數(shù)字調制解調試驗

1、實用文檔武漢大學教學實驗報告電子信息學院*專業(yè)2016年*月*日實驗名稱數(shù)字調制解調實驗指導教師上姓名*年級14級學號姓143012*成績一、預習部分1 .實驗目的2 .實驗基本原理3 .主要儀器設備（含必要的元器件、工具）1. 實驗目的1 .掌握FSK（ASK調制器的工作原理及性能測試；2 .掌握FSK（ASK鎖相解調器工作原理及性能測試；3 .學習基于軟件無線電技術實現(xiàn)FSK（ASK調制、解調的實現(xiàn)方法。4 .掌握PSKDPS調制解調的工作原理及性能要求；5 .進行PSKDPS調制、解調實驗，掌握相干解調原理和載波同步方法；6 .理解PSKW位模糊白成因，DSP澳現(xiàn)方法。7 .掌握多進制調

2、制的方法；8 .掌握QPS調制特性，了解QPS解調方法。2. 實驗基本原理實驗一：ASK/FS明制解調數(shù)字頻率調制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調制解調方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用。（一）FS洞制電路工作原理FS幽調制模塊采用了可編程邏輯器件和D/A轉換器件的軟件無線電結構模式，由于調制算法采用了可編程的邏輯器件完成，因此該模塊不僅可以完成ASKFS儂制，還可以完成PSKDPSKQPSKOQPSK調制方式。不僅如此，由于該模塊具備可編程的特性，學生還可以基于該模塊進行二次開發(fā)，掌握調制解調的算法過程。在學習ASKF

3、S頒制的同時，也希望學生能意識到，技術發(fā)展的今天，早期的純模擬電路調制技術正在被新興的技術所替代，因此學習應該是一個不斷進取的過程。實用文檔圖1中，基帶數(shù)據(jù)時鐘和數(shù)據(jù)，通過JCLKJD兩個挪孔輸入到可編程邏輯器件中，由可編程邏輯器件根據(jù)設置的工作D/A器件，完成數(shù)字模式，完成AS減FSK勺調制，因為可編程邏輯器件為純數(shù)字運算器件，因此調制后輸出需要經(jīng)過到模擬的轉換，然后經(jīng)過模擬電路對信號進行調整輸出，加入射隨器，便完成了整個調制系統(tǒng)。在二進制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號的頻率隨著輸入碼流的變化而切換（稱為高音和低音，代表二進制的1和0）。通常，F(xiàn)SK信號的表達式為：0<r<4

4、（二進狷口>其中Af代表信號載波的恒定偏移。叱小ASa=7加FSK信號的傳輸帶寬Br,由Carson公式給出：加不Af+2B，其中B為數(shù)字基帶信號的帶寬。假設信號帶寬限制在主瓣范圍，矩形脈沖信號的帶寬（二）FSKW調電路工作原理B=R因此，F(xiàn)SK的傳輸帶寬變?yōu)椋?。：i5K圖3FSK鎖相環(huán)解調器原理示意圖FSKW調采用鎖相解調，鎖相解調的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環(huán)時，使它鎖定在FS幽一個載頻上，此時對應的環(huán)路濾波器輸出電壓為零，而對另一載頻失鎖，則對應的環(huán)路濾波器輸出電壓不為零，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。FS頹相環(huán)解調器原理圖如圖3所示。FS頜相解調

5、器采用集成鎖相環(huán)芯片MC4046其中，壓控振蕩器的頻率是由5c2.5R3.5R4.5U3等元件參數(shù)確定，中心頻率設計在32KH旌右，并可通過調節(jié)5U3電位器進行微調。當輸入信號為32KH冊，環(huán)路鎖定，經(jīng)形成電路后，輸出高電平；當輸入信號為16KH冊，環(huán)路失鎖，經(jīng)形成電路后，輸出低電平，則在解調器輸出端就得到解調的基帶信號序列。實驗二：PSK/DPS調制解調1.PSK、DPS調制電路工作原理PSK/DPS碉制有“信道編碼與頻帶調制”模塊完成，該模塊基于FPG厭口口船片，采用軟件無線電的方式實現(xiàn)頻帶調制?？紤]到PS領制存在相位模糊問題，模塊可對輸入的基帶信號進行相對碼和絕對碼轉換。PSKDPS調制

