數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)三DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)三DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分：_ 實(shí)驗(yàn)三 DPSK調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)DPSK調(diào)制原理的理解及其硬件實(shí)現(xiàn)方法2. 進(jìn)一步了解DPSK解調(diào)原理各種鎖相環(huán)解調(diào)的特性，掌握同相正交環(huán)的解調(diào)原理及其硬件實(shí)現(xiàn)方法3. 加深對(duì)載波提取電路相位模糊度的理解4. 加深對(duì)眼圖幾個(gè)主要參數(shù)的認(rèn)識(shí)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. DPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1) 載波、時(shí)鐘信號(hào)實(shí)驗(yàn) 4) DPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)2) 偽隨機(jī)基帶信號(hào)源實(shí)驗(yàn)3) 差分編碼實(shí)驗(yàn)2. DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1) 同相正交環(huán)解調(diào)DPSK實(shí)驗(yàn) 4) 基帶信號(hào)解調(diào)、相位鎖定實(shí)驗(yàn)

2、2) 壓控振蕩器實(shí)驗(yàn) 5) 基帶信號(hào)判決實(shí)驗(yàn)3) 載波900相移實(shí)驗(yàn) 6) 差分譯碼實(shí)驗(yàn)3. DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1) 同步帶測(cè)量實(shí)驗(yàn) 4) DPSK調(diào)制解調(diào)眼圖實(shí)驗(yàn)2) 捕捉帶測(cè)量實(shí)驗(yàn)3) 載波提取鎖相環(huán)相位模糊度實(shí)驗(yàn)4. 學(xué)生常犯的測(cè)量錯(cuò)誤三、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明1. 調(diào)制2DPSK系統(tǒng)的調(diào)制部分框圖如圖3.2所示，原理電路示于圖3.1。下面分幾部分說(shuō)明。1.1 M序列發(fā)生器實(shí)際的數(shù)字基帶信號(hào)是隨機(jī)的，為了實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方便，一般都是用M序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)序列來(lái)充當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)源。按照本原多項(xiàng)式組成的五級(jí)線性移2DPSK P2 P3 P6 P1 P5圖3.2 2DPSK調(diào)制部分框圖位寄

3、存器，就可得到31位碼長(zhǎng)的M序列。碼元定時(shí)與載波的關(guān)系可以是同步的，以便清晰觀察碼元變化時(shí)對(duì)應(yīng)調(diào)制載波的相位變化；也可以是異步的，因?yàn)閷?shí)際的系統(tǒng)都是異步的。本實(shí)驗(yàn)的M序列由IC3、1C4、IC5、IC6產(chǎn)生，碼元速率為lMb/s。1.2 相對(duì)調(diào)相和絕對(duì)移相移相鍵控分為絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種。以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的相位調(diào)制叫作絕對(duì)移相。以二進(jìn)制調(diào)相為例:取碼元為“1”時(shí)，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相；取碼元為“0”時(shí)，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相；“1”和“0”時(shí)調(diào)制后載波相位差1800。 絕對(duì)移相的波形如圖3.3所示。在同步解調(diào)的PSK系統(tǒng)中，由于收端載波恢復(fù)存在相位含糊的問(wèn)題，即恢復(fù)的載波可能與

4、未調(diào)載波同相，也可能反相，以至使解調(diào)后的信碼出現(xiàn)“0”、“1”倒置，發(fā)送為“1”碼，解調(diào)后得到“0”碼；發(fā)送為“0”碼，解調(diào)后得到“1”碼。這是我們所不希望的，為了克服這種現(xiàn)象，人們提出了相對(duì)移相方式。相對(duì)移相的調(diào)制規(guī)律是：每一個(gè)碼元的載波相位不是以固定的未調(diào)載波相位作基準(zhǔn)的，而是以相鄰的前一個(gè)碼元的載波相位來(lái)確定其相位的取值。例如，當(dāng)某一碼元取“1”時(shí)，它的載波相位與前一碼元的載波反相；碼元取“0”時(shí)，它的載波相位與前一碼元的載波同相。相對(duì)移相的波形如圖3.4所示。圖3.3 絕對(duì)移相的波形示意圖在一般情況下，相對(duì)移相可以通過(guò)對(duì)信碼進(jìn)行變換和絕對(duì)移相來(lái)實(shí)現(xiàn)。將信碼經(jīng)過(guò)差分編碼變換成新的碼組一相

