數(shù)據(jù)通信原理實驗報告 (6)

1、福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告課程名稱：數(shù)據(jù)通信原理姓 名： 系：電子信息工程專 業(yè)：電子信息工程年 級： 學(xué) 號：指導(dǎo)教師：職 稱：講師2012年 12 月 3 日 實驗項目列表序號實驗項目名稱成績指導(dǎo)教師1數(shù)字信號源實驗2數(shù)字調(diào)制實驗32ASK、2FSK數(shù)字解調(diào)實驗42DPSK數(shù)字解調(diào)實驗5數(shù)字基帶通信系統(tǒng)實驗福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告系： 電子信息工程專業(yè)： 電子信息工程 年級： 2010 姓名： 學(xué)號： 實驗課程： 數(shù)據(jù)通信原理 實驗室號：_田C405 實驗設(shè)備號： 3 實驗時間： 11.21 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 實驗一 數(shù)字信號源實驗一、 實驗

2、目的和要求1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號波形特點。2、掌握集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。3、掌握數(shù)字信號源電路組成原理。4、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、幀同步信號（FS）、位同步時鐘（BS）。5、用示波器觀察NRZ、FS、BS三信號的對應(yīng)關(guān)系。6、學(xué)習(xí)電路原理圖。二、實驗原理 本模塊是實驗系統(tǒng)中數(shù)字信號源，即發(fā)送端，其原理方框圖如圖1-1所示。本單元產(chǎn)生NRZ信號，信號碼速率約為170.5KB，幀結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。幀長為24位，其中首位無定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號，每路8位。此NRZ信號為

3、集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號。發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄狀態(tài)表示0碼。 本模塊有以下測試點及輸入輸出點： · CLK-OUT時鐘信號測試點，輸出信號頻率為4.433619MHz · BS-OUT信源位同步信號輸出點/測試點，頻率為170.5KHz · FS信源幀同步信號輸出點/測試點,頻率為7.1KHz · NRZ-OUTNRZ信號輸出點/測試點 圖1-3為數(shù)字信源模塊的電原理圖。圖1-1中各單元與圖1-3中的元器件對應(yīng)關(guān)系如下： · 晶振 CRY：晶體；U1：反相器7404· 分頻器 US2：計數(shù)器74161；US3：計數(shù)器741

4、93； US4：計數(shù)器40160 · 并行碼產(chǎn)生器 KS1、KS2、KS3：8位手動開關(guān)，從左到右依次與幀同步碼、數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2相對應(yīng)；發(fā)光二極管左起分別與一幀中的24位代碼相對應(yīng) · 八選一 US5、US6、US7：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 · 三選一 US8：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 · 倒相器 US10：非門74HC04 · 抽樣 US9：D觸發(fā)器74HC74圖1-1 數(shù)字信源方框圖圖1-2 幀結(jié)構(gòu) 下面對分頻器，八選一及三選一等單元作進一步說明。 （1）分頻器 74161進行13分頻，輸出信號頻率為341kHz。74161是一個4位二進制加

5、計數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16運算，輸出BS、S1、S2、S3等4個信號。BS為位同步信號，頻率為170.5kHz。S1、S2、S3為3個選通信號，頻率分別為BS信號頻率的1/2、1/4和1/8。74193是一個4位二進制加/減計數(shù)器，當CD= PL =1、MR=0時，可在Q0、QB、QC及QD端分別輸出上述4個信號。 40160是一個二一十進制加計數(shù)器，預(yù)置在7狀態(tài)，完成÷3運算，在Q0和Q1端分別輸出選通信號S4、S5，這兩個信號的頻率相等、等于S3信號頻率的1/3。 分頻器輸出的S1、S2、S3、S4、S5

6、等5個信號的波形如圖1-4（a）和1-4（b）所示。 （2）八選一 采用8路數(shù)據(jù)選擇器4512，它內(nèi)含了8路傳輸數(shù)據(jù)開關(guān)、地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動器，其真值表如表1-1所示。US5、US6和US7的地址信號輸入端A、B、C并連在一起并分別接S1、S2、S3信號，它們的8個數(shù)據(jù)信號輸入端x0 x7分別K1、K2、K3輸出的8個并行信號連接。由表1-1可以分析出US5、US6、US7輸出信號都是碼速率為170.5KB、以8位為周期的串行信號。 （3）三選一三選一電路原理同八選一電路原理。S4、S5信號分別輸入到US8的地址端A和B，US5、US6、US7輸出的3路串行信號分別輸入到US8的數(shù)據(jù)端x3、

