通信原理實(shí)驗(yàn)：數(shù)字解調(diào)與眼圖

..實(shí)驗(yàn)名稱數(shù)字解調(diào)與眼圖學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級XX學(xué)號數(shù)字解調(diào)與眼圖實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2.掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。實(shí)驗(yàn)容1.用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。2.用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點(diǎn)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(dāng)此關(guān)系不能滿足時(shí)只能用相干解調(diào)法。本實(shí)驗(yàn)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(shí)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(luò)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：MU 相乘器輸出信號測試點(diǎn)LPF 低通、運(yùn)放輸出信號測試點(diǎn)Vc 比擬器比擬電壓測試點(diǎn)CM 比擬器輸出信號的輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)BK 解調(diào)輸出相對碼測試點(diǎn)AK-OUT 解調(diào)輸出絕對碼的輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)〔3個(gè)〕BS-IN 位同步信號輸入點(diǎn)2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：FD 2FSK過零檢測輸出信號測試點(diǎn)LPF 低通濾波器輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)CM 整形輸出輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)BS-IN 位同步信號輸入點(diǎn)AK-OUT 解調(diào)輸出信號的輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)〔3個(gè)〕2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：相乘器U29：模擬乘法器MC1496低通濾波器R31；C2運(yùn)放U30：運(yùn)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(yīng)關(guān)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(yùn)算放大器LM318；假設(shè)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(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?dāng)_條件。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中為簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)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(dāng)24bit的相對碼BK中"1〞碼和"0〞碼個(gè)數(shù)不相等時(shí)，相乘器U29的輸出信號MU及低通濾波器輸出信號LPF是正負(fù)不對稱的信號。在實(shí)際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號是一個(gè)均值為0且正負(fù)對稱的信號，因此最正確判決電平為0。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。當(dāng)Vc=0而相對碼BK中"1〞碼和"0〞碼個(gè)數(shù)差異太大時(shí)，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因?yàn)榇藭r(shí)LPF信號的正電平或負(fù)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(dāng)BK中"1〞碼與"0〞碼個(gè)數(shù)差異比擬大時(shí)出現(xiàn)誤碼時(shí)，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號的中值〔最正確判決門限〕。實(shí)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?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單極性非歸零碼，其單個(gè)"1〞碼對應(yīng)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(dāng)LPF中有噪聲時(shí)，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(diǎn)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(guān)問題說明如下：圖4-4為2FSK過零檢測解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖，圖中設(shè)"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(zhuǎn)換電平約為2.5V，可把輸入信號進(jìn)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(gòu)成一個(gè)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(diǎn)波形示意圖單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對TTL電平的2FSK信號進(jìn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的非歸零碼，必須進(jìn)展抽樣判決處理。U34對抽樣判決輸出信號進(jìn)展整形。實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)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(jié)方式如圖4-5所示,其中實(shí)線是指已在電路板上布好的,虛線是實(shí)驗(yàn)中要手工連接的。實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)那么送到2FSK解調(diào)單元。圖4-5數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖1.復(fù)習(xí)前面實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)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(shí)驗(yàn)〔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(diǎn),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(yīng)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(dāng)一幀BK中"1〞碼"0〞碼個(gè)數(shù)一樣時(shí)，LPF的正、負(fù)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(dāng)BK中"1〞與"0〞等概時(shí)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(guān)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(guān)系。BK與BK’結(jié)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(gè)碼元。BK與MU結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(gè)碼元。AK與AK-OUT結(jié)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(gè)碼元?！?〕斷開、接通電源假設(shè)干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)展步驟〔4〕中的觀察。BK與MU結(jié)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(jié)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(jié)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(gè)碼元。AK與MU結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(gè)碼元?！?〕將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于右方〔M序列〕端，此時(shí)數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機(jī)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(diǎn)，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。眼圖4.2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7復(fù)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(diǎn),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(yīng)接近圖4-4所示的理論波形。AK與FDAK與LPFAK與CMAK與AK-OUT實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.設(shè)絕對碼為1001101，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克制相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。答：當(dāng)相干載波為-cosωCt時(shí)，MU、LPF及BK與載波為cosωCt時(shí)的狀態(tài)反相，但AK仍不