通信原理第三次實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三：數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握FSK( ASK調(diào)制器的工作原理及性能測試；2. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法；3掌握FSK( ASK鎖相解調(diào)器、二相相位鍵控調(diào)制解調(diào)工作原理及性能測試;4. 學(xué)習(xí)FSK(ASK、2(D)PSK調(diào)制解調(diào)硬件實(shí)現(xiàn)，掌握電路調(diào)整測試方法。實(shí)驗(yàn)儀器1時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G2. FSK調(diào)制模塊，位號 A PSK調(diào)制模塊，位號 A3. FSK解調(diào)模塊，位號C PSK解調(diào)模塊，位號C4 噪聲模塊，位號 B復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號I5. 20M雙蹤示波器1臺6. 小平口螺絲刀1只7. 頻率計(jì)1臺(選用)&信號連接線3根三、實(shí)驗(yàn)原理

2、數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲 和抗群時(shí)延性能較強(qiáng)，因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。(一) FSK調(diào)制電路工作原理FSK調(diào)制電路是由兩個(gè) ASK調(diào)制電路組合而成，電原理圖如圖 5-1所示。16K02用短路塊僅將1-2 腳相連，輸出“ 1碼對應(yīng)的ASK已調(diào)信號；用短路塊僅將 3-4腳相連，輸出“ 0碼對應(yīng)的ASK已調(diào) 信號。用短路塊將1-2腳及3-4腳都相連，那么輸出 FSK已調(diào)信號圖5-1 FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖圖5-1中，輸入的數(shù)字基帶信號分成兩路，一路控制fi=32KHz的載頻，另一路經(jīng)反相器去控制 f2=16

3、KHz的載頻。當(dāng)基帶信號為“ 1時(shí)，模擬開關(guān) B翻開，模擬開關(guān) A關(guān)閉，此時(shí)輸出fi=32KHz 當(dāng)基帶信號為“0時(shí)，模擬開關(guān)B關(guān)閉，模擬開關(guān)A翻開，此時(shí)輸出f2=16KHz在輸出端經(jīng)開關(guān)16K02 疊加，即可得到已調(diào)的 FSK信號。電路中的兩路載頻f 1、f2由時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊產(chǎn)生的方波，經(jīng)射隨、選頻濾波變?yōu)檎?波，再送至模擬開關(guān) 4066。載頻f1的幅度調(diào)節(jié)電位器16W01,載頻f2的幅度調(diào)節(jié)電位器16W02二FSK解調(diào)電路工作原理FSK解調(diào)采用鎖相解調(diào)，鎖相解調(diào)的工作原理是十分簡單的，只要在設(shè)計(jì)鎖相環(huán)時(shí)，使它鎖定在FSK的一個(gè)載頻上，此時(shí)對應(yīng)的環(huán)路濾波器輸出電壓為零，而對另一載頻

4、失鎖，那么對應(yīng)的環(huán)路濾波器 輸出電壓不為零，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。FSK鎖相環(huán)解調(diào)器原理圖如圖5-2所示。FSK鎖相解調(diào)器采用集成鎖相環(huán)芯片圖5-2 FSK鎖相環(huán)解調(diào)器原理示意圖MC4046其中，壓控振蕩器的頻率是由 17C02、17R09、17W01等元件參數(shù)確定， 中心頻率設(shè)計(jì)在 32KHz 左右，并可通過17W01電位器進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)輸入信號為32KHz時(shí)，調(diào)節(jié)17W01電位器，使環(huán)路鎖定，經(jīng)形成電路后，輸出高電平；當(dāng)輸入信號為16KHz時(shí)，環(huán)路失鎖，經(jīng)形成電路后，輸出低電平，那么在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)的基帶信號序列。三PSK調(diào)制電路工作原理二相相位鍵控的

5、載波為1.024MHz,數(shù)字基帶信號有 32Kb/s偽隨機(jī)碼、及其相對碼、32KHz方波、外加數(shù)字信號等。相位鍵控調(diào)制解調(diào)電原理框圖，如圖6-1所示。1 載波倒相器模擬信號的倒相通常采用運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)。來自1.024MHz載波信號輸入到運(yùn)放的反相輸入端，在輸出端即可得到一個(gè)反相的載波信號，即相載波信號。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37W01和37W02調(diào)節(jié)。2 模擬開關(guān)相乘器對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) A: CD4066的輸入端1腳、模擬開關(guān)B: CD4066的輸入端11腳，在數(shù)字基帶信號的信碼中，它的正極性加到 模擬開關(guān)