7、x0、x1，U8的輸出端即是一個碼速率為170.5KB的2路時分復(fù)用信號，此信號為單極性不歸零信號（NRZ）。圖1-4 分頻器輸出信號波形 （4）倒相與抽樣圖1-1中的NRZ信號的脈沖上升沿或下降沿比BS信號的下降沿稍有點遲后。在實驗二的數(shù)字調(diào)制單元中，有一個將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa的電路，要求輸入的絕對碼信號的上升沿及下降沿與輸入的位同步信號的上升沿對齊，而這兩個信號由數(shù)字信源提供。倒相與抽樣電路就是為了滿足這一要求而設(shè)計的，它們使NRZ-OUT及BS-OUT信號滿足碼變換電路的要求。表1-1 4512真值表CBAINHDISZ00000x000100x101000x201100x310000x4

8、10100x511000x611100x71001高阻圖1-3 數(shù)字信源電原理圖 FS信號可用作示波器的外同步信號，以便觀察2DPSK等信號。 FS信號、NRZ-OUT信號之間的相位關(guān)系如圖1-5所示，圖中NRZ-OUT的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號時間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時間超前一個碼元。圖1-5 FS、NRZ-OUT波形三、 主要儀器設(shè)備（1）通信原理實驗箱（2）示波器四、操作方法與實驗步驟1、熟悉信源模塊的工作原理。2、打開電源開關(guān)及模塊電源開關(guān)，用示波器觀察

9、數(shù)字信源模塊上的各種信號波形。 3、用同軸電纜將FS輸出與示波器外同步信號輸入端相連接，把FS作為示波器的外同步信號，進行下列觀察：（1） 示波器的兩個通道探頭分別接NRZ-OUT和BS-OUT，對照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對應(yīng)的發(fā)光管熄）；（2） 用撥碼K1產(chǎn)生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點。五、實驗內(nèi)容及實驗數(shù)據(jù)記錄1、熟悉信源模塊的工作原理。本模塊有以下測試點及輸入輸出點： ·

10、; CLK-OUT時鐘信號測試點，輸出信號頻率為4.433619MHz · BS-OUT信源位同步信號輸出點/測試點，頻率為170.5KHz · FS信源幀同步信號輸出點/測試點,頻率為7.1KHz· NRZ-OUTNRZ信號輸出點/測試點（信號源模塊）2、示波器探頭檢查3、示波器觀察數(shù)字信源模塊上的各種信號波形。（1）CLK信號波形（2）BS-OUT信號波形（位同步信號）（3）FS信號波形（幀同步信號）（4）NRZ信號波形（單極性不歸零碼信號）3、用同軸電纜將FS輸出與示波器外同步信號輸入端相連接，把FS作為示波器的外同步信號電路連接圖：（1） 示波器的兩個通道

11、探頭分別接NRZ-OUT和BS-OUT，對照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)。（注：紅色為NRZ-OUT信號，黃色為BS-OUT）（2） 用撥碼K1產(chǎn)生代碼×1110010，K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼。（注：從左到右分別為K1K2K3）六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析1、當示波器的兩個探頭分別接NRZ-OUT和BS-OUT時，發(fā)光二極管處于亮的狀態(tài)（且可以仔細觀察發(fā)現(xiàn)撥碼K為低電平時候發(fā)光二極管滅，為高電平時發(fā)光二極管亮），表明數(shù)字信源單元正常工作。（2）從示波器中可以觀察到的單極性非歸零碼（NRZ）、幀同步信號（FS）、位同步時鐘（BS）圖像如上所示。從示波器中可以觀察到NRZ、FS兩個信號的對應(yīng)關(guān)系見

12、下圖：注：圖中NRZ-OUT的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號時間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時間超前一個碼元。（3）從示波器中可以看出單極性不歸零的占空比為100%。（4）由本實驗以及上述可以總結(jié)NRZ的特點為發(fā)送能量大且有利于提高接受端信比，帶寬窄但直流和低頻成分大，但是NRZ不能提取同步信息，而且判決電平也不穩(wěn)定，其主要用于設(shè)備內(nèi)部和短距離通信中。（5）根據(jù)實驗觀察和記錄結(jié)果可知NRZ、FS、BS三個信號的對應(yīng)關(guān)系為：FS信號的上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時間超前一

