振幅鍵控、移頻鍵控調(diào)制實(shí)驗(yàn)

15－PAGE6實(shí)驗(yàn)十五振幅鍵控、移頻鍵控調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战^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。掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK信號(hào)的方法。掌握相對(duì)碼波形與2PSK信號(hào)波形之間的關(guān)系、絕對(duì)碼波形與2DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。掌握2ASK、2FSK信號(hào)的頻譜特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察絕對(duì)碼、相對(duì)碼波形。觀察2ASK、2FSK信號(hào)波形。觀察2ASK、2FSK信號(hào)頻譜。三、實(shí)驗(yàn)器材信號(hào)源模塊數(shù)字調(diào)制模塊頻譜分析模塊20M雙蹤示波器 一臺(tái)頻率計(jì)（選用） 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制序列時(shí)的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)值調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個(gè)獨(dú)立的可控參量，當(dāng)用二進(jìn)制信號(hào)分別調(diào)制這三種參量時(shí)，就形成了二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)，而每種調(diào)制信號(hào)的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。2ASK調(diào)制原理。在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號(hào)而變化的。將載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有無(wú)來(lái)代表信號(hào)中的“1”或者是“0”，這樣就可以得到2ASK信號(hào)，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通—斷鍵控（OOK）。2ASK信號(hào)典型的時(shí)域波形如圖15-1所示，其時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （15－1）式中，A為未調(diào)載波幅度，為載波角頻率，為符合下列關(guān)系的二進(jìn)制序列的第n個(gè)碼元： （15－2）綜合式15－1和式15－2，令A(yù)＝1，則2ASK信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為： （15－3）式中，Ts為碼元間隔，為持續(xù)時(shí)間[－Ts/2，Ts/2]內(nèi)任意波形形狀的脈沖（分析時(shí)一般設(shè)為歸一化矩形脈沖），而就是代表二進(jìn)制信息的隨機(jī)單極性脈沖序列。圖15-12ASK信號(hào)的典型時(shí)域波形為了更深入掌握2ASK信號(hào)的性質(zhì)，除時(shí)域分析外，還應(yīng)進(jìn)行頻域分析。由于二進(jìn)制序列一般為隨機(jī)序列，其頻域分析的對(duì)象應(yīng)為信號(hào)功率譜密度。設(shè)為歸一化矩形脈沖，若的傅氏變換為，則為二進(jìn)制隨機(jī)單極性矩形脈沖序列，且任意碼元為0的概率為P，則的功率譜密度表達(dá)式為： （15－4）式中，；Hz，并與二進(jìn)制序列的碼元速率Rs在數(shù)值上相等?？梢钥闯?，單極性矩形脈沖隨機(jī)序列含有直流分量。2ASK信號(hào)的雙邊功率譜密度表達(dá)式為： （15－5）式（15－5）表明，2ASK信號(hào)的功率譜密度由兩個(gè)部分組成：（1）由經(jīng)線性幅度調(diào)制所形成的雙邊帶連續(xù)譜；（2）由被調(diào)載波分量確定的載頻離散譜。圖15-2為2ASK信號(hào)的單邊功率譜示意圖。圖15-22ASK信號(hào)的單邊功率譜密度示意圖對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析的主要目的之一就是確定信號(hào)的帶寬。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)帶寬有多種度量定義，但最常用和最簡(jiǎn)單的帶寬定義是以功率譜主瓣寬度為度量的“譜零點(diǎn)帶寬”，這種帶寬定義特別適用于功率譜主瓣包含信號(hào)大部分功率的信號(hào)。顯然，2ASK信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬為（Hz） （15－6）式中，Rs為二進(jìn)制序列的碼元速率，它與二進(jìn)制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在數(shù)值上相等。圖15-32ASK調(diào)制原理框圖圖15-42ASK調(diào)制電路原理圖2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法比較簡(jiǎn)單。首先，因2ASK信號(hào)的特征是對(duì)載波的“通－斷鍵控”，用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進(jìn)制序列控制門的通斷，＝1時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；＝0時(shí)開(kāi)關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱為通－斷鍵控法。其次，2ASK信號(hào)可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)2ASK調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。在這里，我們采用的是通－斷鍵控法，2ASK調(diào)制的基帶信號(hào)和載波信號(hào)分別從“ASK基帶輸入”和“ASK載波輸入”輸入，其原理框圖和電路原理圖分別如圖15-3、圖15-4所示。2FSK調(diào)制原理。2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為時(shí)代表傳0，載頻為時(shí)代表傳1。顯然，2FSK信號(hào)完全可以看成兩個(gè)分別以和為載頻、以和為被傳二進(jìn)制序列的兩種2ASK信號(hào)的合成。