通信原理實(shí)驗(yàn)五PSK

1、. .實(shí)驗(yàn)五 PSK(DPSK)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼的概念以及它們之間的變換關(guān)系和變換方法。2、掌握產(chǎn)生PSK(DPSK)信號(hào)的方法。3、掌握PSK(DPSK)信號(hào)的頻譜特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察絕對(duì)碼和相對(duì)碼的波形。2、觀察PSK(DPSK)信號(hào)波形。3、觀察PSK(DPSK)信號(hào)頻譜。4、觀察PSK(DPSK)相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)源模塊2、數(shù)字調(diào)制模塊3、數(shù)字解調(diào)模塊4、同步提取模塊5、頻譜分析模塊可選6、20M雙蹤示波器 一臺(tái)7、連接線 假設(shè)干四、實(shí)驗(yàn)原理1、2PSK(2DPSK)調(diào)制原理2PSK信號(hào)是用載波相位的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的，

2、通常規(guī)定0相位載波和相位載波分別代表傳1和傳0，其時(shí)域波形示意圖如圖13-1所示。設(shè)二進(jìn)制單極性碼為an，其對(duì)應(yīng)的雙極性二進(jìn)制碼為bn，那么2PSK信號(hào)的一般時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 131其中：那么131式可變?yōu)椋?132圖13-1 2PSK信號(hào)的時(shí)域波形示意圖由131式可見(jiàn)，2PSK信號(hào)是一種雙邊帶信號(hào)，其雙邊功率譜表達(dá)式與2ASK的幾乎一樣，即為： 1332PSK信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬與2ASK的一樣，即Hz 134我們知道，2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得出的，在這種絕對(duì)移相的方式中，由于發(fā)送端是以某一個(gè)相位作為基準(zhǔn)的，因而在接收系統(tǒng)也必須有這樣一個(gè)固定基準(zhǔn)相位作參考。如

3、果這個(gè)參考相位發(fā)生變化，那么恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種現(xiàn)象常稱(chēng)為2PSK的“倒現(xiàn)象，因此，實(shí)際中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相2DPSK方式。2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。例如，假設(shè)相位值用相位偏移x表示x定義為本碼元初相與前一碼元初相之差，并設(shè)那么數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下：數(shù)字信息：00111001012DPSK信號(hào)相位：000000或：00000圖13-2為對(duì)同一組二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制后的2PSK與2DPSK波形。圖13-2 2PSK與2DPSK波形比照從圖中可以看出，

4、2DPSK信號(hào)波形與2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不對(duì)應(yīng)一樣的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才唯一決定信息符號(hào)。這說(shuō)明，解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)并不依賴(lài)于某一固定的載波相位參考值。只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，那么鑒別這個(gè)關(guān)系就可以正確恢復(fù)數(shù)字信息，這就防止了2PSK方式中的“倒現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)我們也可以看到，單純從波形上看，2PSK與2DPSK信號(hào)是無(wú)法分辨的。這說(shuō)明，一方面，只有移相鍵控方式是絕對(duì)的還是相對(duì)的，才能正確判定原信息；另一方面，相對(duì)移相信號(hào)可以看成是把數(shù)字信息序列絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)展絕對(duì)移相而形成。為了便于說(shuō)明概念，我們可以把每個(gè)碼元用一個(gè)如

5、圖13-3所示的矢量圖來(lái)表示。圖中，虛線矢量位置稱(chēng)為基準(zhǔn)相位。在絕對(duì)移相中，它是未調(diào)制載波的相位；在相對(duì)移相中，它是前一碼元載波的相位。如果假設(shè)每個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期，那么，兩相鄰碼元載波的相位差既表示調(diào)制引起的相位變化，也是兩碼元交界點(diǎn)載波相位的瞬時(shí)跳變量。根據(jù)ITU-T的建議，圖13-3a所示的移相方式，稱(chēng)為A方式。在這種方式中，每個(gè)碼元的載波相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位可取0、。因此，在相對(duì)移相后，假設(shè)后一碼元的載波相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位為0，那么前后兩碼元載波的相位就是連續(xù)的；否那么，載波相位在兩碼元之間要發(fā)生跳變。圖13-3b所示的移相方式，稱(chēng)為B方式。在這種方式中，每個(gè)碼元的載波相位相對(duì)

6、于基準(zhǔn)相位可取/2。因而，在相對(duì)移相時(shí)，相鄰碼元之間必然發(fā)生載波相位的跳變。這樣，在接收端接收該信號(hào)時(shí)，如果利用檢測(cè)此相位變化以確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，即可提供碼元定時(shí)信息，這正是B方式被廣泛采用的原因之一。圖13-3 二相調(diào)制移相信號(hào)矢量圖2DPSK的調(diào)制原理與2FSK的調(diào)制原理類(lèi)似，也是用二進(jìn)制基帶信號(hào)作為模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輪流選通不同相位的載波，完成2DPSK調(diào)制，其調(diào)制的基帶信號(hào)和載波信號(hào)分別從“PSK基帶輸入和“PSK載波輸入輸入，差分變換的時(shí)鐘信號(hào)從“PSK-BS輸入點(diǎn)輸入，其原理框圖如圖13-4所示：圖13-4 2DPSK調(diào)制原理框圖2、2PSK2DPSK解調(diào)原理2DPSK解調(diào)最