13、個碼元，信源同步信號BS是周期矩形信號。七、質(zhì)疑、建議、問題討論問題：在實驗中，有些的探頭接線有問題或則受到干擾，波形會有毛刺或出錯。福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告系： 電子信息工程專業(yè)： 電子信息工程 年級： 2010 姓名： 學(xué)號： 實驗課程： 數(shù)據(jù)通信原理 實驗室號：_田C405 實驗設(shè)備號： 3 實驗時間： 11.21 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 實驗二 數(shù)字調(diào)制實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?1、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關(guān)系。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號的方法。 3、掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關(guān)系、絕對碼波形與2DP

14、SK信號波形之間的關(guān)系。 4、了解2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。 5、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。 6、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號波形。 7、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。二、實驗原理本實驗使用數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供位同步信號和數(shù)字基帶信號（NRZ碼）。調(diào)制模塊將輸入的NRZ絕對碼變?yōu)橄鄬Υa、用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號。（A）二進制數(shù)字調(diào)制原理12ASK1產(chǎn)生 2頻譜 式中Ps(f)為m(t)的功率密度Peo(f)-f

15、c0fcps(f)-fs0fs譜零點帶寬 B=2fs=2RB發(fā)濾波器最小帶寬可為fs(理論值)也可將基帶信號處理后再進行2ASK調(diào)制升余弦滾降濾波器發(fā)濾波器升余弦滾降信號fccosct濾除諧波fc-fs/2fc+fs/2222FSK1產(chǎn)生VCO相位連續(xù)相位不連續(xù)cosc1tcosc2tm(t)電子開關(guān)102頻譜鍵控法2FSKfc2fc2+fsfc1fc1+fs 或fc2fc1fc2fc1式中是m(t)的功率譜，是的功率譜當p(1)=p(0)時，= 2FSK信號帶寬32PSK（BPSK） （絕對調(diào)相）電子開關(guān)180°°！°m(t)BNRZcosct2PSKcosct

16、m(t)NRZ1 產(chǎn)生2PSK100110信息代碼cosct 2PSKcosct 2PSK 信息代碼2PSK規(guī)律：“異變同不變”，即本碼元與前一碼元相異時，本碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的未相變化180°，相同時則不變。pe0(f)fc-fsfcfc+fs2頻譜 ，Peo(f)中無離散譜fc為m(t)的頻譜,當p(1)=p(0)時ps(f)中無直流， B=2fs42DPSK（差分相位鍵控，相對調(diào)相） 1產(chǎn)生 碼變換2PSK調(diào)制法2PSK調(diào)制Ts2PSK(bk)2DPSK(ak)akbkbk-112DPSK(ak)2PSK(bk)1011001110000000

17、00akbkbk-1cosctk:0123456絕對碼ak相對碼bk變化規(guī)律：“1變0不變”。bk=ak+bk-1，設(shè)bk初始值為1，各點波形如圖所示： 第一個碼元內(nèi)信號的初相可任意假設(shè) ak2DPSK規(guī)律：“1變0不變”，即信息代碼（絕對碼）為“1”時，本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的未相變化180°，信息代碼為“0”時，則本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相不變化。 2頻譜 同2PSK（B）電路原理 數(shù)字調(diào)制單元的原理方框圖及電路圖分別如圖2-1，圖2-2所示。圖2-1 數(shù)字調(diào)制方框圖圖2-2 數(shù)字調(diào)制原理圖 本單元有以下測

18、試點及輸入輸出點：· BS-IN位同步信號輸入點· NRZ-IN數(shù)字基帶信號輸入點· CAR2DPSK信號載波測試點· AK絕對碼測試點（與NRZ-IN相同）· BK相對碼測試點· 2DPSK（2PSK）-OUT2DPSK（2PSK）信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V· 2FSK-OUT2FSK信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V· 2ASK-OUT2ASK信號測試點，VP-P>0.5V圖2-1中晶體振蕩器與信源共用，位于信源單元，其它各部分與圖2-2中的主要元器件對應(yīng)關(guān)系如下：·