6、原理框圖如下如所示：實用文檔圖4中，基帶數(shù)據(jù)JM口時鐘JCLK模轉換即可輸出相位鍵控信號。2.相位鍵控解調電路工作原理通過4P標口4P6兩個挪孔輸入到FPG刖,FPG欲件完成PS搟口DPS的調制后，再經(jīng)D嗽二相PSK（DPSK解調器電路采用科斯塔斯環(huán)（Constas環(huán)）解調，其原理如圖5所示。1）解調信號輸入電路輸入電路由射隨器和比較器組成，射隨器是為了發(fā)送（調制器）和接收（解調器）電路之間的隔離，從而使它們工作互不影響。比較電路是將正弦信號轉換為脈沖信號，目的是便于控制科斯塔斯特環(huán)中的乘法器。由于跟隨器電源電壓為5V,因此車入的PSKB調波信號幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否則會產(chǎn)生

7、波形失真。2）科斯塔斯環(huán)提取載波原理（原理中標號參見原理圖）PS踩用科斯塔斯特環(huán)解調，科斯塔斯特環(huán)方框原理如圖6所示。圖6科斯塔斯特環(huán)電路方框原理如圖解調輸入電路的輸出信號被加到模擬門5U6G口5U6D勾成的乘法器，前者為正交載波乘法器，相當于圖10-3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。5U7A,5U7BW邊電路為低通濾波器。5U8,5U勸判決器，它的作用是將低通濾波后的信號整形，變成方波信號。PSK軍調信號從5U87腳經(jīng)5U11B.C兩非門后輸出。異或門5U10A起模2加的作用,5U11時非門，若5U10刖輸入信號分別為解口B,因&孑1方（A、B同為0除外，因

8、AWB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10-3框圖中的乘法器3。5U12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5R26.5R29.5C20組成的比例低通濾波器，VC旎制電壓經(jīng)環(huán)路低通濾波器加到芯片的2腳，5C19為外接電容，它確定VCO!然諧振頻率。5U13a字電位器用于頻率微調，5D02,5E2用來穩(wěn)壓，以便提高VCO勺頻率穩(wěn)定度。VCO1號從7腳經(jīng)5c21輸出至移相90o電路科斯塔斯特環(huán)中的90o移實用文檔相電路若用模擬電路實現(xiàn)。則很難準確移相90o,并且相移隨頻率改變而變化。圖10-2電路中采用數(shù)字電

9、路實現(xiàn)。非門5U11F,D蟲發(fā)器5U14A.B及周圍電路組成數(shù)字900移相器。由于DM發(fā)器有二分頻作用。所以VCO1鎖定頻率應為2fc,即VC編出2048KH的波，其中一路直接加到5U14AD觸發(fā)器，另一路經(jīng)5U11F反相再加到5U11BD觸發(fā)器，兩觸發(fā)器均為時鐘脈沖正沿觸發(fā)，由于38U08A勺與兩D蟲發(fā)器的D端連接。而D蟲發(fā)器Q端輸出總是為觸發(fā)時鐘到來前M狀態(tài)，根據(jù)觸發(fā)器工作原理和電路連接關系，數(shù)字90o移相電路的相位波形圖如7所示口5U3A時熱_|一|一|一|一|一|一|犢率為勃然Kit沏仍時鐘就我一樓辜為lUNKHz圖790度數(shù)字移相器的波形圖從圖看出，載波一超前載波二90度，并且頻率為

10、1024KHZ,因此載波一為同相載波，載波二為正交載波。由于科斯塔斯特環(huán)存在相位模糊，解調器可能會出現(xiàn)反向工作。實驗三：QPSK/OQPSK制解調1 .QPSK調制解調BPSK是用兩種相位(0,兀)來表示兩種信息，而四相移相鍵控(QPSK是利用載波的四個不同相位來表征數(shù)字信息，每一個載波相位代表兩個比特的信息。因此對于輸入的二進制數(shù)字序列應該先進行分組。將每兩個比特編為一組，采用相應的相位來表示。當初始相位取0時，四種不同的相位為：0,兀/2,兀，3兀/2分別表示數(shù)字信息：11、01、00、10;當初始相位為兀/4時，四種不同的相位為：兀/4、3兀/4、5兀/4、7兀/4分別表示11、01、0

11、0、10。這兩種QPSK信號可以通過圖8的矢量圖來表征。但j初始相位為061酊始相位為nM圖8QPSKW號的矢量圖表示QPSK1號可以表示為：備")siii，其中I稱為同相分量，Q(t)稱為正交分量。根據(jù)上式可以得到QPSKE交調制器的方框圖，如圖9所示。圖9QPS。統(tǒng)調制器原理框圖從圖9可以看出，QPS調制器可以看作為兩個BPS調制器構成，輸入的二進制信息序列經(jīng)過串并轉換，分成兩路速率減半的序列I(t)和Q(t),然后對coscot和sincot進行調制，相加后即可得到QPSKI號。經(jīng)過串并變換之后的兩個支路，一路為單數(shù)碼元，另一路是偶數(shù)碼元，這兩個支路為正交，一個稱為同相支路，即