5、對(duì)碼，再利用相對(duì)碼對(duì)載波進(jìn)行絕對(duì)移相，使輸出的己調(diào)載波相位滿足相對(duì)移相的相位關(guān)系。設(shè)絕對(duì)碼為an，相對(duì)碼為bn，則二相差分編碼的邏輯關(guān)系為: (1)差分編碼的功能可由一個(gè)模二和電路和一級(jí)移位寄存器組成。本實(shí)驗(yàn)用IC6: A和IC8完成。調(diào)相電路可由模擬相乘器實(shí)現(xiàn)，也可由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中的調(diào)相電路是由數(shù)字選擇器(74LS153)完成的。當(dāng)2腳和14腳同時(shí)為高電平時(shí)，7腳輸出與3腳輸入的0相載波相同；當(dāng)2腳和14腳同時(shí)為低電平時(shí)，7腳輸出與6腳輸入的相載波相同。這樣就完成了差分信碼對(duì)載波的相位調(diào)制。圖3.5示出了一個(gè)數(shù)字序列的相對(duì)移相的過(guò)程。圖3.4 相對(duì)移動(dòng)的波形示意圖圖3.5 絕對(duì)碼實(shí)現(xiàn)相

6、對(duì)移相的過(guò)程對(duì)應(yīng)于差分編碼，在解調(diào)中有一差分譯碼。差分譯碼的邏輯為: (2) 本實(shí)驗(yàn)由IC9、IC10完成。將(1)式代人(2)式，得這樣，經(jīng)差分譯碼后就恢復(fù)了原始的發(fā)碼序列。1.3數(shù)字調(diào)相器的主要指標(biāo)在設(shè)計(jì)與調(diào)整一個(gè)數(shù)字調(diào)相器對(duì)，主要考慮的性能指標(biāo)是調(diào)相誤差和寄生調(diào)幅。（1）調(diào)相誤差由于電路不理想，往往引進(jìn)附加的相移，使調(diào)相器輸出信號(hào)的載波相位取值為00及1800+，我們把這個(gè)偏離的相角稱為調(diào)相誤差。調(diào)相器的調(diào)相誤差相當(dāng)于損失了有用信號(hào)的能量。(2)寄生調(diào)幅理想的二相相位調(diào)制器，當(dāng)數(shù)碼取“0”或“1”時(shí)，其輸出信號(hào)的幅度應(yīng)保持不變，即只有相位調(diào)制而沒(méi)有附加幅度調(diào)制。但由于調(diào)制器的特性不均勻及

7、脈沖高低電平的影響，使得“0”碼和“1”碼的輸出信號(hào)的幅度不等。設(shè)“0”碼和“1”碼所對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)幅度分別為Uom及Uim，則寄生調(diào)幅為:2解調(diào)2PSK系統(tǒng)的解調(diào)部分框圖如圖3.6所示，原理電路如圖3.7所示。2.1 同相正交環(huán)絕大多數(shù)二相PSK信號(hào)采用對(duì)稱的移相鍵控，因而在碼元1、0等概條件下都是抑載波的，即在調(diào)制信號(hào)的頻譜中不含載波線譜，這樣就無(wú)法用窄帶濾器從調(diào)制信號(hào)中直接提取參考相位載波。對(duì)于PSK而言，只要用某種非線性處理的方法去掉相位調(diào)制，就能產(chǎn)生與載波有一定關(guān)系的分量，恢復(fù)出同步解調(diào)所需要的參考相位載波，實(shí)現(xiàn)對(duì)被抑制掉的載波進(jìn)行跟蹤。 從PSK信號(hào)中提取載波的常用方法是采用載波跟

