實驗10、PSK調制解調

1、實驗10PSK調制解調實驗目的掌握PSK調制解調的工作原理及性能要求；進行PSK調制、解調實驗，掌握相干解調原理和載波同步方法;理解PSK相位模糊的成因，思考解決辦法。實驗原1.12PSK調制原理2PSK（二進制相移鍵控，PhaseShiftKeying）信號是用載波相位的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的，通常規(guī)定0相位載波和n相位載波分別代表傳“1”和傳“0”。圖10-12PSK調制信號波形PSK調制由“信道編碼與頻帶調制-A4”模塊完成，該模塊基于FPGA和DA芯片，采用軟件無線電的方式實現(xiàn)頻帶調制。圖10-2PSK調制電路原理框圖上圖中，基帶數據和時鐘，通過2P6和2TP8兩個鉚孔輸入到FPGA

2、中，F(xiàn)PGA軟件完成PSK的調制后，再經DA數模轉換即可輸出相位鍵控信號，調制后的信號從4TP2輸出。2.2PSK解調原理實驗中2PSK信號的解調采用相干解調法，首先要從調制信號中提取相干載波，在實驗中采用數字costas環(huán)提取相干載波，二相PSK（DPSK）解調器采用數字科斯塔斯環(huán)（Constas環(huán)）解調，其原理如下圖所示。圖10-3數字科斯塔斯特環(huán)原理圖設已調信號表達式為s(t)=Acos(3t+申(t)(亠為調制信號的幅值)，經過乘法器與載波信號A2C：St(A2為載波的幅值)相乘，得：e(t)=_AAcos(2t+9(t)+cos9(t)02121可知，相乘后包括二倍頻分量KAAcos

3、(2t+申(t)和cos申(t)分量(申(t)為時間的212函數)。因此，需經低通濾波器除去高頻成分os(妙+申(t)，得到包含基帶信號的低頻信號，然后同向端和正交端兩路信號相乘，其差值作為環(huán)路濾波器的輸入，然后控制載波頻率和相位，得到和調制信號同頻同相的本地載波。相乘輸出判壓輸出圖10-42PSK解調各測試點波形I路輸出(即同相端)濾波輸出包含基帶信號，因此進行抽樣判決和基帶同步后，即可解調出基帶信號。1i3.實驗框圖及功能說明實驗框圖說明圖10-5PSK調制解調框圖本實驗中需要用到以下2個功能單元：基帶信號產生：基帶信號從2P6輸入，從2TP8輸入時鐘；點擊框圖中“基帶設置”按鈕，可以修改

4、基帶信號碼型和速率；數字調制單元-A4:完成PSK調制，基帶信號和基帶時鐘分別從2P6和2TP8輸入，調制后信號從4TP2輸出。調制載波頻率默認為128K,通過“載波頻率”旋鈕可修改，修改范圍為0-4MHZ；數字解調單元-A5:完成PSK解調，解調采用相干解調法。其中載波提取采用了數字tas環(huán)，costas環(huán)VC0中心頻率可自動鎖定，costas環(huán)各個部分均有輸出可以測量；注：在流程圖中，可以通過框圖上的按鈕修改實驗中輸出的參數：解調輸出選擇：PSK科斯塔斯特環(huán)中只有PSK和本地載波同相或反相的那路才能解出基帶數據，正交的那路不能解出基帶數據，實驗時我們可以用鼠標點擊環(huán)路左側的兩個乘號選擇進入

5、抽樣判決電路的信號；相位模糊;觀測：鼠標點擊“VC0”vco按鈕，相干載波會反相，輸出數據也會反相;測量點說明2P6:基帶數據輸出；2TP8:基帶時鐘輸出；4VT11：0相信載波輸出；4VT12：n相載波輸出；4TP2：PSK調制輸出；5TP1:解調信號輸入；5VT13:本地載波輸出；5VT11：I路相干輸出；5VT12：Q路相干輸出；5TP7：I或Q路濾波輸出（鼠標點擊環(huán)路左側的兩個乘號時,5TP7跟著切換）;5TP6:判決電平輸出5TP3:解調數據輸出；5VT15:恢復時鐘輸出;三、實驗任務PSK調制觀測；PSK解調分析；PSK系統(tǒng)性能分析;實驗步驟1.實驗準備(1)獲得實驗權限，從瀏覽器

6、進入在線實驗平臺；(2)選擇實驗內容使用鼠標在通信原理實驗目錄選擇：PSK調制解調實驗，進入到PSK實驗頁面。2.PSK調制觀測(1)基帶數據設置及時域觀測使用雙蹤示波器分別觀察2P6和2PT&使用鼠標點擊“基帶設置”按鈕，設置基帶數據為“15-PN”，速率“64K”。觀察示波器波形的變化，理解并掌握基帶數據設置的基本方法。9000uQ19PSK制PSKHWI琨冊甌IWH號；jt-kutiHi-rq5VT1lQ5TPQLIIiTiMW4vtiiq2TTaamji京iti-niswoowii-IIIII!IIIIInilJ.WWCH?.M-TWne:(2)基帶數據頻域觀測打開示波器的FFT功能，

