通信原理實(shí)驗(yàn)(4)new

1、實(shí)驗(yàn)四 振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握2ASK相干解調(diào)的原理。2、掌握2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)的原理。3、掌握2DPSK相干解調(diào)的原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察2ASK、2FSK、2DPSK解調(diào)信號(hào)波形。2、觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形。3、觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。三、實(shí)驗(yàn)器材1、信號(hào)源模塊2、數(shù)字調(diào)制模塊3、數(shù)字解調(diào)模塊4、同步信號(hào)提取模塊5、20M雙蹤示波器一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理1、2ASK解調(diào)原理。2ASK解調(diào)有非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）兩種方法，相應(yīng)的接收系統(tǒng)原理框圖如圖16-1所示：（a）（b）圖16-1 2ASK解調(diào)原理框圖（a）非

2、相干方式 （b）相干方式我們采用的是包絡(luò)檢波法。2ASK調(diào)制信號(hào)從“ASK-IN”輸入，經(jīng)CA03和RA02組成的耦合電路至半波整流器（由DA02、DA03組成），半波整流后的信號(hào)經(jīng)電壓比較器UA01（LM339）與參考電位比較后送入抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信號(hào)。標(biāo)號(hào)為“ASK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器用來(lái)調(diào)節(jié)電壓比較器UA01的判決電壓。判決電壓過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致正確的解調(diào)結(jié)果的丟失；判決電壓過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯(cuò)碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的時(shí)鐘信號(hào)就是2ASK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)從“ASK-BS”輸入，可以從信號(hào)源

3、直接引入，也可以從同步信號(hào)恢復(fù)模塊引入。在實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器來(lái)濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無(wú)碼間串?dāng)_的條件。本實(shí)驗(yàn)中為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒(méi)有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想的，所以在解調(diào)部分的輸入端也沒(méi)有加帶通濾波器。2、2FSK解調(diào)原理 （a） （b） （c）（a）非相干方式；（b）相干方式；（c）過(guò)零檢測(cè)法圖16-2 2FSK解調(diào)原理框圖2FSK有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等，相應(yīng)的接收系統(tǒng)的框圖如圖16-2所示。這里采用的是過(guò)零檢測(cè)法對(duì)2FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FS

4、K信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。用過(guò)零檢測(cè)法對(duì)FSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的原理框圖如圖16-2（c）所示。其中整形1和整形2的功能類似于比較器，可在其輸入端將輸入信號(hào)疊加在2.5V上。2FSK調(diào)制信號(hào)從“FSK-IN”輸入。UA03（LM339）的判決電壓設(shè)置在2.5V，可把輸入信號(hào)進(jìn)行硬限幅處理。這樣，整形1將2FSK信號(hào)變?yōu)門TL電平；整形2和抽樣電路共同構(gòu)成抽樣判決器，其判決電壓可通過(guò)標(biāo)號(hào)為“2FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1和單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器UA05（74HC32）一起共同對(duì)T

5、TL電平的2FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。電阻RA14與RA16決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時(shí)鐘信號(hào)就是2FSK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)應(yīng)從“FSK-BS”輸入，可以從信號(hào)源直接引入，也可以從同步信號(hào)恢復(fù)模塊引入。3、2DPSK解調(diào)原理2DPSK解調(diào)最常用的方法是極性比較法和相位比較法，這里采用的是極性比較法對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，原理框圖如圖16-3（a）所示。2DPSK調(diào)制信號(hào)從“PSK-IN”輸入，位同步信號(hào)從“PSK-BS”輸入，同步載波從“載波輸入”點(diǎn)輸入。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)UA08（MC1496）與載波信號(hào)相乘后，去掉了調(diào)制信號(hào)中的載波成分，再經(jīng)過(guò)低通濾波器去除

6、高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行抽樣判決（抽樣判決器由UA10（74HC74）構(gòu)成，其時(shí)鐘為基帶信號(hào)的位同步信號(hào)），再經(jīng)過(guò)逆差分變換電路（由UA10（74HC74）、UA11（74HC86）組成），就可以得到基帶信號(hào)了。（a）極性比較法 （b）相位比較法圖16-3 2DPSK解調(diào)原理框圖4、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較現(xiàn)在我們來(lái)比較一下2ASK、2FSK、2DPSK這三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能。1）頻帶寬度當(dāng)碼元寬度為Ts時(shí)，2ASK系統(tǒng)和2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts,2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為。因此，從頻帶寬度和從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)最不可取。2）表16