7、常用的方法是極性比較法和相位比較法，這里采用的是極性比較法對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)展解調(diào)，原理框圖如圖13-5所示。2DPSK調(diào)制信號(hào)從“PSK-IN輸入，位同步信號(hào)從“PSK-BS輸入，同步載波從“載波輸入點(diǎn)輸入。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)U09MC1496與載波信號(hào)相乘后，去掉了調(diào)制信號(hào)中的載波成分，再經(jīng)過(guò)低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)展抽樣判決抽樣判決器由U1274HC74構(gòu)成，其時(shí)鐘為基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，那么可以得到2PSK的解調(diào)信號(hào)。再經(jīng)過(guò)逆差分變換電路由U1274HC74、U1374HC86組成，就可以得到2DPSK的解調(diào)信號(hào)了。圖13-5 2PSK2DPSK解調(diào)原理

8、框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、將信號(hào)源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步提取模塊、頻譜分析模塊小心地固定在主機(jī)箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，翻開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再分別按下五個(gè)模塊中的開(kāi)關(guān)POWER1、POWER2，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED01、LED02發(fā)光，按一下信號(hào)源模塊的復(fù)位鍵，五個(gè)模塊均開(kāi)場(chǎng)工作。注意，此處只是驗(yàn)證通電是否成功，在實(shí)驗(yàn)中均是先連線，后翻開(kāi)電源做實(shí)驗(yàn)，不要帶電連線3、PSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1將信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為15.625KHz的周期性NRZ碼和64KHz的正弦波幅度為3V左右分別送入數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“PSKDPSK基帶輸入和“PSKDPSK載波輸入。2將

9、數(shù)字調(diào)制模塊中的撥位開(kāi)關(guān)S01撥到0，以信號(hào)輸入點(diǎn)“PSK基帶輸入的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“PSK基帶輸入與“PSK調(diào)制輸出的波形。并將這兩點(diǎn)的信號(hào)送入頻譜分析模塊進(jìn)展分析，觀察其頻譜。3改變送入的基帶信號(hào)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。4、PSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1將信號(hào)源模塊的位同步信號(hào)的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號(hào)，將同步信號(hào)提取模塊的撥碼開(kāi)關(guān)SW01的第一位撥上。將數(shù)字解調(diào)模塊中的撥位開(kāi)關(guān)S01撥到0，合理連接信號(hào)源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“PSK調(diào)制輸出能輸出正確的PSK調(diào)制波形。2將“PSK調(diào)制輸出的輸出信號(hào)送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸

10、入點(diǎn)“PSK-IN，將“PSK調(diào)制輸出的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“S-IN，使信號(hào)輸出點(diǎn)“載波輸出能輸出提取出的正確的載波信號(hào)方法請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)十五，再將該點(diǎn)的輸出波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“載波輸入，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“OUT處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號(hào)為“PSK/DPSK判決電壓調(diào)節(jié)的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止(電位器W01可調(diào)節(jié)乘法器的平衡度，該處在出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)好，請(qǐng)勿自行調(diào)節(jié))。將點(diǎn)“OUT輸出的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ-IN，再將同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“位同步輸出輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“PSK-BS，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“OUT4

11、、“PSK解調(diào)輸出處的波形，并與信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)展比較?？蓪⑿盘?hào)源產(chǎn)生的NRZ碼與“PSK解調(diào)輸出進(jìn)展比較，可觀察到“倒現(xiàn)象。3改變信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼的設(shè)置，重復(fù)上述觀察。并觀察當(dāng)提取出的載波在兩種不同相位時(shí)，輸出的NRZ碼有何異同。 。5、DPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn) 1將信號(hào)源模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“BS與數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“DPSK位同步輸入相連接，將信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為15.625KHz的周期性NRZ碼和64KHz的正弦波幅度為3V左右分別送入數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“DPSK基帶輸入和“DPSK載波輸入。2將數(shù)字調(diào)制模塊中的撥位開(kāi)關(guān)S01撥到1，用雙蹤示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“DPSK基帶輸

12、入與“差分編碼輸出輸出的波形。以信號(hào)輸入點(diǎn)“差分編碼輸出的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“差分編碼輸出和“DPSK調(diào)制輸出的波形。并將這兩點(diǎn)的信號(hào)送入頻譜分析模塊進(jìn)展分析，觀察其頻譜。3改變送入的基帶信號(hào)和載波信號(hào)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。6、DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1將信號(hào)源模塊的位同步信號(hào)的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號(hào)，將同步信號(hào)提取模塊的撥碼開(kāi)關(guān)SW01的第一位撥上。將數(shù)字調(diào)制模塊中的撥位開(kāi)關(guān)S01撥到1，合理連接信號(hào)源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“DPSK調(diào)制輸出能輸出正確的DPSK調(diào)制波形。2將“DPSK調(diào)制輸出的輸出信號(hào)送入數(shù)字解調(diào)模塊的信

13、號(hào)輸入點(diǎn)“DPSK-IN，將“DPSK調(diào)制輸出的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“S-IN，使信號(hào)輸出點(diǎn)“載波輸出能輸出提取出的正確的載波信號(hào)方法請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)十四，再將該點(diǎn)的輸出波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“載波輸入，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“DPSK-OUT處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號(hào)為“PSK/DPSK判決電壓調(diào)節(jié)的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止(電位器W01可調(diào)節(jié)乘法器的平衡度，該處在出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)好，請(qǐng)勿自行調(diào)節(jié))。將點(diǎn)“DPSK-OUT輸出的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ-IN，再將同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“位同步輸出輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“PSK-BS，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“OUT4、