實驗四數(shù)字解調(diào)與眼圖

1、實驗四 數(shù)字解調(diào)與眼圖一、 實驗?zāi)康?1. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。二、 實驗內(nèi)容 1. 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。2. 用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。3用示波器觀察眼圖。三、 基本原理 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(dāng)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。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4-1 數(shù)字解調(diào)方框圖

2、（a） 2DPSK相干解調(diào) （b）2FSK過零檢測解調(diào) 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。2DPSK模塊內(nèi)部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊內(nèi)部僅使用+5V電壓。圖4-1為兩個解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖4-2所示（見附錄）。 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點： · MU相乘器輸出信號測試點 · LPF低通、運放輸出信號測試點 · Vc比較器比較電壓測試點 · CM比較器輸出信號的輸出點/測試點 · BK解調(diào)輸出相對碼測試點 · AK-OUT解調(diào)輸出絕對碼的輸出點

3、/測試點（3個） · BS-IN位同步信號輸入點 2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點： · FD2FSK過零檢測輸出信號測試點 · LPF低通濾波器輸出點/測試點 · CM整形輸出輸出點/測試點 · BS-IN位同步信號輸入點 · AK-OUT解調(diào)輸出信號的輸出點/測試點（3個） 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下： · 相乘器U29：模擬乘法器MC1496 · 低通濾波器R31；C2 · 運放U30：運算放大器UA741 · 比較器U31：比較器LM710 &

4、#183; 抽樣器U32:A：雙D觸發(fā)器7474 · 碼反變換器U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門7486 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對應(yīng)關(guān)系如下： · 整形1U34:A：反相器74HC04 · 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2U35：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123 · 相加器U36：或門7432 · 低通濾波器U37：運算放大器LM318；若干電阻、電容 · 整形2U34:B：反相器74HC04· 抽樣器U38:A：雙D觸發(fā)器7474 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

5、并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串?dāng)_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2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問題加以說明。 · MU的波形接近圖4-3所示的理論波形，略有區(qū)別。 · 信源是周期為24bit的周期信號，當(dāng)24bit的相對碼BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)不相等時，相乘器U29的輸出信號MU及低通濾波器輸出信號LPF是正負(fù)不對稱的信號。在實際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號是一個均值為0且正負(fù)對稱的信號，因此最佳判決電平為0。本實驗系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。當(dāng)Vc=0而相

6、對碼BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)差別太大時，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因為此時LPF信號的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號）稍不理想就會造成誤碼。電位器R39用來調(diào)節(jié)判決電平，當(dāng)BK中“1”碼與“0”碼個數(shù)差別比較大時出現(xiàn)誤碼時，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號的中值（最佳判決門限）。實際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器（或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決電平。 · 比較器的輸出CM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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)LPF中有噪

7、聲時，CM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：· 圖4-4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”碼載頻等于碼速率。 · 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(jìn)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

8、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。圖4-4 2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖 · 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(jìn)行微分、整流處理。電位器R43和R44決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度（應(yīng)基本相等）。 · R48可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率特性及LPF信號幅度，LPF不是TTL電平信號且不是標(biāo)準(zhǔn)的非歸零碼，必須進(jìn)行抽樣判決處理。U34對抽樣判決輸出信號進(jìn)行整形。四、 實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號連結(jié)方式如

9、圖4-5所示,其中實線是指已在電路板上布好的,虛線是實驗中要手工連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號來自位同步提取單元。本實驗中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實驗時，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實驗時則送到2FSK解調(diào)單元。圖4-5 數(shù)字解調(diào)實驗連接圖 1. 復(fù)習(xí)前面實驗的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于左方NRZ端。 2. 檢查要用到的數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制及載波同步單元是否工作正常，保證載波同步單元處于同步態(tài)。 3. 2DPSK解調(diào)實驗 （1）將數(shù)

10、字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點,以信源單元的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（建議使用示波器探頭的x10衰減檔）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4-3所示的理論波形。 （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負(fù)極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱。（3）示波器的CH1接VC，調(diào)節(jié)電位器R39，保證VC處在0電平（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時LPF的中值即為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門限。

11、（4）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、AK-OUT信號之間的關(guān)系。（5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于右方（M序列）端，此時數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機(jī)序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。 4. 2FSK解調(diào)實驗將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7還原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-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4-4所示的理論波形。五、 實驗報告要求 1. 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