實驗二-數字調制實驗

實驗二2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK調制實驗一、實驗目的1、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關系。2、掌握用鍵控法產生2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號的方法。3、掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關系。4、了解2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號的頻譜與數字基帶信號頻譜之間的關系。二、實驗內容1、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號波形。3、用頻譜儀觀察數字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。三、根本原理本實驗使用數字信源模塊和數字調制模塊。信源模塊向調制模塊提供位同步信號和數字基帶信號〔NRZ碼〕。調制模塊將輸入的NRZ絕對碼變?yōu)橄鄬Υa、用鍵控法產生2ASK、2FSK、2DPSK信號。〔A〕二進制數字調制原理一．2ASK1．產生2．頻譜式中Ps(f)為m(t)的功率密度PePeo(f)-fc0fcps(f)-fs0fs譜零點帶寬B=2fs=2RB發(fā)濾波器最小帶寬可為fs(理論值)也可將基帶信號處理后再進行2ASK調制升余弦滾降濾波器升余弦滾降濾波器發(fā)濾波器升余弦滾降信號fccosωct濾除諧波fc-fs/2fc+fs/22二．2FSK1．產生VCOVCO相位連續(xù)相位不連續(xù)cosωc1tcosωc2tm(t)電子開關2．頻譜1010fc2fc2+fsfc1fc1+fs式中是m(t)fc2fc2+fsfc1fc1+fs或f或fc2fc1fc2fc12FSK信號帶寬三．2PSK〔BPSK〕〔絕對調相〕電子開關180電子開關180°°！°m(t)BNRZct2PSKtm(t)NRZ2PSK2PSK1100110信息代碼cosωct2PSKcosωct2PSK信息代碼2PSK規(guī)律：“異變同不變〞，即本碼元與前一碼元相異時，本碼元內2PSK信號的初相相對于前一碼元內2PSK信號的未相變化180°，相同時那么不變。2．頻譜pe0(f)fc-fspe0(f)fc-fsfcfc+fs為m(t)的頻譜當p(1)=p(0)時ps(f)中無直流，B=2fs四．2DPSK〔差分相位鍵控，相對調相〕1．產生碼變換—2PSK調制法2PSK調制2PSK調制Ts2PSK(bk)2DPSK(ak)akbkbk-1112DPSK(ak)2PSK(bk)101100111000000000akbkbk-1cosωctk:0123456絕對碼ak相對碼bk變化規(guī)律：“1變0不變〞。bk=ak+bk-1，設bk初始值為1，各點波形如下圖：第一個碼元內信號的初相可任意假設ak2DPSK規(guī)律：“1變0不變〞，即信息代碼〔絕對碼〕為“1〞時，本碼元內2DPSK信號的初相相對于前一碼元內2DPSK信號的未相變化180°，信息代碼為“0〞時，那么本碼元內2DPSK信號的初相相對于前一碼元內2DPSK信號的末相不變化。2．頻譜同2PSK〔B〕電路原理數字調制單元的原理方框圖及電路圖分別如圖2-1〔實驗箱面膜〕，圖2-2所示。圖2-1數字調制方框圖本單元有以下測試點及輸入輸出點：BS-IN 位同步信號輸入點NRZ-IN 數字基帶信號輸入點CAR 2DPSK信號載波測試點AK 絕對碼測試點〔與NRZ-IN相同〕BK 相對碼測試點2DPSK-OUT 信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V2FSK-OUT 2FSK信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V2ASK 2ASK信號測試點，VP-P>0.5V圖2-1中晶體振蕩器與信源共用，位于信源單元，其它各局部與圖2-2中的主要元器件對應關系如下：8 計數器2 D觸發(fā)器濾波器A 運放，調諧回路濾波器B 運放，調諧回路碼變換 D觸發(fā)器；異或門2ASK調制 三路二選一模擬開關2FSK調制 三路二選一模擬開關2DPSK〔2PSK調制〕三路二選一模擬開關放大器 三極管射隨器 三極管將晶振信號進行8分頻、濾波后，得到2ASK的載頻554KHz。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個頻率相等、相位相反的信號，這兩個信號就是2PSK、2DPSK的兩個載波，2FSK信號的兩個載波頻率分別為晶振頻率的1/2和1/4，也是通過分頻和濾波得到的。下面重點介紹2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關系如圖2-3所示。