通信原理實驗：數(shù)字解調(diào)與眼圖

..實驗名稱數(shù)字解調(diào)與眼圖學院信息科學與工程學院專業(yè)班級XX學號數(shù)字解調(diào)與眼圖實驗目的1.掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2.掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。實驗容1.用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。2.用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。3．用示波器觀察眼圖。根本原理可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法〔相位比擬法〕解調(diào)2DPSK信號。在相位比擬法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當此關系不能滿足時只能用相干解調(diào)法。本實驗系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實際工程中相干解調(diào)法用得最多。2FSK信號的解調(diào)方法有：包絡括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。圖4-1數(shù)字解調(diào)方框圖2DPSK相干解調(diào)〔b〕2FSK過零檢測解調(diào)本實驗采用相干解調(diào)法解調(diào)2DPSK信號、采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號。2DPSK模塊部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊部僅使用+5V電壓。圖4-1為兩個解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖4-2所示〔見附錄〕。2DPSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點：MU 相乘器輸出信號測試點LPF 低通、運放輸出信號測試點Vc 比擬器比擬電壓測試點CM 比擬器輸出信號的輸出點/測試點BK 解調(diào)輸出相對碼測試點AK-OUT 解調(diào)輸出絕對碼的輸出點/測試點〔3個〕BS-IN 位同步信號輸入點2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點：FD 2FSK過零檢測輸出信號測試點LPF 低通濾波器輸出點/測試點CM 整形輸出輸出點/測試點BS-IN 位同步信號輸入點AK-OUT 解調(diào)輸出信號的輸出點/測試點〔3個〕2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對應關系如下：相乘器U29：模擬乘法器MC1496低通濾波器R31；C2運放U30：運算放大器UA741比擬器U31：比擬器LM710抽樣器U32:A：雙D觸發(fā)器7474碼反變換器U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門74862FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對應關系如下：整形1 U34:A：反相器74HC04單穩(wěn)1、單穩(wěn)2 U35：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123相加器U36：或門7432低通濾波器U37：運算放大器LM318；假設干電阻、電容整形2 U34:B：反相器74HC04抽樣器U38:A：雙D觸發(fā)器7474在實際應用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器用來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串擾條件。本實驗系統(tǒng)中為簡化實驗設備，發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒有帶通濾波器、信道是理想的，故解調(diào)器輸入端就沒加帶通濾波器。下面對2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問題加以說明。MU的波形接近圖4-3所示的理論波形，略有區(qū)別。信源是周期為24bit的周期信號，當24bit的相對碼BK中"1〞碼和"0〞碼個數(shù)不相等時，相乘器U29的輸出信號MU及低通濾波器輸出信號LPF是正負不對稱的信號。在實際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號是一個均值為0且正負對稱的信號，因此最正確判決電平為0。本實驗系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。當Vc=0而相對碼BK中"1〞碼和"0〞碼個數(shù)差異太大時，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因為此時LPF信號的正電平或負電平非常接近0電平，抽樣脈沖〔位同步信號〕稍不理想就會造成誤碼。電位器R39用來調(diào)節(jié)判決電平，當BK中"1〞碼與"0〞碼個數(shù)差異比擬大時出現(xiàn)誤碼時，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號的中值〔最正確判決門限〕。實際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器〔或差分相干解調(diào)器〕不需要調(diào)節(jié)判決電平。比擬器的輸出CM為TTL電平信號，它不能作為相對碼直接送給碼反變器，因為它并不是一個標準的單極性非歸零碼，其單個"1〞碼對應的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。另外，當LPF中有噪聲時，CM中還會出現(xiàn)噪聲脈沖。異或門74LS86輸出的絕對碼波形的高電平上疊加有小的干擾信號，經(jīng)U34整形后即可去掉。DPSK相干解調(diào)器模塊各點波形示意圖如圖4-3所示。圖4-32DPSK相干解調(diào)波形示意圖2FSK解調(diào)器工作原理及有關問題說明如下：圖4-4為2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖，圖中設"1〞碼載頻等于碼速率的兩倍，"0〞碼載頻等于碼速率。