2FSK信號(hào)的典型時(shí)域波形如圖15-5所示，其一般時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （15－7）式中，，，是的反碼，即圖15-52FSK信號(hào)的典型時(shí)域波形因?yàn)?FSK屬于頻率調(diào)制，通?？啥x其移頻鍵控指數(shù)為 （15－8）顯然，h與模擬調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)的性質(zhì)是一樣的，其大小對(duì)已調(diào)波帶寬有很大影響。2FSK信號(hào)與2ASK信號(hào)的相似之處是含有載頻離散譜分量，也就是說(shuō)，二者均可以采用非相干方式進(jìn)行解調(diào)?？梢钥闯?，當(dāng)h<1時(shí)，2FSK信號(hào)的功率譜與2ASK的極為相似，呈單峰狀；當(dāng)h>>1時(shí)，2FSK信號(hào)功率譜呈雙峰狀，此時(shí)的信號(hào)帶寬近似為（Hz） （15－9）2FSK信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)為兩個(gè)彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號(hào)之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時(shí)刻，2FSK信號(hào)的相位通常是不連續(xù)的，這會(huì)不利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個(gè)直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號(hào)，這時(shí)的已調(diào)信號(hào)出自同一個(gè)振蕩器，信號(hào)相位在載頻變化時(shí)始終時(shí)連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂，使信號(hào)功率更集中于信號(hào)帶寬內(nèi)。在這里，我們采用的是頻率選擇法，其調(diào)制原理框圖如圖15-6所示：圖15-62FSK調(diào)制原理框圖由圖可知，從“FSK基帶輸入”輸入的基帶信號(hào)分成兩路，1路經(jīng)U404（LM339）反相后接至U405B（4066）的控制端，另1路直接接至U405A（4066）的控制端。從“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”輸入的載波信號(hào)分別接至U405A和U405B的輸入端。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)U405A打開(kāi)，U405B關(guān)閉，輸出第一路載波；當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，U405A關(guān)閉，U405B打開(kāi)，此時(shí)輸出第二路載波，再通過(guò)相加器就可以得到2FSK調(diào)制信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)步驟將信號(hào)源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、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。插上電源線，打開(kāi)主機(jī)箱右側(cè)的交流開(kāi)關(guān)，再分別按下三個(gè)模塊中的開(kāi)關(guān)POWER1、POWER2，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、D400、D401、L1、L2發(fā)光，按一下信號(hào)源模塊的復(fù)位鍵，三個(gè)模塊均開(kāi)始工作。ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)將信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為15.625KHz的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)“ASK基帶輸入”和“ASK載波輸入”。以信號(hào)輸入點(diǎn)“ASK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)“ASK基帶輸入”和點(diǎn)“ASK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)行分析，觀察其頻譜。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)。FSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)將信號(hào)源模塊產(chǎn)生的碼速率為15.625KHz的NRZ碼和32KHz正弦波（幅度為3V左右）、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)“FSK基帶輸入”、“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”。以信號(hào)輸入點(diǎn)“FSK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)“FSK基帶輸入”和點(diǎn)“FSK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)行分析，觀察其頻譜。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)。六、輸入、輸出點(diǎn)參考說(shuō)明信號(hào)輸入點(diǎn)參考說(shuō)明ASK基帶輸入：ASK基帶信號(hào)輸入點(diǎn)。ASK載波輸入：ASK載波信號(hào)輸入點(diǎn)。FSK基帶輸入： FSK基帶信號(hào)輸入點(diǎn)。FSK載波輸入1：FSK第一路載波信號(hào)輸入點(diǎn)。FSK載波輸入2：FSK第二路載波信號(hào)輸入點(diǎn)。PSK基帶輸入： PSK基帶信號(hào)輸入點(diǎn)。PSK載波輸入： PSK載波信號(hào)輸入點(diǎn)PSK-BS輸入： PSK差分編碼時(shí)鐘輸入點(diǎn)。信號(hào)輸出點(diǎn)參考說(shuō)明ASK調(diào)制輸出：ASK調(diào)制信號(hào)輸出點(diǎn)。FSK調(diào)制輸出： FSK調(diào)制信號(hào)輸出點(diǎn)。PSK調(diào)制輸出： PSK調(diào)制信號(hào)輸出點(diǎn)。差分編碼輸出