8、蹤鎖相環(huán)，如平方環(huán)、同相正交環(huán)、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋環(huán)等。這幾種鎖相環(huán)的性能特點(diǎn)列于表1中。本實(shí)驗(yàn)采用同相正交環(huán)。同相正交環(huán)又叫科斯塔斯（Costas）環(huán)。實(shí)驗(yàn)原理如圖3.7所示。在這種環(huán)路里，誤差信號(hào)是由兩個(gè)鑒相器提供的。壓控振蕩器(VCO)給出兩路相互正交的載波到鑒相器。輸入的2PSK信號(hào)經(jīng)鑒相后在由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，得到基帶信號(hào)Ud1、Ud2，這時(shí)的基帶信號(hào)包含著碼元信號(hào)，無(wú)法對(duì)壓控振蕩器(VCO)進(jìn)行控制。將Ud1和Ud2經(jīng)過(guò)基帶模擬相乘器相乘，就可以去掉碼元信息，得到反應(yīng)VCO輸出信號(hào)與輸入載波間相位差的控制電壓。表1 幾種鎖相環(huán)的性能特點(diǎn)鎖相環(huán)特性平方環(huán)同相正交環(huán)

9、逆調(diào)制環(huán)判決反饋環(huán)環(huán)路工作頻率f2f0ff0ff0ff0等效鑒相特性正弦正弦近似距形近似距形解調(diào)能力無(wú)有有有電路復(fù)雜程度鑒相器工作頻率高需用基帶模擬相乘器需用二次調(diào)制器需用基帶模擬調(diào)制器2.2集成電路壓控振蕩器(IC-VCO)壓控振蕩器(VCO)是鎖相環(huán)的關(guān)鍵部件，它的頻率調(diào)節(jié)和壓控靈敏度決定于鎖相環(huán)的跟蹤性能。實(shí)驗(yàn)電路采用一種集成電路的壓控振蕩器74S124。集成片配以簡(jiǎn)單的外部元件并加以適當(dāng)調(diào)整，即可得到令人滿意的結(jié)果。如圖3.8所示。 集成片的每一個(gè)振蕩器都有兩個(gè)電壓控制端，Vr用于控制頻率范圍(14腳)，Vf用于控制頻率范圍調(diào)節(jié)(1腳)。外接電容器Cext用于選擇振蕩器的中心頻率。當(dāng)V

10、r和Vf取值適當(dāng)，振蕩器的工作正常時(shí)，振蕩器的頻率f0與Cext的關(guān)系近似為: f0與Cext 的關(guān)系曲線如圖3.9所示。當(dāng)固定Cext時(shí)，Vr與Vf有確定的函數(shù)關(guān)系。以Vr=Vf=2V時(shí)的輸出頻率f0為歸一化頻率單位，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可畫(huà)出以Vr為參變量時(shí)歸一化頻率fn隨Vr的變化曲線如圖3.10所示。由圖3.lO的曲線可以看出，隨Vr的增大，VCO的壓控靈敏度和線性范圍都在增大。選取適當(dāng)?shù)腣r值和Cext值，將誤差電壓經(jīng)線性變換后充當(dāng)控制電壓Vf，這樣就可實(shí)現(xiàn)由誤差電壓控制VCO。當(dāng)時(shí)，一組典型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為,，這時(shí)Vr在2.8V左右移動(dòng)。2.3單片集成雙平衡模擬相乘器圖3.8 ICVCO使用實(shí)例

11、2.3 MC1496/MC1596(F1496/F1596、XD-5202)(a)電路說(shuō)明MC1496/MC1596雙平衡模擬相乘器習(xí)慣上又稱為平衡調(diào)制 - 解調(diào)器，它是單片集成雙平衡模擬相乘器中有代表性的產(chǎn)品之一。國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品有F1496/F1596、XD-5202等，國(guó)外同類產(chǎn)品還有LM1496/LM1596、SG1496/SG1596等。MC1496是00C一700C民用溫度范圍產(chǎn)品，MCl596是-550C-+1250C軍用溫度范圍產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有極好的載波抑制能力(0.5MHZ時(shí)為一65dB；10MHZ時(shí)為-50dB)、高的共模抑制比(-85dB)，平衡輸入、輸出和方便的增益調(diào)整與信