6、A的輸入控制端13腳，它反極性加到模擬開關(guān) B的輸入控制端12腳。用來控制兩個(gè)同 頻反相載波的通斷。當(dāng)信碼為“ 1碼時(shí)，模擬開關(guān) A的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān)A導(dǎo)通，輸出0相載波，而模擬開關(guān) B的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)B截止。反之，當(dāng)信碼為“ 0碼時(shí)，模擬開關(guān)A的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)A截止。而模擬開關(guān) B的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān)B導(dǎo)通。輸出 相載波，兩個(gè)模擬開關(guān)輸出通過載波輸出開關(guān)37K02合路疊加后輸出為二相 PSK調(diào)制信號。另外，DPSK調(diào)制是采用碼型變換加絕對調(diào)相來實(shí)現(xiàn)，即把數(shù)據(jù)信息源偽隨機(jī)碼序列作為絕對 碼序列an，通過碼型變換器變成相對碼序列bn，然后再用相

7、對碼序列bn，進(jìn)行絕對移相鍵控，此時(shí)該調(diào)制的輸出就是 DPSK已調(diào)信號。本模塊對應(yīng)的操作是這樣的詳細(xì)見圖6-1，37P01為PSK調(diào)制模塊的基帶信號輸入鉚孔，可以送入4P01點(diǎn)的絕對碼信號PSK，也可以送入相對碼基帶信號 相對4P01點(diǎn)的數(shù)字信號來說，此調(diào)制即為DPSK調(diào)制。二相位鍵控解調(diào)電路工作原理二相PSKDPSK解調(diào)器的總電路方框圖如圖6-2所示。該解調(diào)器由三局部組成：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，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要 組成局部。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，以相移鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)Constas環(huán)、

8、逆調(diào)制環(huán)和判決反應(yīng)環(huán)等。近幾年來由于數(shù)字電路技術(shù)和集成電路的迅速 開展，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)生根底知識的學(xué)習(xí)及對根本理論的理解，我們從實(shí)際出發(fā)，選擇科斯塔斯環(huán)解調(diào)電路作為根本實(shí) 驗(yàn)。1 .二相PSK，DPSK信號輸入電路由整形電路，對發(fā)送端送來的二相PSK、DPSK信號進(jìn)行前后級隔離、放大后送至鑒相器1與鑒相 器2分別進(jìn)行鑒相。3STPC3 3STP02據(jù) TPDW圖6-2解調(diào)器原理方框圖2 科斯塔斯環(huán)提取載波原理經(jīng)整形電路放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相器1與鑒相器2的控制信號輸入端的控制信號分別為 0相載波信

9、號與n /2相載波信號。這樣經(jīng)過兩鑒相器輸出的鑒相信號再通過有源 低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比擬判決器完成判決解調(diào)出數(shù)字基帶信碼，由相乘器電路，去掉 數(shù)字基帶信號中的數(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Ud, Ud經(jīng)過環(huán)路低通濾波器濾波后，輸出了一個(gè)平滑的誤差控制電壓，去控制VCC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 070 C,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：f 0 = 5 X 10-4/Cext，在實(shí)驗(yàn)電路中，調(diào)節(jié)精密電位 器38W0110KQ 的阻值，

10、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 根本相等，此時(shí)，當(dāng)電源電壓為+5V時(shí)，才符合：fo = 5 X 10-4/Cext,再改變4、5腳間電容，使74S124的7腳輸出為2.048NHZ方波信號。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2.048MHz時(shí)，此時(shí)可調(diào)節(jié) 38W01,用頻率計(jì)監(jiān)視測量點(diǎn)38TP02上的頻率值，使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出2.048MHz的同步時(shí)鐘信號。該2.048MHz的載波信號經(jīng)過分頻十2電路：一次分頻變成 1.024MHz載波信號，并完成n /2相 移相。這樣就完

11、成了載波恢復(fù)的功能。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，即解調(diào)的數(shù)字基帶信號容易出現(xiàn)反向問題。DPSK調(diào)制解調(diào)就可以解決這個(gè)問題，相絕碼轉(zhuǎn)換在“復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊上完成。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及結(jié)果記錄一 FSK實(shí)驗(yàn)1 .插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊、“ FSK調(diào)制模塊、“噪聲模塊、“FSK解調(diào)模塊，插到底板“ G A B C號的位置插座上具體位置可見底板右下角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)?塊位置分布表。注意模塊插頭與底板

