通信原理試驗(yàn)09二相BPSKDPSK調(diào)制解調(diào)試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)九二相BPSK（DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)九 二相BPSK（DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 二相BPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)2. 二相DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)3. PSK解調(diào)載波提取實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握二相BPSK（ DPSK調(diào)制解調(diào)的工作原理及電路組成。2. 了解載頻信號(hào)的產(chǎn)生方法。3. 掌握二相絕對(duì)碼與相對(duì)碼的碼變換方法。二. 實(shí)驗(yàn)電路工作原理（一）調(diào)制實(shí)驗(yàn)：在本實(shí)驗(yàn)中，絕對(duì)移相鍵控（PSK是采用直接調(diào)相法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是用輸入的基帶信號(hào)直接控制已輸入載波相位的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)相位鍵控。圖9-1是二相PSK（ DPSK調(diào)制器電路框圖。圖 9-2是它的電原理圖。PSK調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重

2、要的調(diào)制方式，它的抗干擾噪聲性能及通頻帶的利用率均優(yōu)先于 ASK移幅鍵控和FSK移頻鍵控。因此，PSK技術(shù)在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中 得到了十分廣泛的應(yīng)用。下面對(duì)圖9-2中的電路作一分析。1. 載波倒相器模擬信號(hào)的倒相通常采用運(yùn)放作倒相器，電路由U304等組成，來(lái)自1.024MHz載波信號(hào)輸入到U304的反相輸入端2腳，在輸出端即可得到一個(gè)反相的載波信號(hào)，即相載波信號(hào)。為了使0相載波與 相載波的幅度相等，在電路中加了電位器 W3022. 模擬開關(guān)相乘器對(duì)載波的相移鍵控是用模擬開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的。0 相載波與 相載波分別加到模擬開關(guān) 1 : U302： A的輸入端（1腳）、模擬開關(guān)2: U302: B的輸

3、入端（11 腳），在數(shù)字基帶信號(hào)的信碼中，它的正極性加到模擬開關(guān)1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開關(guān) 2的輸入控制端（12腳）。用來(lái)控制兩個(gè)同頻反相載 波的通斷。當(dāng)信碼為“ 1”碼時(shí)，模擬開關(guān)1的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān)1導(dǎo)通，輸出0相載波，而模擬開關(guān) 2的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)2截止。反之，當(dāng)信碼為49實(shí)驗(yàn)九二相BPSK（DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)“ 0”碼時(shí)，模擬開關(guān)1的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)1截止。而模擬開關(guān) 2的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān)2導(dǎo)通。輸出 相載波，兩個(gè)模擬開關(guān)的輸出通過(guò)載波輸出開關(guān)K303合路疊加后輸出為二相 PSK調(diào)制信號(hào)，如圖9-3所示。在數(shù)據(jù)傳

4、輸系統(tǒng)中，由于相對(duì)移相鍵控調(diào)制具有抗干擾噪聲能力強(qiáng)，在相同的信噪比 條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如：ASK FSK）更低的誤碼率，因而這種方式廣泛應(yīng)用在實(shí)際通信系統(tǒng)中。相對(duì)移相，就是利用載波相位的相對(duì)值來(lái)傳遞信息，也就是利用前后碼元載波相位的相對(duì)變化來(lái)傳遞信息，所以也稱為“差分移相”。理論分析和實(shí)際試驗(yàn)證明：在恒參信道下，移相鍵控比振幅鍵控、頻率鍵控，不但具有較高的抗干擾性能，而且可更經(jīng)濟(jì)有效地 利用頻帶。所以說(shuō)它是一種比較優(yōu)越的調(diào)制方式，因而在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。出輸 制調(diào)K-相加器66TBT303550P波載相冗4_關(guān)開出輸寫信字?jǐn)?shù)5路電換轉(zhuǎn)碼對(duì)相與碼對(duì)絕器相反波載波載積21<

5、;>2U33I mAC19asA3SHNkQfiEHiynwuaadjrwlQAyaI9H1D/W3yfcrdAyv/vnso§Q-§£xld 乙QMdaeqNk - 9Q0OC3/brnssrQKWG6LdQbk oopsubGH OOPEEE=di60/3NncftsvQ&cadM./fc3ur/vnsuydsrdotsyt6X0EQ61- r - 1G nwvksz3EokLnndxdEok/feduydtL8i>o£u>zodskLa£u9y69LQUffla0- 3 dMSMWW 刼 wwsffl觀逅醸搦陽(yáng)矽