19、 ¸2（A）UM2：雙D觸發(fā)器74HC74· ¸2（B） UM2：雙D觸發(fā)器74LS74· 濾波器AUM5：運放LF347，調(diào)諧回路· 濾波器BUM5：運放LF347，調(diào)諧回路· 碼變換UM1：雙D觸發(fā)器74LS74；UM3：異或門74LS86· 2ASK調(diào)制UM6：三路二選一模擬開關(guān)4053· 2FSK調(diào)制UM6：三路二選一模擬開關(guān)4053· 2DPSK（2PSK調(diào)制）UM6：三路二選一模擬開關(guān)4053· 放大器QM4：三極管9013· 射隨器QM1：三極管9013將晶振信號進行2分

20、頻、濾波后，得到2ASK的載頻2.2165MHZ。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個頻率相等、相位相反的信號，這兩個信號就是2PSK、2DPSK的兩個載波，2FSK信號的兩個載波頻率分別為晶振頻率的1/2和1/4，也是通過分頻和濾波得到的。下面重點介紹2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖2-3所示。圖2-3 2PSK、2DPSK波形圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍。2PSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時，2PSK信號相位變化180°，相同時2PSK信號相位不變，可簡稱為“異變同不變”。2DPSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時

21、，2DPSK信號的相位變化180°。碼元為“0”時，2DPSK信號的相位不變，可簡稱為“1變0不變”。 應(yīng)該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號的初相與上一碼元內(nèi)信號的末相進行比較，而不是將相鄰碼元信號的初相進行比較。實際工程中，2PSK或2DPSK信號載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是哪種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。 本單元用碼變換2PSK調(diào)制方法產(chǎn)生2DPSK信號，原理框圖及波形圖如圖2-4所示。相對于絕對碼AK、2PSK調(diào)制器的輸出就是2DPSK信號，相對于相對碼、2PSK調(diào)制器的輸出是2PSK信號。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)

22、信號的相位變化與AK、BK的關(guān)系當然也是符合上述規(guī)律的，即對于AK來說是“1變0不變”關(guān)系，對于BK來說是“異變同不變”關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變”規(guī)律。圖2-4中調(diào)制后的信號波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即“00100”，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。2DPSK通信系統(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實際通信中采用2DPSK而不用2PSK（多進制下亦如此，采用多進制差分相位調(diào)制MDPSK），此問題將在數(shù)字解調(diào)實驗中再詳細介紹。圖2-4 2DPSK調(diào)制器2PSK信號的時域表達式為 S(t)= m(t)Cosct式中m(t)為雙極性

23、不歸零碼BNRZ，當“0”、“1”等概時m(t)中無直流分量，S(t)中無載頻分量，2DPSK信號的頻譜與2PSK相同。2ASK信號的時域表達式與2PSK相同，但m(t)為單極性不歸零碼NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信號中有載頻分量。2FSK信號（相位不連續(xù)2FSK）可看成是AK與AK調(diào)制不同載頻信號形成的兩個2ASK信號相加。時域表達式為式中m(t)為NRZ碼。圖2-5 2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK信號功率譜設(shè)碼元寬度為Ts，fS=1Ts在數(shù)值上等于碼速率，2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK的功率譜密度如圖2-5所示?？梢姡?ASK、2PSK（2DPSK）的功率

24、譜是數(shù)字基帶信號m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK（2DPSK）為線性調(diào)制信號。多進制的MASK、MPSK（MDPSK）、MFSK信號的功率譜與二進制信號功率譜類似。本實驗系統(tǒng)中m(t)是一個周期信號，故m(t)有離散譜，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK也具有離散譜。三、主要儀器設(shè)備（1）通信原理實驗箱（2）示波器四、實驗步驟1、熟悉數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。2、連線：數(shù)字調(diào)制單元的CLKIN、BSIN、NRZIN分別連至信源單元CLKOUT、BSOUT、NRZOUT。打開電源開關(guān)和模塊電源開關(guān)。3、用數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步信號，示波

25、波CH1接AK，CH2接BK，信源模塊的KS1、KS2、KS3置于任意狀態(tài)（非全0），觀察AK、BK波形，總結(jié)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。4、示波器CH1接2DPSK-OUT，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號的幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。5、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK-OUT和2ASK-OUT；觀察這兩個信號與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對應(yīng)的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是