12、號(hào)處理等優(yōu)點(diǎn)。其電路如圖5-1所示，與改進(jìn)的雙平衡模擬相乘器相比較，電路是相同的，僅恒流源用晶體管Q7和Q8代替，二極管D與500電阻構(gòu)成Q7、Q8的偏置電路。負(fù)載電阻接在、兩端，反饋電阻RY接在、兩端，起展寬輸入信號(hào)的線性動(dòng)態(tài)范圍和調(diào)整電路增益的作用。(b)參數(shù)選擇1載波電平Ux選擇 因?yàn)檩d波抑制比與載波輸入電平密切相關(guān)。小的載波電平不能完全打開(kāi)上面的開(kāi)關(guān)器件，結(jié)果信號(hào)增益較低，載波抑制亦較低。而高于最佳值的載波電平將產(chǎn)生不必要的器件和電路的載漏，同時(shí)也使戴波抑制特性惡化。測(cè)試表明，當(dāng)載頻為500KHZ時(shí)，用6OmV(rms)的正弦載波，可獲得最佳載波抑制。當(dāng)載頻為10MHZ時(shí)，最佳載波約為

13、16Omv(rms)。圖3.11 MC1496/MC1596電路圖頻率較高時(shí)，為了使載漏最小，電路的設(shè)計(jì)要注意。為防止載波輸人和輸出之間的電容耦合，必須采用屏蔽措施。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還可以在、之間接人載波調(diào)零電位器。當(dāng)MC1496/MC1596用于同頻鑒相時(shí)，如圖5一12所示。可把兩個(gè)相同頻率的高電平信號(hào)分別加到兩個(gè)輸入端，則輸出電壓是兩個(gè)輸入信號(hào)相位差的函數(shù)，起到了鑒相作用。2.4傳輸畸變和眼圖數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)必定產(chǎn)生畸變，為了衡量這種畸變的嚴(yán)重程序，一般都采用觀察眼圖的方式。眼圖是示波器重復(fù)掃描所顯示的波形，示波器的輸入信號(hào)是解調(diào)后經(jīng)低通濾波器恢復(fù)的未經(jīng)再生的基帶信號(hào)，同步信號(hào)是位

14、定時(shí)。這種波形示意圖如圖5-13示。圖3.12 MC1496/MC1596圖3.13 眼 圖衡量眼圖的幾個(gè)重要參數(shù)有:(1)眼圖開(kāi)啟度(U一2U)/U即最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的“張開(kāi)”程度。無(wú)畸變眼圖的開(kāi)啟度為100%。(2)“眼皮”厚度2U/U即最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比，無(wú)畸變眼圖的“眼皮”厚度應(yīng)為0。(3)交叉點(diǎn)散度T/TS即眼圖波形過(guò)零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無(wú)畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散為0。(4)正、負(fù)極性不對(duì)稱度|(U1-U2)|/ |（U1+U2）|即最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度不對(duì)稱的程度。無(wú)畸變眼圖的極性不對(duì)稱應(yīng)為0。如果傳輸信道不理想，產(chǎn)生傳輸畸變，就會(huì)很明顯地由眼圖的

15、這幾個(gè)參數(shù)反映出來(lái)。其后果可以看成有效信號(hào)的能量損失?？梢酝茖?dǎo)出，等效信號(hào)信噪比的損失量Eb/N0與眼圖開(kāi)啟度(U-2U)/U有如下關(guān)系:Eb/N0=20log|(U-2U)/U |(dB) 同樣，交叉點(diǎn)發(fā)散度對(duì)信噪比損失的影響，也可以等效為眼圖開(kāi)啟度對(duì)信噪比損失的影響，這里不再詳述。2.5 位定時(shí)本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有位定時(shí)提取實(shí)驗(yàn)，位定時(shí)是由發(fā)端時(shí)鐘從P12輸入經(jīng)延時(shí)在P16點(diǎn)產(chǎn)生。實(shí)際的DPSK解調(diào)位定時(shí)，必須由接收信號(hào)中提取?？蓞⒄誇SK位定時(shí)提取方法。三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)箱 DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)，華南理工大學(xué)電子與信息工程系 1套直流穩(wěn)壓電源 YB1711A 1臺(tái)雙蹤同步示波器 GOS-620 1臺(tái)