6、SdEMSd日出二”觀逅實(shí)驗(yàn)九二相BPSK（DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)59TP302B相載波TP307U1出TP303n相載波0U2入TP305信碼01 1 1 0 0 T0 T-tTP308TP309J1U2出!| 1| I圖9-3模擬開關(guān)相乘器工作波形DPSK調(diào)制是采用碼型變換法加絕對(duì)調(diào)相來(lái)實(shí)現(xiàn)，既把數(shù)據(jù)信息源（如偽隨機(jī)碼序列、 增量調(diào)制編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)或脈沖編碼調(diào)制PCM編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)）作為絕對(duì)碼序列an，通過(guò)差分編碼器變成相對(duì)碼序列bn，然后再用相對(duì)碼序列 bn，進(jìn)行絕對(duì)移相鍵控，此時(shí)該調(diào)制的輸出就是 DPSKB調(diào)信號(hào)。按鍵SW301用來(lái)將D觸發(fā)器Q端輸出置“ 1 ”。 在絕對(duì)相移

7、方式，由于發(fā)端是以兩個(gè)可能出現(xiàn)的相位之中的一個(gè)相位作基準(zhǔn)的。因而 在收端也必須有這樣一個(gè)相同的基準(zhǔn)相位作參考，如果這個(gè)參考相位發(fā)生變化（0相變相或 相變0相），則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生0變1或1變0,從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。在實(shí)際通信時(shí)參考基準(zhǔn)相位的隨機(jī)跳變是有可能發(fā)生的，而且在通信過(guò)程中不易被發(fā)現(xiàn)。女口,由于某種突然的騷動(dòng)，系統(tǒng)中的觸發(fā)器可能發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，鎖相環(huán)路穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā) 生轉(zhuǎn)移，等等，出現(xiàn)這種可能時(shí)，采用絕對(duì)移相就會(huì)使接收端恢復(fù)的數(shù)據(jù)極性相反。如果 這時(shí)傳輸?shù)氖墙?jīng)增量調(diào)制的編碼后話音數(shù)字信號(hào)，則不影響話音的正?；謴?fù)，只是在相位 發(fā)生跳變的瞬間，有噪聲出現(xiàn)，但如果傳輸?shù)氖怯?jì)算機(jī)輸出的數(shù)

8、據(jù)信號(hào)，將會(huì)使恢復(fù)的數(shù) 據(jù)面目全非，為了克服這種現(xiàn)象，通常在傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)采用二相相對(duì)移相（DPSK方式。DPSK是利用前后相鄰碼元對(duì)應(yīng)的載波相對(duì)相移來(lái)表示數(shù)字信息的一種相移鍵控方式。絕對(duì)碼是以寬帶信號(hào)碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“ 0”。相對(duì)碼（差分碼）是用基帶信號(hào)碼元的電平與前一碼元的電平有無(wú)變化來(lái)表示數(shù)字信 息的，如規(guī)定：相對(duì)碼中有跳變表示1,無(wú)跳變表示0。圖9-5 （a）是差分編碼器電路，可用模二加法器延時(shí)器（延時(shí)一個(gè)碼元寬度Tb）來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種碼的互相轉(zhuǎn)換。設(shè)輸入的相對(duì)碼an為1110010碼，則經(jīng)過(guò)差分編碼器后輸出的相對(duì)碼bn為1011100,即b

9、n= an bn-。 圖10-5 （ b）是它的工作波形圖。TP304數(shù)字信息序列TP307BPS波形0 0 1 1 1 , 0 0 , 1（絕對(duì)碼）TP307DPS波形（相對(duì)碼）基準(zhǔn)相位載波o0 0 10 111 0圖9-4 PSK、DPSK編碼波形TP304TP304圖9-5 （a）差分編碼器電路TP304bn-1TP304（二）解調(diào)實(shí)驗(yàn)：二相PSK（DPSK解調(diào)器的總電路方框圖如圖9-6所示。二相PSK（DPSK的載波為1.024M Hz,數(shù)字基帶信號(hào)的碼元速率有32Kbit/s。從圖9-6可見(jiàn)，該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時(shí)恢復(fù)電路與信碼再生 整形電路。載波恢復(fù)和位定時(shí)提取