7、-1中列出了2ASK、2FSK、2DPSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與輸入信噪比r的關(guān)系。從該表清楚地看出，在每一對(duì)相干和非相干的鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式。它們基本上是和之間的關(guān)系，而且隨著，它們將趨于同一極限值。另外，三種相干（或非相干）方式之間，在相同誤碼率條件下，在信噪比要求上2PSK比2FSK小3dB、2FSK比2ASK小3dB。由此看來(lái)，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。表16-1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤碼率公式表名稱Pe與r的關(guān)系相干2ASK=非相干2ASK=相干2FSK=非相干2FSK=相干2PSK=差分相干2PSK=3）對(duì)于對(duì)信道特性變

8、化的敏感性：在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí)，還應(yīng)考慮它的最佳判決門限對(duì)信道特性的變化是否敏感。在2FSK系統(tǒng)中，不需要人為地設(shè)置判決門限，它是直接比較兩路解調(diào)輸出的大小來(lái)作出判斷的。在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限電平為零，與接收機(jī)輸出信號(hào)的幅度有關(guān)。因此，它不隨信道特性的變化而變化。這時(shí)，接收機(jī)容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為a/2 （當(dāng)時(shí)），它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度a將隨著發(fā)生變化；相應(yīng)地，判決器的最佳判決門限電平也將隨之改變。這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，從而導(dǎo)致誤碼率增大。因此，就對(duì)信道特性變化

9、的敏感性而言，2ASK性能最差。當(dāng)信道存在嚴(yán)重的衰落時(shí)，通常采用非相干接收，因?yàn)檫@時(shí)在接收端不易得到相干解調(diào)所需的相干載波。當(dāng)發(fā)射機(jī)有嚴(yán)格的限制時(shí)，可考慮采用相干接收。因?yàn)樵诮o定的碼元傳輸速率及誤碼率的條件下，相干接收所要求的信噪比要比非相干接收小。4）對(duì)于2ASK、2FSK、2PSK來(lái)說(shuō)，發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜程度差不多，而接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對(duì)于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)的復(fù)雜；而同為相干解調(diào)時(shí)，2PSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡(jiǎn)單。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將信號(hào)源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步信號(hào)提取模塊小心地固定在主機(jī)箱中，確保電源

10、接觸良好。2、插上電源線，打開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下四個(gè)模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501發(fā)光，按一下信號(hào)源模塊的復(fù)位鍵，四個(gè)模塊均開始工作。3、將信號(hào)源模塊的位同步信號(hào)（BS）的頻率設(shè)置為15.625KHz，將信號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼設(shè)置為01110010 11001100 10101010，將同步信號(hào)提取模塊的撥碼開關(guān)SW501的第一位撥上。4、ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）用信號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號(hào)，合理連接信號(hào)源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“ASK調(diào)制輸

11、出”能輸出正確的ASK調(diào)制波形。2）將“ASK調(diào)制輸出”的輸出信號(hào)送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)我們“ASK-IN”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“ASK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號(hào)為“ASK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止。將該點(diǎn)波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ-IN”,再將同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“ASK-BS”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”、“ASK解調(diào)輸出”處的波形，并與信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。5、FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）將信號(hào)源模塊的位同步信號(hào)的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信

12、號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號(hào)，合理連接信號(hào)源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“FSK調(diào)制輸出”能輸出正確的FSK調(diào)制波形。2）將點(diǎn)“FSK調(diào)制輸出”的輸出信號(hào)送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“FSK-IN”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“FSK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號(hào)為“FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止。將該點(diǎn)波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ-IN”,再將同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“FSK-BS”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn) “單穩(wěn)輸出1”、“單穩(wěn)輸出2”、“過(guò)零檢測(cè)”、“FSK解調(diào)輸出”處的波形，并與

13、信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。6、PSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）將信號(hào)源模塊的位同步信號(hào)的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信號(hào)源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號(hào)，合理連接信號(hào)源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“PSK調(diào)制輸出”能輸出正確的PSK調(diào)制波形。將“PSK調(diào)制輸出”的輸出信號(hào)送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“PSK-IN”，將“PSK調(diào)制輸出”的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“S-IN”，使信號(hào)輸出點(diǎn)“載波輸出”能輸出提取出的正確的載波信號(hào)（方法請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)十四），再將該點(diǎn)的輸出波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“載波輸入”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“PSK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號(hào)為“PSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止(電位器WA02可調(diào)節(jié)乘法器的平衡度，該處在出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)好，請(qǐng)勿自行調(diào)節(jié))。將點(diǎn)“PSK-OUT”輸出的波形送入同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“NRZ-IN”，再將同步信號(hào)提取模塊的信號(hào)輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號(hào)輸入點(diǎn)“PSK-BS”，觀察信號(hào)輸出點(diǎn)“OUT4”、“OUT5”、“PSK解調(diào)輸出”處的波形，并與信號(hào)源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)思考題1、改變74123的哪些外圍元件參數(shù)對(duì)FSK解調(diào)能否正確輸出有影響？ 答：時(shí)鐘電路、載頻電路