26、沒有影響的）。6、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜（條件不具備時不進行此項觀察）。應(yīng)該注明的是：由于示波器的原因，實驗中可能看不到很理想的2FSK、2DPSK波形。四、 實驗內(nèi)容及實驗數(shù)據(jù)記錄（1） 電路連接如下（注：數(shù)字調(diào)制單元的CLKIN、BSIN、NRZIN分別連至信源單元CLKOUT、BSOUT、NRZOUT；數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步信號，示波波CH1接AK，CH2接BK，信源模塊的KS1、KS2、KS3置于任意狀態(tài)（非全0）（2） 用數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步信號，示波波CH1接AK，CH2接BK，觀察AK和BK的波形。（3） 示

27、波器CH1接2DPSK-OUT，CH2分別接AK及BK時的波形。1）用示波器觀察AK的波形如下： (電路連接) （AK波形）2）用示波器觀察BK的波形如下： (電路連接) （BK波形）3）把AK/BK開關(guān)向左打，得到相對碼波形如下：4）把AK/BK開關(guān)向右打，得到絕對碼波形分別如下： （4） 示波器CH1接AK：1） CH2接2FSK-OUT的電路連接以及波形。 2） CH2接2ASK-OUT的波形。6實驗數(shù)據(jù)處理與分析（1）由實驗可以得出相對碼波形與2PSK波形的對應(yīng)關(guān)系為：（2）由實驗也可以得到絕對碼波形和2DPSK信號波形之間的關(guān)系為：（3）絕對碼和相對碼之間的關(guān)系為：絕對碼ak相對碼b

28、k變化規(guī)律：“1變0不變”。bk=ak+bk-1，設(shè)bk初始值為1，各點波形如圖所示：（4）2PSK和2DPSK兩者的關(guān)系為：相對調(diào)相本質(zhì)上是經(jīng)過相對碼變換后的數(shù)字序列的絕對調(diào)相。（5）實驗報告要求1）設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。答： 絕對碼 11111，00000，10011010 相對碼 10101，00000，11101100 或 01010，11111，000100112) 設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。答： 絕對碼 11111，00000，10011010 相對碼 00000，00000，01010111 或 10000，10000，11

29、0101113) 設(shè)信息代碼為1001 1010，載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號波形。4)總結(jié)絕對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律并設(shè)計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。答： 絕對碼至相對碼的變換規(guī)律:“1”變“0”不變，即絕對碼的“1”碼時相對碼發(fā)生變化，絕對碼的“0”碼時相對碼不發(fā)生變化。此為信號差分碼。 相對碼至絕對碼的變換規(guī)律:相對碼的當前碼元與前一碼元相同時對應(yīng)的當前絕對碼為“0”碼，相異時對應(yīng)的當前絕對碼為“1”碼。5)總結(jié)2DPSK信號的相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之

30、間的關(guān)系）。答： 2DPSK信號的相位變化與絕對碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：“1變0不變”，即“1”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相變化180º，“0”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相與前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相相同。2PSK 信號的相位變化與相對碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：“異變同不變”，即當前碼元與前一碼元相異時則當前碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相變化180º。相同時則碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相無變化。七質(zhì)疑、建議、問題討論質(zhì)疑：在進行FSK和ASK調(diào)制前，有必要對信源單元的NR

31、Z碼進行絕對碼到相對碼的變換嗎？為什么？ 福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告系： 電子信息工程專業(yè)： 電子信息工程 年級： 2010 姓名： 學(xué)號： 實驗課程： 數(shù)據(jù)通信原理 實驗室號：_田C405 實驗設(shè)備號： 3 實驗時間： 11.21 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 實驗三 2ASK、2FSK數(shù)字解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?1. 掌握2ASK過零檢測解調(diào)原理。2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。 3. 用示波器觀察2ASK過零檢測解調(diào)器各點波形。4. 用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。二、實驗原理（A）2ASK解調(diào)（1）包絡(luò)檢波BPF整流LPF抽樣判決位同步器x(t)r(t

32、)cp(t)e0(t)x(t)r(t)cp(t)無碼間串擾實際系統(tǒng)中x（t）遲后于eo(t)，進行數(shù)學(xué)抽象時認為系統(tǒng)是物理不可實現(xiàn)的，是否有碼間串擾決定于濾波器和信道的頻率特性。BPFLPF抽樣判決位同步器x(t)r(t)cp(t)載波同步cosctLPF用來濾除高頻，一般對碼間串擾無影響。（2） 相干解調(diào)e0(t)x(t)r(t)cp(t)無碼間串擾r（t）與（1）中不同，有正、負值，其它同（1）（3）過零檢測g限幅微分整流單穩(wěn)低通抽樣判決位同步器abcdefcp(t) 波形圖見P134圖6-7，但還要對f（t）進行樣判決處理。f(t)cp(t)AB 判決準則： （B）2FSK解調(diào)（1） 包