12、I支路，另一個稱為正交支實用文檔路，即Q皮路。QPSK號可以采用兩個正交的載波信號實現(xiàn)相干解調。通過載波恢復電路，產(chǎn)生相干載波，分別將同相載波和正交載波提供給同相支路和正交支路的相關器，經(jīng)過積分、判決和并串轉換，即可恢復原來的二進制信息。QPS解調框圖如圖10所示。接收仁M帶地汪曉曲據(jù)圖10QPSK1干解調框圖2 .OQPSK調制解調原理偏移四相相移鍵控（OQPSK是另外一種四相相移鍵控。將QPSK!制框圖中的正交支路信號偏移TS/2,其他不變，即可得到OQPSK信號。將正交支路信號偏移TS/2的結果是消除了已調信號中突然相移兀的現(xiàn)象。每個TS/2信號只可能發(fā)生±兀/2的變化。QPS

13、K和OQPSK號的相位轉移圖如圖11所示。圖11相位轉移圖如上圖所示，采用OQPS幽制后，相位轉移圖中的信號點只能沿著正方形四邊移動，故相位只能發(fā)生兀/2的變化。相位跳變小，所以頻譜特性要比QPSK的好。圖12OQPS調制器和相干解調器框圖三.主要儀器設備1 .RZ9681實驗平臺2 .實驗模塊：基帶信號產(chǎn)生與碼型變換模塊A2糾錯譯碼與頻帶解調模塊A5主控模塊信道編碼與頻帶調制模塊A43. 100曲通道示波器4. PCM（二次開發(fā)）實驗操作部分實用文檔1 .實驗數(shù)據(jù)、表格及數(shù)據(jù)處理2 .實驗操作過程（可用圖表示）3 .實驗結論1. 實驗數(shù)據(jù)、表格及數(shù)據(jù)處理實驗一：ASK/FS明制解調曲工總困院

14、謝IM田父1西班也工血抽閨維南Ktai出筠舌水;a.基帶數(shù)據(jù)設置與觀測調制信號觀測b.ASK載波頻率為48kHzc.載波頻率為16kHz映知宿修EotV日期£立田e.d.載波頻率為20kHzf.全0時信號頻率32kHz全1時信號頻率16kHzg.h.FSK調制信號時域觀測調制信號頻域觀測解調觀測i.FSKj.FSK實驗二：PSK/DPS調制解調實用文檔k.DPS畫制信號觀測解調l.DPSKm.相位反轉實驗三：QPSK/OQPSK制解調n.QPSK調制相位觀察o.OQPSK調制相位觀察5P15P65TP35.6.2. 實驗操作過程*測量點說明1 .主控模塊4.2 .基帶產(chǎn)生與碼型變換模

15、塊2P1:基帶數(shù)據(jù)輸出；2P3:基帶時鐘輸出；3 .信道編碼與頻帶調制模塊4P5:調制數(shù)據(jù)輸入；4P6:調制數(shù)據(jù)時鐘輸入；4P9:FSK(ASR調制輸出;糾錯譯碼與頻帶解調模塊:解調信號輸入:解調數(shù)據(jù)輸出:本地載波輸出信道編碼與調制模塊狀態(tài)指示糾錯譯碼與解調模塊狀態(tài)指示實驗一：ASK/FS明制解調1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下，確認下列模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇“數(shù)字調制解調實驗”中“ASK/FS明制解調"，按圖連線。注：流程圖中：“基帶設置”用于改變調制數(shù)據(jù)“

16、載波頻率”用于改變FS頒制的中心頻率，默認fc=24KHZ,;“頻率分離”用于改變FSKS偏，默認Af=8KHZ;實用文檔3 .加電打開系統(tǒng)電源開關，A2.A4和A5莫塊右上角紅色電源指示燈亮，幾秒后A2.A4和A5莫塊左上角綠色運行指示燈開始閃爍，說明模塊工作正常。若兩個指示燈工作不正常，需關電查找原因。4 .ASK調制信號觀察：選擇AS項驗，按圖9-5連接線路，示波器一個通道測基帶信號2TP1,并用基帶信號作示波器同步源；用示波器另一個通道觀測研究4TP硼制信號，分析ASKM制信號特性；5 .FSK兩個載波觀察：按圖9-4上“基帶設置”按鈕，基帶碼型選“16位設置數(shù)據(jù)”，分別設置成全“1”

