通原實驗2-PSK實驗

2PSK/2DPSK的調制解調原理2PSK/2DPSK信號波形2PSK/2DPSK信號帶寬知識要點：2.頻帶寬度各種二進制數字調制系統(tǒng)的頻帶寬度也示于表8-1中，其中為傳輸碼元的時間寬度?？梢钥闯觯?ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)頻帶寬度相同，均為是碼元傳輸速率的二倍；2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為大于2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK調制系統(tǒng)最差。（1）同一調制方式不同檢測方法的比較可以看出，對于同一調制方式不同檢測方法，相干檢測的抗噪聲性能優(yōu)于非相干檢測。但是，隨著信噪比的增大，相干與非相干誤碼性能的相對差別越不明顯。另外，相干檢測系統(tǒng)的設備比非相干的要復雜。（2）同一檢測方法不同調制方式的比較1）相干檢測時，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；2）非相干檢測時，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。反過來，若信噪比一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)。因此，從抗加性白噪聲上講，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。通信原理實驗第二單元

數字調制與解調系統(tǒng)實驗

數字調制與解調技術的重點是:數字基帶信號與數字頻帶信號之間的轉換,實驗的目的是掌握實現這種轉換的技術。目前采用最多的方法是鍵控法,它是用數字基帶信號控制高頻載波的可控參數。實際工程中常應用的數字調制方式有:ASK、FSK與PSK。

創(chuàng)新實驗教學培養(yǎng)價值人才通信原理實驗二(2)武漢理工大學信息工程學院專業(yè)綜合實驗中心.

移相鍵控

PSK調制與解調載波信號是各種調制所必須的傳送載體基帶信號是各數字通信系統(tǒng)傳輸的對象

移相鍵控PSK在數字通信系統(tǒng)中是一種重要的調制方式，其抗噪性能和信道頻帶利用率均優(yōu)于ASK和FSK，即使在有衰落的信道中也能獲得很好的效果。因而在實際的高速數據傳輸系統(tǒng)中得到廣泛的應用，通過此實驗：1．掌握2PSK和2DPSK調制與解調電路的組及成工作原理。2．了解“0”相和“π”相載頻信號的產生方法與掌握二進制絕對碼與相對碼的變換方法。3.掌握2PSK和2DPSK調制器與解調器的測試技能。一、實驗目的5.2DPSK調制與解調信號的測量1.2PSK信號同相與反相載波的產生與測量2.數字基帶信號的產生與測量4.2PSK調制與解調信號的測量。3.絕對碼（an)與相對碼(BN)信號測量二、實驗內容6.2PSK/2DPSK調制信號的頻譜（功率譜）測量

數字相位調制又稱移相鍵控，簡記PSK,二進制移相鍵控記作2PSK。它是利用載波相位的變化來傳送數字信息的。通常有兩種類型：1.數字移相鍵控PSK調制的基本原理(1)絕對相移(2PSK或BPSK)(2)相對相移(差分相移/2DPSK或DBPSK)三、實驗應知知識1.1絕對移相鍵控2PSK調制電路與基本原理絕對相移定義：

所謂絕對移相是以載波的不同相位的絕對值來直接傳送相應二進制數字信號的一種調制方式，簡稱2PSK。通常用已調載波的“0”相和“π”相，分別表示二進制數字的“1”和“0”。1001110絕對碼2PSK載波0相位這種用載波不同相位的絕對值直接去表示相應數字信息的相位鍵控，常稱為絕對移相。

在絕對移相鍵控系統(tǒng)中：信息代碼與2PSK已調載波相位變化的規(guī)律是“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°，相同時則不變。

2PSK信號的產生，在工程上可以采用模擬調制與鍵控的兩種方法實現。雙極性不歸零1.2PSK模擬調制1、22PSK信號的產生過程1001110絕對碼載波雙極性不歸零調制器用模擬器件承擔10011102.2PSK鍵控調制1、22PSK信號的產生過程載波反相2PSK鍵控調制系統(tǒng)電路原理框圖如圖所示：電路結構特點是：調制器用電子開關承擔。載波反相工作原理10011104）2PSK功率譜特性2PSK信號的功率譜特性與2ASK信號的功率譜特性數學表達式一樣，即：只是an的取值不同。因此，參照2ASK功率譜可得到2PSK信號功率譜也只是基帶數字信號頻譜的線性搬移。2PSK信號頻譜為了更深入掌握2PSK信號的性質，除時域分析外，還應進行頻域分析。由于二進制序列一般為隨機序列，其頻域分析的對象應為信號功率譜密度。鑒相器1、32PSK信號的解調判決LPFBPF定時脈沖數據輸出本地載波由于絕對移相方式在調制時，是以某一載波相位作為基準的。因此解調時，在接收端也必須恢復一個與調制端同樣的固定基準相位載波作為參考，即采用相干解調。1001110發(fā)送數據2PSK參考載波相乘輸出低通輸出1001110判決輸出一旦接收端參考相位發(fā)生變化，則恢復出的數字信息也會出現0和1的反轉，從而導致接收端錯誤接收。相乘輸出1001110發(fā)送數據2PSK0110001判決輸出載波低通輸出這種現象通常稱為2PSK的“倒