10、，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。載波 恢復(fù)的具體實(shí)現(xiàn)方案是和發(fā)送端的調(diào)制方式有關(guān)的，以相位鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)（Constas環(huán)）、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來(lái)由于數(shù)字電路技術(shù)和集成電 路的迅速發(fā)展，又出現(xiàn)了基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)，并且已在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的 使用。但是，為了加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)及對(duì)基本理論的理解，我們從實(shí)際出發(fā)，選擇 同相正交環(huán)解調(diào)電路作為基本實(shí)驗(yàn)。1. 二相（PSK，DPSK信號(hào)輸入電路由BG701（3DG6組成射隨器電路，對(duì)發(fā)送端送來(lái)的二相（PSK、DPSK信號(hào)進(jìn)行前后級(jí)隔 離，由U701（LM311）組成模擬信號(hào)放大電路，進(jìn)一步對(duì)輸

11、入小信號(hào)的二相 （PSK、DPSK信號(hào)進(jìn)行放大后送至鑒相器 1與鑒相器2分別進(jìn)行鑒相。圖9-6解調(diào)器總方框圖2. 同相正交環(huán)鎖相環(huán)提取載波電路在這種環(huán)路里，誤差信號(hào)是由兩個(gè)鑒相器提供的。VCO壓控振蕩器給出兩路互相正交的載波信號(hào)分別送至兩鑒相器，輸入的二相(PSK, DPSK信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)鑒相器分別鑒相后，由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，分別送入兩判決器進(jìn)行判決后得到基帶信號(hào) Udi與Ud2,其中Udi中包含著碼元信息，但無(wú)法對(duì)VCC壓控振蕩器進(jìn)行控制。只有將 5、Ud2經(jīng)過(guò)基帶模擬相乘器相乘后，就可以去掉碼元信息，得到反映VCC輸出信號(hào)與輸入載波間的相位差的誤差控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)

12、VCC壓控振蕩器的控制。它們的實(shí)際電路見(jiàn)圖 9-7所示。包括鑒相器1鑒相器2低通濾波器1低通濾波器2比較判決器1比較判決器2相乘 器環(huán)路濾波器 VCC壓控振蕩器數(shù)字分頻移相器等電路組成。具體工作過(guò)程如下：由U701(LM311)模擬運(yùn)放放大后的信號(hào)分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相器1與鑒相器2的控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)分別為0相載波信號(hào)與n /2相載波信號(hào)。這樣經(jīng)過(guò)兩鑒相器輸出的鑒相信號(hào)再通過(guò)有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成 判決解調(diào)出數(shù)字基帶信碼，由U706： A與U707： A構(gòu)成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號(hào)中的數(shù)字信息。得到反映恢復(fù)載波與輸入載波相位之差的誤差電壓U

13、d, Ud經(jīng)過(guò)環(huán)路低通濾波器R718、R719 C706濾波后，輸出了一個(gè)平滑的誤差控制電壓，去控制VCO壓控振蕩器 74S124。它的中心振蕩輸出頻率范圍從1Hz到60MHz工作環(huán)境溫度在 070C,當(dāng)電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V時(shí)，74S124的輸出頻率表達(dá)式為：f0 = 5 X 10-4/Cext，在實(shí)驗(yàn)電路中，調(diào)節(jié)精密電位器W701(100KQ )的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124的2腳)與范圍控制輸入電壓(74LS124的3腳)基本相等，此時(shí)，當(dāng) 電源電壓為+5V時(shí)，才符合：fo = 5X 10-4/Cext,再變改電容 CA701(80Pf11

14、0Pf),使74S124 的7腳輸出為4.096MHz方波信號(hào)。74S124的6腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振 蕩器工作；當(dāng)74S124的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離4.096MHz時(shí)，此時(shí)一方面可改變 CA701中的電容值，另一方面也可調(diào)節(jié)W701和W702用頻率計(jì)監(jiān)視測(cè)量點(diǎn) TP704上的頻率值，使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出 4.096MHz的載波信號(hào)。該4.096MHz的載波信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻(十4)電路：U709與U710(74LS74)兩次分頻變成1.024MHz載波信號(hào)，并完成n /2相移相。由U710： B的9腳輸出n /2相去鑒相器2的控 制信號(hào)輸入端 U302： D(4066)的6腳