17、和全“0”，用示波器觀測4TP9,讀出信號頻率；調整“載波頻率”和“頻率分離”再觀測4TP9載波信號；6 .FSK調制信號觀察：在實驗步驟5的基礎上，改變基帶信號（隨機碼或16位設置數(shù)據(jù)，速率2K）,示波器一個通道測基帶信號2TP1,并用基帶信號作示波器同步源；用示波器另一個通道觀測研究4TP9調制信號，分析FS儂制信號特性；7 .FSK解調接實驗步驟6,示波器一個通道測4TP5（作同步源），另一通道測解調信號5TP6,左右旋轉模塊右下角編碼開關，使5TP6的信號和4TP5言號基本一致即實現(xiàn)FSK（ASK解調；8 .基帶速率與FS領制帶寬改變基帶信號速率為4K<8K,按實3步驟7,觀測F

18、SKB否解調9 .關機拆線：實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放實驗附件。實驗二：PSK/DPS調制解調1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下，確認下列模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇PS喇制解調實驗，按圖連接信號線注：流程圖中：“基帶設置”用于改變調制數(shù)據(jù)“載波頻率”用于改變PS頷制的載波頻率，默認fc=1024KHZ;旋轉頻率度盤可以改變載波頻率；解調輸出選擇：PS陽斯塔斯特環(huán)中只有PSKF口本地載波同相或反相的那路才能解出基帶數(shù)據(jù)，正交的那路不能解出基帶數(shù)據(jù)，實驗時我們可

19、以用鼠標點擊環(huán)路左側的兩個乘號選擇進入抽樣判決電路的信號；相位模糊觀測：鼠標點擊“VCO按鈕，相干載波會反相，輸出數(shù)據(jù)也會反相3 .加電打開系統(tǒng)電源開關，A2.A4和A5莫塊右上角紅色電源指示燈亮，幾秒后A2.A4和A5莫塊左上角綠色運行指示燈開始閃爍，說明模塊工作正常。若兩個指示燈工作不正常，需關電查找原因。4 .PSK或DPS調制信號觀察設置基帶數(shù)據(jù)為隨便機碼或設置數(shù)據(jù)，用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5言號作同步；另一個通道觀測PSK調制信號4TP9。研究PS臧DSP威波相位和基帶的對應關系；5 .PSK解調用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5言號作同步；另一個

20、通道觀測PSKK郵t號5TP6,左右旋轉模塊右下角編碼開關，使5TP6勺信號和4TP5言號基本一致即實現(xiàn)PSK（DPSK解調；如果旋轉編碼開關不起作用，可切換相干解調的另一路作為解調輸出（方法見圖10-5注）。實用文檔判決信號觀察：用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5信號作同步；另一個通道觀測5TP2,左右旋轉模塊右下角編碼開關，使5TP2的信號最清晰；這時用觀測5TP2的通道測5TP6,看解調輸出是否正常；6 .PSK相位模糊觀察PSK解調時如果本地載波和調制信號反相，則輸出的基帶數(shù)據(jù)也會反相，這就是相位模糊。實驗時我們用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5信號作同步；

21、另一個通道觀測5TP6,正常解調時觀察兩個通道信號是否反相，如果反相說明有相位模糊，可通過改變載波相位消除相位模糊（方法見圖10-5注）。7 .DPSK調制解調采用DPSK調制解調時，輸入的基帶數(shù)據(jù)首先進行相對碼轉換，解調完后再轉成絕對碼，實驗方法同4和5,點擊“VCO按鈕，觀測5TP6和4TP5相位關系；8 .（D）PSK信道誤碼測試，點擊圖10-6右上解“！”圖標，系統(tǒng)可調出誤碼儀功能，如圖：選擇誤碼儀，設置碼型、速率等，將5P6解調數(shù)據(jù)輸出到2P8誤碼數(shù)據(jù)輸入，啟動誤碼測試（見第一部分模塊介紹中誤碼儀使用），實驗三：QPSK/OQPSK制解調1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下，確認下列模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇PSK調制解調實驗，按圖連接信號線注：流程圖中：“基帶設置”用于改變調制數(shù)據(jù)“載波頻率”用于改變PSK調制的載波頻率，缺省fc=128KHZ;旋轉頻率度盤可以改變載波頻率；3 .加電打開系統(tǒng)電源開關，A2.A4和A5模塊右上角紅色電源指示燈亮，幾秒后A