16、數(shù)字頻率計(jì) HC-F1000C 1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備工作：1、按實(shí)驗(yàn)板上所標(biāo)的電源電壓開(kāi)機(jī)，調(diào)準(zhǔn)所需電壓，然后關(guān)機(jī)；2、把實(shí)驗(yàn)板電源連接線接好；3、開(kāi)機(jī)注意觀察電流表正電流 I<280mA 負(fù)電流 I<60mA 若與上述電流差距太大，要迅速關(guān)機(jī)，檢查電源線有無(wú)接錯(cuò)或其它原因。A.發(fā)送實(shí)驗(yàn)開(kāi)關(guān)位置 K1接1.21測(cè)量載波P5振蕩頻率，觀察記錄P5波形、頻率2. 測(cè)量位同步P1信號(hào)頻率，觀察記錄P1波形、頻率3. M序列發(fā)生器設(shè)初始狀態(tài)為10000，試列表寫(xiě)出多項(xiàng)式，組成一個(gè)周期的M序列。把列表的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較。示波器用P2觸發(fā)，觀察并記錄P2的波形。以Pl比較，驗(yàn)證M序列的主要

17、性質(zhì)。4差分編碼示波器示波器MODE（工作方式）置Chop（斷續(xù)），觀察并記錄P3的波形，將P2和P3的波形進(jìn)行比較，驗(yàn)證差分編碼的規(guī)律。注意P3比P2有一位碼時(shí)延。5數(shù)字調(diào)相電路示波器MODE置Chop，以P3為同步信號(hào)，觀察并記錄P6數(shù)字調(diào)相波形。驗(yàn)證差分編碼的規(guī)律B接收實(shí)驗(yàn)1. 示波器A線接P7，B線接P8， 頻率計(jì)輸入線接P11，調(diào)整W5，使顯示的頻率與發(fā)端P5一致，即至鎖定狀態(tài)，當(dāng)鎖定時(shí)要繼續(xù)按原方向調(diào)整，調(diào)整W5仔細(xì)體會(huì)鎖定和失鎖的工作狀態(tài)。2.長(zhǎng)時(shí)間未接通電時(shí)，可把K1接2.3，頻率計(jì)接P11，調(diào)整W5把頻率調(diào)至5MHz左右，把K1接1.2，即能進(jìn)入鎖定狀態(tài)。a) 鎖定時(shí)觀察P7

18、、P8解調(diào)的基帶信號(hào)。b) 失鎖時(shí)觀察P7、P8解調(diào)的基帶信號(hào)。2 .鎖定時(shí)觀察P6發(fā)端的調(diào)制信號(hào)和P8解調(diào)的基帶信號(hào)之間關(guān)系。3 眼圖實(shí)驗(yàn)，A線接P8,B線接Pl6，示波器同步觸發(fā)選B線，微調(diào)示波器水平掃描頻率，觀察眼圖。4. 觀察P11、P12兩相干載波90º相位差關(guān)系，即和之關(guān)系。5. A線接P8、B線接P13，觀察記錄過(guò)零檢測(cè)波形。6. A線接P13,B線接Pl4，觀察記錄判決電路波形。7. A線接P14,B線接Pl5，觀察記錄差分譯碼結(jié)果，驗(yàn)證差分譯碼性質(zhì)。8A線接P2,B線接Pl5，觀察發(fā)端信碼與收端解碼應(yīng)一致，并做記錄。10同步帶和捕捉帶實(shí)驗(yàn)頻率計(jì)接Pl1，示波器按3方法觀察眼圖，調(diào)節(jié)W5左旋使環(huán)路處于