7、觀測分析2P6的頻譜特性。思考將信號進行PSK調制頻譜會有什么變化？(3)PSK調制信號時域觀測用示波器通道1觀測2P6,通道2觀測PSK調制信號4TP2，分析PSK調制后，基帶信號和載波相位對應關系；(4)PSK調制信號頻譜觀測打開示波器的FFT功能，觀測分析PSK調制信號4TP2的頻譜特性；點擊“載波頻率”按鈕，修改載波頻率，觀察頻譜特性的變化。修改基帶信號時鐘速率的設置，設置為64K，128K，觀測調制信號的頻譜變化。和基帶信號頻譜結合，分析基帶信號經PSK調制后，頻譜的變化情況。分析PSK調制信號的帶寬與基帶信號速率、載波頻率的關系。載波頻率128K：基帶信號時鐘速率為16bit,64

8、k基帶信號時鐘速率為16bit,128k基帶信號時鐘速率為16bit,64k載波頻率256K：HQonns基帶信號時鐘速率為16bit，128k修改基帶信號時鐘速率，調制信號的頻譜幅度和頻率會一起變化?；鶐盘枙r鐘速率越大，信號頻率越小。傳送速率與信道帶寬成正比，載波頻率越高，能容納的信號帶寬越大。3.PSK解調觀測Costas環(huán)載波輸出觀測用示波器通道1觀測調制端載波4VT11,作為同步通道；通道2觀測costas環(huán)載波輸出5VT13；觀察當前本地載波頻率為多少，是否已經鎖定？r1畑y1O判決前信號觀測在PSK解調時，Costas環(huán)中只有和載波同相的那路才能解出基帶數據，正交的那路不能解出基

9、帶數據，用鼠標點擊環(huán)路左側的兩個乘號:可以分別選擇進入判決電路的信號為同相端或正交端；用示波器通道1觀測基帶時鐘2TP8,作為同步通道；通道觀測costa環(huán)判決前信號5TP7,分析判決前信號是否正確；通過點擊同向端和正交端按鈕，切換兩路信號。Ir*r-OAOi-00GIOj怛i1,*牛-PSK判決后觀測用示波器一個通道觀測基帶數據2P6,作為同步通道；另一個通道觀測COSTAS環(huán)同相端判決后信號5TP3，分析判決后信號是否正確（如信號反向，也視為相同）。用鼠標調節(jié)判決電平，觀察判決輸出的變化，將判決輸出調節(jié)到最佳狀態(tài)。(4)PSK相位模糊觀察PSK解調時如果本地載波和調制信號載波反相，則輸出的

10、基帶數據也會反相，這就是相位模糊（前面步驟中應該有部分同學會觀察到該現(xiàn)象），實驗中我們用兩種方法觀測相位模糊的現(xiàn)象。系統(tǒng)增加了人為修改載波相位的功能，通過框圖中“VCO”沁M按鈕，可以人為的修4.MHT11*陽郵改將載波相位反向（調整180度），可以切換正常狀態(tài)和相位模糊狀態(tài)Trmmi.彳c_e.0,0Ja總4.PSK系統(tǒng)性分析載波頻率、基帶速率、環(huán)路濾波器參數間關系分析序號載波頻率基帶速率判決電平環(huán)路濾波器參數范圍能否解調1128K4K128241-247能2128K8K128241-248臺口冃匕3128K16K128241-247臺口冃匕4128K32K128241-248臺口冃匕512

11、8K64K128241-248臺口冃匕噪聲對PSK信道影響（環(huán)路濾波器參數、判決電平一定，注意系統(tǒng)誤碼測試時不能有相位模糊）序號基帶速率載波頻率載波幅度（Vpp）出現(xiàn)誤碼時噪聲幅度（Vpp）信噪比18K128K2V44013.15216K128K2V46012.77注：載波幅度測量：不加噪時用示波器測得的載波幅度；噪聲幅度測量：示波器測量噪聲源輸出點。6.實驗結束實驗結束，從瀏覽器退出在線實驗平臺。五、實驗報告要求完成實驗步驟，記錄實驗中相關數據及波形。敘述科斯塔斯特環(huán)（costas環(huán)）工作原理。科斯塔斯環(huán)（Costas）法又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。他仍然利用鎖相環(huán)提取載頻，但是不需要對接收信

12、號作平方運算就能得到載頻輸出。誤差信號是由兩路相乘及低通濾波器提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出的正交的信號。兩路信號輸出均含有調制信號，兩者相乘后可以消除調制信號的影響，經環(huán)路濾波器后得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關的控制電壓，從而準確地對壓控振蕩器進行調整。定性畫出科斯塔斯特環(huán)流程圖中各點波形；定性描述載波頻率、基帶速率、環(huán)路濾波器參數間關系；六、思考題1什么是相位模糊？PSK解調為什么會有相位模糊，如何解決相位模糊的問題？相位模糊：從2PSK提取的載波信號存在兩種可能的相位，即0相和n相，解調結果與發(fā)端的基帶信號同相或反相，這就是2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象。相位模糊產生的原因：2PSK的信號頻譜中沒有載頻分量，所以在接復收端要進行載波提取，最常用的方法是制平方bai環(huán)載波提取。平方環(huán)載波提取電路中有一個部件是二分頻器。二分頻器由D觸發(fā)器構成，D觸發(fā)器的方程為Qn+1=D。由以上的二分頻器原理圖可知，du分頻器的輸出電壓的相位取決于Q反的初始狀態(tài)（0或1）,而這個狀態(tài)是zhi隨機的。這也就是2PSK解調相位模糊的根本原dao因，也說明了這種模糊性是無法克服的，所以一般不用2PSK，而使用2DPSK。解決方法：采用2DPSK方法克制2如何通過編程完成PSK調制算法？1基帶