15、，由U710： A的5腳輸出0相載波信號(hào)去鑒相器 1的 控制信號(hào)輸入端 U302： C(4066)的5腳。這樣就完成了載波恢復(fù)的功能。圖9-8是該解調(diào)環(huán)各輸出測(cè)量點(diǎn)波形圖，從圖中可看出該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是： 該解調(diào)環(huán)在載波恢復(fù)的同時(shí)，即可解調(diào)出數(shù)字信息。 該解調(diào)環(huán)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)載波恢復(fù)環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。但該解調(diào)環(huán)路的缺點(diǎn)是：存在相位模糊。當(dāng)解調(diào)出的數(shù)字信息與發(fā)端的數(shù)字信息相位反相時(shí)，即相干信號(hào)相位和載波相位反相，則按一下按鍵開關(guān)SW701迫使它的置“ 1 ”端送入高電平，使電路Q端輸出為“ 1 ”，迫使相干信號(hào)的相位與載波信號(hào)相位同頻同相，以消除相位誤差。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，

16、一般不用絕對(duì)移相，而用相對(duì)移相，采用相位比較法克服相位模糊。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 二相BPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)用內(nèi)載波發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)作輸入載波信號(hào)來(lái)觀察TP301TP307各測(cè)量點(diǎn)的波形。2. 二相DPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)加入差分編碼器電路來(lái)傳輸二相DPSKB號(hào)，即將開關(guān) K302置成2腳與3腳相連，其它開關(guān)設(shè)置不變，重做上述內(nèi)容。3. 二相BPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)4. 二相DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)5. PSK解調(diào)載波提取實(shí)驗(yàn)詳細(xì)內(nèi)容如下：將實(shí)驗(yàn)中二相 PSK(DPSK的電路調(diào)整好后，再將本實(shí)驗(yàn)電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測(cè)量TP701TP704各點(diǎn)處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關(guān)系。四.實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1.

17、按下按鍵開關(guān)：K01、K02、K700。2. 跳線開關(guān)設(shè)置：K3012-、K3021-或 K3022-3或 K302s-或 K3026-、K3031-2與 3-4、K3042-、K7012-3。3. 跳線開關(guān)設(shè)置功能如下：K3011-2 :輸入CVSD(A M)編碼的數(shù)字輸出信號(hào)；K3012-3: 32KB/S 偽隨機(jī)碼，碼型為 000011101100101。K3021-2 :偽隨機(jī)碼，碼序列為 000011101100101，速率為32KHz的絕對(duì)碼。K302 2-3 :偽隨機(jī)碼，碼序列為 000011101100101，速率為32KHz的相對(duì)碼。K302 5-6: 128KHz方波，碼序

18、列為 1010碼。K3026-7: 64KHz方波，碼序列為1010碼。K303 :合路疊加開關(guān)。K304 2-3: 1.024MHz方波，作為載波輸入。K304-2:斷開。K7012-3 :輸入PSK調(diào)制信號(hào)。K7011-2:斷開。4. 做二相BPSK實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須把開關(guān) K302的1腳與2腳相連接。做二相DPSK實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須把開關(guān)K302的2腳與3腳相連接。5 . PSK解調(diào)時(shí)：(1) 首先要使PSK調(diào)制電路正常工作。(2) 在CA701 上插上電容，使振蕩器工作頻率為4.096MHz，電容在80Pf120Pf之間。圖®電IKol 了0HD S2.3972073I5RKI094OUUI037£4U0US/ efuau4U0L-ZO7>O4U0L-ZOBOOrno-So lyTO厶 -0U19KOI 50S3 zurcKIOr1TDn：n©bQ<6DT48A3<DC6TTP701+1V0-1VTP7030相載波0TP704n /2相載波01 1 1 0 0 0TP7050圖9 8同相正交解調(diào)環(huán)各點(diǎn)波形圖五.測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明TP301 :輸入載波信號(hào)，K304的2與3相連，頻率為1.024MHz方波