33、絡(luò)檢波BPF1BPF2整流LPF整流LPF位同步抽樣判決fc1fc2a(t)b(t)條件：。 判決準則： （2）相干解調(diào)BPF1BPF2LPFLPF位同步抽樣判決a(t)b(t)載波同步cosc1t載波同步cosc2t判決準則同（1）（3）過零檢測g限幅微分整流單穩(wěn)低通抽樣判決位同步器abcdefcp(t) 波形圖見P134圖6-7，但還要對f（t）進行樣判決處理。f(t)cp(t)AB 判決準則：（C）電路原理 2FSK信號的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。圖3-1 2FSK過零檢測解調(diào)方框圖圖3-2 2FSK數(shù)字解調(diào)電路圖本實驗采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號。圖

34、3-1、圖3-2分別為解調(diào)器的方框圖和電路原理圖。 2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點： · 2FSK-IN 2FSK信號輸入點/測試點 · BS-IN 位同步信號輸入點 · FD 2FSK過零檢測輸出信號測試點 · LPF 低通濾波器輸出點/測試點 · NRZ（B） 位同步提取輸出測試點 · NRZOUT 解調(diào)輸出信號的輸出點/測試點 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路圖中元器件對應(yīng)關(guān)系如下： · 整形1 UF1:A：反相器74HC04· 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2 UF2：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123 ·

35、相加器 UF3：或門74LS32 · 低通濾波器 UF4：運算放大器LM318；若干電阻、電容 · 整形2 UF1:B：反相器74HC04 · 抽樣器 UF5:A：雙D觸發(fā)器74HC74 在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器用來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串擾條件。本實驗系統(tǒng)中為簡化實驗設(shè)備，發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒有帶通濾波器、信道是理想的，故解調(diào)器輸入端就沒加帶通濾波器。 2FSK解調(diào)器工作原理及有關(guān)問題說明如下：· 圖3-3為2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“0”碼

36、載頻等于碼速率。圖3-3 2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖整形1和整形2的功能與比較器類似，在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。74HC04的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電平約為2.5V，可把輸入信號進行硬限幅處理。整形1將正弦2FSK信號變?yōu)門TL電平的2FSK信號。整形2和抽樣電路共同構(gòu)成一個判決電平為2.5V的抽樣判決器。· 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對TTL電平的2FSK信號進行微分、整流處理。·LPF不是TTL電平信號且不是標準的非歸零碼，必須進行抽樣判決處理。UF1對抽樣判決輸出信號進行整形。·必須說明一點，2FSK解調(diào)的

37、信號碼不能為全0或全1，否則抽樣判決器不能正常工作。 三、 主要儀器設(shè)備（1）通信原理實驗箱（2）示波器四、操作方法與實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、載波同步模塊、2DPSK解調(diào)模塊及2FSK解調(diào)模塊，它們之間的信號連結(jié)方式如圖3-4所示。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的位同步信號來自位同步提取單元，本實驗中這個信號直接來自數(shù)字信源。圖3-4 數(shù)字解調(diào)實驗連接圖1、按圖5-4將五個模塊的信號輸出、輸入點連在一起。打開交流電源開關(guān)和各使用模塊的電源開關(guān)。2、檢查數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊及載波同步模塊是否已在工作正常。3、2FSK解調(diào)實驗示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別2

38、FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、NRZ（B）及NRZ-OUT，觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖3-3所示的理論波形。4、2ASK解調(diào)實驗 實驗方式與2FSK一樣五、 實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)（1） 電路連接圖（2）數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊及載波同步模塊相關(guān)波形（注：這里僅檢驗載波波形是否同步，由于數(shù)字信源及數(shù)字調(diào)制模塊在前兩個實驗已經(jīng)有相關(guān)的驗證，這里不重復(fù)）（2） 示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、NRZ（B）及NRZ-OUT的波形。1） 2FSK波形2） FD波形3） LPF波形4） NR