整形1和整形2的功能與比擬器類似，在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。74HC04的狀態(tài)轉換電平約為2.5V，可把輸入信號進展硬限幅處理。整形1將正弦2FSK信號變?yōu)門TL電平的2FSK信號。整形2和抽樣電路共同構成一個判決電平為2.5V的抽樣判決器。圖4-42FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對TTL電平的2FSK信號進展微分、整流處理。電位器R43和R44決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度〔應根本相等〕。R48可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率特性及LPF信號幅度，LPF不是TTL電平信號且不是標準的非歸零碼，必須進展抽樣判決處理。U34對抽樣判決輸出信號進展整形。實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號連結方式如圖4-5所示,其中實線是指已在電路板上布好的,虛線是實驗中要手工連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號來自位同步提取單元。本實驗未用位同步提取單元,所以位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實驗時，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實驗時那么送到2FSK解調(diào)單元。圖4-5數(shù)字解調(diào)實驗連接圖1.復習前面實驗的容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關K7置于左方NRZ端。2.檢查要用到的數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制及載波同步單元是否工作正常，保證載波同步單元處于同步態(tài)！3.2DPSK解調(diào)實驗〔1〕將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點,以信源單元的FS信號作為示波器外同步信號，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2〔建議使用示波器探頭的x10衰減檔〕接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應接近圖4-3所示的理論波形。BK與MU〔2〕示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當一幀BK中"1〞碼"0〞碼個數(shù)一樣時，LPF的正、負極性信號電平與0電平對稱，否那么不對稱。BK與LPF〔3〕示波器的CH1接VC，調(diào)節(jié)電位器R39，保證VC處在0電平〔當BK中"1〞與"0〞等概時LPF的中值即為0電平〕，此即為抽樣判決器的最正確門限?！?〕觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關系，再觀察數(shù)字信源單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關系。BK與BK’結論：2DPSK解調(diào)單元的BK相對于數(shù)字調(diào)制單元的BK滯后一個碼元。BK與MU結論：2DPSK解調(diào)單元的MU與數(shù)字調(diào)制單元的BK同相。BK與LPF結論：2DPSK解調(diào)單元的LPF與數(shù)字調(diào)制單元的BK同相。AK與MU結論：2DPSK解調(diào)單元的MU是數(shù)字信源單元中的AK的絕對碼波形。AK與LPF結論：2DPSK解調(diào)單元的LPF是數(shù)字信源單元中的AK的絕對碼波形。AK與LPF結論：2DPSK解調(diào)單元的LPF是數(shù)字信源單元中的AK的絕對碼波形，且LPF滯后一個碼元。AK與AK-OUT結論：2DPSK解調(diào)單元的AK-OUT是數(shù)字信源單元中的AK的絕對碼波形，且AK-OUT滯后一個碼元。〔5〕斷開、接通電源假設干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關系出現(xiàn)跳變，重新進展步驟〔4〕中的觀察。BK與MU結論：2DPSK解調(diào)單元的MU與數(shù)字調(diào)制單元的BK反相。BK與LFT結論：2DPSK解調(diào)單元的LFT與數(shù)字調(diào)制單元的BK反相。BK與BK結論：2DPSK解調(diào)單元的BK與數(shù)字調(diào)制單元的BK反相，且滯后一個碼元。AK與MU結論：數(shù)字信源單元中的AK是2DPSK解調(diào)單元的MU的絕對碼波形。AK與LPF結論：數(shù)字信源單元中的AK是2DPSK解調(diào)單元的LPF的絕對碼波形。AK與BK結論：數(shù)字信源單元中的AK是2DPSK解調(diào)單元的BK的絕對碼波形。AK與A-OUT結論：數(shù)字信源單元中的AK與2DPSK解調(diào)單元的AK-OUT同相，且AK-OUT滯后一個碼元?！?〕將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關K7置于右方〔M序列〕端，此時數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機序列〔本系統(tǒng)中是M序列〕信號。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。眼圖4.2FSK解調(diào)實驗將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關K7復原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程〔注意：低通及整形2都有倒相作用〕。LPF的波形應接近圖4-4所示的理論波形。AK與FDAK與LPFAK與CMAK與AK-OUT實驗報告要求1.設絕對碼為1001101，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出如果相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，在CAR-OUT與CAR同相、反相時2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結2DPSK克制相位模糊現(xiàn)象的機理。答：當相干載波為-cosωCt時，MU、LPF及BK與載波為cosωCt時的狀態(tài)反相，但AK仍不