12、插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。2信號線連接：用專用導(dǎo)線將 4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01 連接注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸 出鉚孔連接輸入鉚孔。3加電： 翻開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。假設(shè)電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源， 查找異常原因。4設(shè)置好跳線及開關(guān)：用短路塊將16K02的1-2、3-4相連。撥碼器4SW02設(shè)置為“ 00000，4P01產(chǎn)生2K的15位m序列輸出。5 載波幅度調(diào)節(jié)：16W01 ：調(diào)節(jié) 32KHz 載波幅度大小，調(diào)節(jié)峰峰值4V。16W02 ：調(diào)節(jié) 16KHz 載波幅度大小，調(diào)節(jié)峰峰值4V。用示波器比照測量

13、16TP03、16TP04兩波形。6. FSK調(diào)制信號和巳調(diào)信號波形觀察：雙蹤示波器觸發(fā)測量探頭接16P01,另一測量探頭接16P02,調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察FSK調(diào)制信號和巳調(diào)信號波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。7.噪聲模塊調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)3W01,將3TP01噪聲電平調(diào)為 0;調(diào)節(jié)3W02調(diào)整3P02信號幅度為4V。&FSK解調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)17W01電位器，使壓控振蕩器鎖定在 32KHz16 KHz行不行？，同時(shí)可用頻率計(jì)監(jiān)測 17TP02 信號頻率。9 .無噪聲FSK解調(diào)輸出波形觀察：調(diào)節(jié)3W01,將3TP01噪聲電平調(diào)為0;雙蹤示波器觸發(fā)測量探頭接16P01,另一測量探頭接17P02。同

14、時(shí)觀察FSK調(diào)制和解調(diào)輸出信號波形，并作記錄，并比擬兩者波形，正常情況，兩者波形一致。如果不一致，可微調(diào)17W01電位器，使之到達(dá)一致。10. 加噪聲FSK解調(diào)輸出波形觀察：調(diào)節(jié)3W01逐步增加調(diào)制信號的噪聲電平大小，看是否還能正確解調(diào)出基帶信號。11. ASK實(shí)驗(yàn)與上相似，這兒不再贅述。12 .關(guān)機(jī)拆線：實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，撤除信號連線，并按要求放置好實(shí)驗(yàn)?zāi)K。注：由于本實(shí)驗(yàn)中載波頻率為16KHz、32KHZ,所以被調(diào)制基帶信號的碼元速率不要超過4KHn二 PSK實(shí)驗(yàn)1 .插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊、“ PSK調(diào)制模塊、“噪聲模塊、“ PSK解調(diào)模塊

15、、“同步提取模塊，插到底板“ G A B、C、I 號的位置插座上具體位置可見 底板右下角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)K位置分布表。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板 位號的一致。2. PSK DPSK言號線連接：絕對碼調(diào)制時(shí)的連接PSK :用專用導(dǎo)線將 4P01、37P01; 37P02、3P01; 3P02、38P01連接。相對碼調(diào)制時(shí)的連接 DPSK :用專用導(dǎo)線將 4P03、37P01; 37P02、3P01; 3P02、38P01; 38P02、39P01 連接。注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。3加電: 翻開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。假設(shè)電源指示燈顯示不正常

16、，請立即關(guān)閉電源， 查找異常原因。4基帶輸入信號碼型設(shè)置:撥碼器4SW02設(shè)置為“ 00001“，4P01產(chǎn)生32K的15位m序列輸出；4P03 輸出為 4P01 波形的相對碼。5. 跳線開關(guān)設(shè)置:跳線開關(guān) 37K01 1-2 、 3-4 相連。6載波幅度調(diào)節(jié):37W01 :調(diào)節(jié)0相載波幅度大小，使 37TP02峰峰值24V。用示波器觀測37TP02的幅度，載波 幅度不宜過大，否那么會引起波形失真 37W02 :調(diào)節(jié)n相載波幅度大小，使37TP03峰峰值24V。用示波器觀測37TP03的幅度。7. 相位調(diào)制信號觀察:1 PSK調(diào)制信號觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試4P01點(diǎn)，另一測量探頭測試37P02,調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察BPSK調(diào)制輸出波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2 DPSK調(diào)制信號觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試4P03點(diǎn)，另一測量探頭測試 37P02,調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察DPSK調(diào)制輸出波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。8噪聲模塊調(diào)節(jié):調(diào)節(jié)3W01,將3TP01噪聲電平調(diào)為 0;調(diào)節(jié)3W02使3P02信號峰峰值24V。9. PSK解調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)38W01電位器，使壓控振蕩器工作在2048KHZ同時(shí)可用頻率計(jì)鑒測38TP01點(diǎn)。注意觀察38TP02和38TP03兩測量點(diǎn)波形的相位關(guān)系。10. 相位解調(diào)信號觀測：1PSK調(diào)制方式觀察38P02點(diǎn)PSK解調(diào)輸出波形，并作記錄