39、Z（B）波形5） NRZ-OUT的波形六、 實驗數(shù)據(jù)處理與分析（1）2FSK解調(diào)的信號碼不能為全0或全1，否則抽樣判決器不能正常工作。（2）在相干解調(diào)中，不可能既傳送“1”碼又傳送“0”碼。（3）2FSK經(jīng)過限幅、微分、整流、單穩(wěn)、低通和抽樣判決后可以得到基信號。（4）實驗報告要求設(shè)信息代碼為1001101，2FSK的兩個載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出2FSK過零檢測解調(diào)器輸入的2FSK波形及FD、LPF、AK波形（設(shè)低通濾波器及整形2都無倒相作用）。2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖：7、 質(zhì)疑、建議、問題討論注意：2FSK解調(diào)的信號碼不能為全0或全1，否則抽樣

40、判決器不能正常工作。在實驗中發(fā)現(xiàn)很多波形都不理想，甚至變形的很厲害。福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告系： 電子信息工程專業(yè)： 電子信息工程 年級： 2010 姓名： 學(xué)號： 實驗課程： 數(shù)據(jù)通信原理 實驗室號：_田C405 實驗設(shè)備號： 3 實驗時間： 11.21 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 實驗四 2DPSK數(shù)字解調(diào)實驗一、 實驗?zāi)康暮鸵?、 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2、 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。二、 實驗原理（A）2PSK解調(diào)：只能用相干解調(diào)法BPFLPF抽樣判決抽樣判決 a bcp(t)載波同步cosctc-cosct設(shè)收發(fā)濾波器及信道對2PSK信號波形

41、無影響，各點波形如下a(t)-cosctb(t)r(t)cp(t)c(t) 1 0a(t)cosctr(t)cp(t)c(t)b(t) 1 0 設(shè)用平方環(huán)提取相干載波cos2ct平方鎖相環(huán)÷2帶通m(t)cosct2fccosct-cosct÷2cos2ctcosct-cosct ÷2電路有“1”和“0”兩個不同的初始狀態(tài)，故其輸出信號有0、兩個不同相位的信號。用其它方法（如castos環(huán)等）提取相干載波時也會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，此為相干載波相位模糊現(xiàn)象。由于有兩種相干載波，使解調(diào)輸出現(xiàn)兩種可能，即m(t)或。在2DPSK中,數(shù)字信息是用前后碼元已調(diào)信號的相位變化來表示

42、的,因此用有相位模糊的載波進行相干解調(diào)時并不影響相對關(guān)系.雖然解調(diào)得到的相對碼完全是0,1倒置,但經(jīng)過差分譯碼得到得絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象,從而克服了相位模糊的問題。故工程上不用2PSK，而用2DPSK。 （B）2DPSK解調(diào) （1）相干解調(diào)cp(t)abcedfakbk-1 BPF載波同步LPF位同步抽樣判決TS2PSK解調(diào)碼反變換bk設(shè)收發(fā)濾波器及信道對2DPSK信號波形無影響，則各點波形如下a-af(t)e(t)cp(t)d(t)c(t)b(t)a(t)信息代碼（發(fā)ak）001110bk 1 1 0 0 1 0ak 0 0 1 0 1 1 此處設(shè)fc=RB，實際工作中并不要求載波與

43、碼速率滿足某一關(guān)系。碼反變換輸出的第一位可任意選取。 （2）差分相干解調(diào)（相位比較法）BPFTsLPF抽樣判決位同步acdebcp(t) 當碼元寬度Ts與載波周期TC滿足一定關(guān)系時才能用此方法解調(diào)2DPSK001100011a(t)b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t) 設(shè)TS=KTc 則判決規(guī)則為：若則判決規(guī)則為：（C）電路原理 可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號。在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當此關(guān)系不能滿足時只能用相干解調(diào)法。本實驗系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實際工程中相干解調(diào)法用得最多。圖4-1 2DPS

44、K相干解調(diào)方框圖圖4-2 2DPSK數(shù)字解調(diào)電路圖本實驗采用相干解調(diào)法解調(diào)2DPSK信號、采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號。圖4-1、圖4-2分別為解調(diào)器的方框圖和電原理圖。 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點： · 2DPSK-IN 2DPSK信號輸入點/測試點 · BS-IN位同步信號輸入點 · CAR-IN相干載波輸入點 · MU相乘器輸出信號測試點 · LPF 低通、運放輸出信號測試點 · NRZ（B）整形輸出信號的輸出點/測試點 · BK解調(diào)輸出相對碼測試點 · NRZ-OUT解調(diào)輸出絕對碼的輸出