圖2-32PSK、2DPSK波形圖中假設碼元寬度等于載波周期的1.5倍。2PSK信號的相位與信息代碼的關系是：前后碼元相異時，2PSK信號相位變化180，相同時2PSK信號相位不變，可簡稱為“異變同不變〞。2DPSK信號的相位與信息代碼的關系是：碼元為“1〞時，2DPSK信號的相位變化180。碼元為“0〞時，2DPSK信號的相位不變，可簡稱為“1變0不變〞。應該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內信號的初相與上一碼元內信號的末相進行比擬，而不是將相鄰碼元信號的初相進行比擬。實際工程中，2PSK或2DPSK信號載波頻率與碼速率之間可能是整數倍關系也可能是非整數倍關系。但不管是那種關系，上述結論總是成立的。本單元用碼變換——2PSK調制方法產生2DPSK信號，原理框圖及波形圖如圖2-4所示。相對于絕對碼AK、2PSK調制器的輸出就是2DPSK信號，相對于相對碼、2PSK調制器的輸出是2PSK信號。圖中設碼元寬度等于載波周期，已調信號的相位變化與AK、BK的關系當然也是符合上述規(guī)律的，即對于AK來說是“1變0不變〞關系，對于BK來說是“異變同不變〞關系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變〞規(guī)律。圖2-4中調制后的信號波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。2DPSK通信系統可以克服上述2PSK系統的相位模糊現象，故實際通信中采用2DPSK而不用2PSK〔多進制下亦如此，采用多進制差分相位調制MDPSK〕，此問題將在數字解調實驗中再詳細介紹。圖2-42DPSK調制器2PSK信號的時域表達式為S(t)=m(t)Cosωct式中m(t)為雙極性不歸零碼BNRZ，當“0〞、“1〞等概時m(t)中無直流分量，S(t)中無載頻分量，2DPSK信號的頻譜與2PSK相同。2ASK信號的時域表達式與2PSK相同，但m(t)為單極性不歸零碼NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信號中有載頻分量。2FSK信號〔相位不連續(xù)2FSK〕可看成是AK與AK調制不同載頻信號形成的兩個2ASK信號相加。時域表達式為式中m(t)為NRZ碼。圖2-52ASK、2PSK〔2DPSK〕、2FSK信號功率譜圖2-2數字調制原理圖設碼元寬度為Ts，fS=1／Ts在數值上等于碼速率，2ASK、2PSK〔2DPSK〕、2FSK的功率譜密度如圖2-5所示?？梢?，2ASK、2PSK〔2DPSK〕的功率譜是數字基帶信號m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK〔2DPSK〕為線性調制信號。多進制的MASK、MPSK〔MDPSK〕、MFSK信號的功率譜與二進制信號功率譜類似。圖2-2數字調制原理圖本實驗系統中m(t)是一個周期信號，故m(t)有離散譜，因而2ASK、2PSK〔2DPSK〕、2FSK也具有離散譜。四、實驗步驟1、熟悉數字信源單元及數字調制單元的工作原理。2、連線：數字調制單元的CLK、BS-IN、NRZ-IN分別連至信源單元CLK、BS、NRZ。翻開 交流電源開關和兩模塊的電源開關。3、用數字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步信號，示波波CH1接AK，CH2接BK，信源模塊的K1、K2、K3置于任意狀態(tài)〔非全0〕，觀察AK、BK波形，總結絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。4、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結2DPSK信號相位變化與絕對碼的關系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關系〔此關系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關系〕。注意：2DPSK信號的幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。5、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關系〔注意“1〞碼與“0〞碼對應的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的〕。6、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜〔條件不具備時不進行此項觀察〕。應該注明的是：由于示波器的原因，實驗中可能看不到很理想的2FSK、2DPSK波形。五、實驗報告要求1、設絕對碼為全1、全0或10011010，求相對碼。2、設相對碼為全1、全0或10011010，求絕對碼。3、設信息代碼為1001101