七、實驗結(jié)果分析由實驗過程畫出調(diào)制解調(diào)器各測量點的信號波形，并給以必要的說明（波形、頻率、相位、幅度以及時間對應(yīng)關(guān)系等）。PSK的Matlab仿真結(jié)果原始基帶信號調(diào)制后的信號接收到有噪聲

20、的信號解調(diào)后的信號抽樣判決后的信號調(diào)制信號的頻譜分析實驗室演示的圖形基帶信號和恢復(fù)信號（倒現(xiàn)象）基帶信號和調(diào)制信號注：在實際通信系統(tǒng)中，分頻器或鎖相環(huán)路有可能發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移，參考相位有可能發(fā)生180度相位變化。這就是倒現(xiàn)象。實驗心得本實驗讓我熟悉了DPSK調(diào)制和解調(diào)的功能和運用。特別是在仿真花了很多功夫，但還是有收獲的。初步掌握了二相BPSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)的工作原理及電路組成，在二相絕對碼與相對碼的碼變換上，學(xué)會了利用選取參考碼元的方法進行設(shè)計電路，采用異或利用延時的方式進行，對以后設(shè)計電路給予了很大幫助。絕對碼是以基帶信號碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“

21、0”。相對碼是利用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息的，如規(guī)定：相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。附錄PSK的Matlab程序主程序close allclear alln=16;fc=1000000;bitRate=1000000;N=50;noise=10;signal=source(n,N);transmittedSignal=bpskModu(signal,bitRate,fc,N);signal1=gussian(transmittedSignal,noise);configueSignal=demoBPSK(signal1,bitRate,fc,n,N);子程

22、序function bitstream=demoBPSK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N) load num %讀取num中存儲的低通濾波用的數(shù)據(jù) signal1=receivedSignal; t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); signal=; for i=1:n signal=signal,c; end signal2=signal1.*signal; %乘同頻同相sin signal3=filter(num1,1,signal2); %LPF,包絡(luò)檢波 IN=fix(length(num1)/2); %延

23、遲時間 bitstream=; LL=fc/bitRate*N; i=IN+LL/2; while (i=0; i=i+LL; end figure(5) subplot(3,1,1); plot(1:length(signal1),signal1);title(Wave of receiving terminal(including noise);grid on; subplot(3,1,2); plot(1:length(signal2),signal2);title(After Multipling sin Fuction);grid on; subplot(3,1,3); plot(1

24、:length(signal3),signal3);title(Wave of LPF);grid on; bit=; for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1; end figure(6) plot(bit);title(binary of receiving terminal);grid on; axis(0,N*length(bitstream),-2.5,2.5);endfunction transmittedSignal=askM

25、odu(signal,bitRate,fc,N) t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); transmittedSignal=; for i=1:length(signal) transmittedSignal=transmittedSignal,signal(i)*c; endfigure(2) plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title(Modulation of ASK);grid on;figure(3)m=0:length(transmittedSignal)-1;F=fft(transmittedSignal);plot(m,abs(real(F),title(ASK_frequency-domain analysis real);grid on;endfunction transmittedSignal=bps