45、點/測試點 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路圖中元器件的對應(yīng)關(guān)系如下： · 相乘器 UP1：模擬乘法器MC1496 · 低通濾波器RP11，CP1 · 整形 UP5A、B：74HC04 · 抽樣器 UP3:A：雙D觸發(fā)器7474 · 碼反變換器 UP3:B：雙D觸發(fā)器7474；UP4:A：異或門7486 在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器用來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串擾條件。本實驗系統(tǒng)中為簡化實驗設(shè)備，發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒有帶通濾波器、信道是理想的，故解調(diào)器輸入端就沒加帶通濾波器。 下面對

46、2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問題加以說明。 · 比較器的輸出怕NRZ（B）為TTL電平信號，它不能作為相對碼直接送給碼反變器，因為它并不是一個標準的單極性非歸零碼，其單個“1”碼對應(yīng)的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。另外，當LPF中有噪聲時，CM-OUT中還會出現(xiàn)噪聲脈沖。 · 異或門74LS86輸出的絕對碼波形的高電平上疊加有小的干擾信號，經(jīng)U34整形后即可去掉。 DPSK相干解調(diào)器模塊各點波形示意圖如圖4-3所示。圖中設(shè)相干載波為p相。圖4-3 2DPSK相干解調(diào)波形示意圖 2FSK解調(diào)器工作原理及有關(guān)問題說明如下：· 必須說明一點，

47、2DPSK解調(diào)的信號碼不能為全0或全1，否則抽樣判決器不能正常工作。 三、主要儀器設(shè)備（1）通信原理實驗箱（2）示波器四、操作方法與實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、載波同步模塊、2DPSK解調(diào)模塊，它們之間的信號連結(jié)方式如圖4-4示。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的位同步信號來自位同步提取單元。本實驗中這個信號直接來自數(shù)字信源。圖4-4 數(shù)字解調(diào)實驗連接圖1、 按圖5-5將五個模塊的信號輸出、輸入點連在一起。打開交流電源開關(guān)和各使用模塊的電源開關(guān)。2、 信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊及載波同步模塊是否已在工作正常，使載波同步模塊提取的相干載波CAR-OUT與2DPSK信號的載波CAR同相（或反相

48、）。 2DPSK解調(diào)實驗用數(shù)字信源的FS信號作為示波器外同步信號，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖5-3所示的理論波形。示波器的CH2接LPF，可看到LPF與MU反相。當一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負極性信號與0電平對稱，否則不對稱。斷開、接通電源若干次，使數(shù)字調(diào)制單元CAR信號與載波同步單元CAR-OUT信號同相，觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字調(diào)制單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、NRZ-OUT信號之間的關(guān)系。再斷開、

49、接通電源若干次，使CAR信號與CAR-OUT信號反相，重新進行步驟（3）的觀察。 在進行上述各步驟時應(yīng)注意運放是一個反相放大器。五、實驗內(nèi)容及實驗數(shù)據(jù)記錄（1） 反相時： 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。（2）同相時：六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析（1）由實驗可知2DPSK解調(diào)的信號碼不能為全0或全1，否則抽樣判決器不能正常工作。 （2）在2DPSK的相干解調(diào)方式（極性比較法）中可知道，在解調(diào)的過程中，若相干載波產(chǎn)生180度相位模糊，。雖然使得解調(diào)出來的相對碼發(fā)生了倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生倒置現(xiàn)象。（3）實驗報告要求設(shè)絕對碼為1001101，相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出CAR-OUT與CAR同相、反相時2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機理。1）2DPSK相干解調(diào)波形示意圖：2）2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機理：答：當相干載波為-cosC t時，MU、LPF及BK與載波為cosC t時的狀態(tài)反相，但AK仍不變（第一位與BK的起始電平有關(guān)）。2DPSK系統(tǒng)之所能克服相位模糊現(xiàn)象，是因為在發(fā)端將絕對碼變?yōu)榱讼鄬Υa，在收端又將相對碼變?yōu)榻^對碼，載波相位模糊可使解調(diào)出來的相對碼有兩種相反的狀態(tài)，但它們對應(yīng)的絕對碼是