”現象或“反向工作”現象。

分析可知：2PSK調制在理論分析時，雖然成立。但在實際工程中，如若因接收端遇到突發(fā)干擾（溫度漂移或噪聲干擾等）。就會使接收端的基準參考相位發(fā)生隨機的跳變，則產生倒“π”現象，發(fā)生絕對的錯誤，對系統(tǒng)的誤碼性能，影響很大，使通信質量很差，故在實際工程中，基本不使用。二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對值傳送數字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。

假設相對載波相位值用相位偏移表示并規(guī)定數字信息序列與之間的關系為

1、4相對（差分）移相鍵控2DPSK??=DF0數字信息“0”數字信息“1”p2DPSK2PSK載波0相位

01001110絕對碼2DPSK的規(guī)律是“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，則本碼元內2DPSK信號的初相相對于前一碼元內2DPSK信號的末相不變化。1、5相對移相信號的產生原理由理論分析可知，相對移相鍵控信號的產生方法是：首先對數字基帶信號進行差分編碼即由絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，然后用相對碼對載波進行絕對調相，即可實現2DPSK信號的產生。2DPSK1001110絕對碼0001011相對碼載波0相位

01、6相對移相信號的工程實現在工程上，實現相對移相2DPSK信號的基本調制電路有：模擬調制與鍵控調制法。1.2DPSK模擬調制雙極性不歸零差分碼變換雙極性差分碼()tSDPSK2構成2DPSK模擬調制系統(tǒng)的基本單元電路有：調制器1001110絕對碼相對碼0001011載波()tSDPSK21、6相對移相信號的工程實現2.2DPSK鍵控調制構成2DPSK鍵控調制系統(tǒng)的基本單元電路有：振蕩器反相器調制器差分編碼器1001110絕對碼相對碼0001011()tSDPSK2

由討論可知，無論是2PSK還是2DPSK信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性基帶信號作用下的調幅信號，無非是一對倒相信號的序列。因此，2DPSK和2PSK信號具有相同形式的表達式：

1、72PSK信號的功率譜特性與帶寬

所不同的是2PSK表達式中的s(t)是數字基帶信號，2DPSK表達式中的s(t)是由數字基帶信號變換而來的差分碼數字信號。據此，有以下結論：

1、2DPSK與2PSK信號有相同的功率譜

2、2DPSK與2PSK信號帶寬相同，是基帶信號帶寬Bs的兩倍，即3、2DPSK與2PSK信號頻帶利用率也相同，為

1、82DPSK信號解調

對2DPSK信號的解調有兩種解調方式，一種是差分相干解調，另一種是相干解調-碼變換法。后者又稱為極性比較－碼變換法。

它是直接比較前后碼元的相位差而構成的，故也稱為相位比較法解調，其原理框圖如圖所示。

1、差分相干解調法電路組成與工作原理判決LPFBPF定時脈沖延遲TS數據輸出這種方法不需要碼變換器，也不需要專門的相干載波發(fā)生器，因此設備比較簡單、實用。圖中Ts延時電路的輸出起著參考載波的作用。乘法器起著相位比較（鑒相）的作用。A:差分相干解調法電路組成鑒相器以數字序列=[1011001]為例1、82DPSK信號解調1、差分相干解調法電路組成與工作原理B:差分相干解調法工作原理發(fā)送數據10110012DPSK延遲鑒相輸出定時脈沖樣值x判決輸出判決規(guī)則：正-”0“；負-“1”10110011、82DPSK信號解調2、相干解調-碼變換法電路組成與工作原理1、相干解調-碼變換法電路組成判決BPF碼(反)變換此法即是2PSK解調加差分譯碼，其電路組成原理方框圖如下：

LPF鑒相器載波提取電路位同步提取電路Ts此電路與差分解調電路相比，解調時需要碼變換器和相干載波提取電路。因此設備比較復雜；且抗噪聲性能差；系統(tǒng)誤碼率增加，通常認為增加一倍；所以DPSK解調大多采用差分相干接收。1、82DPSK信號解調2、相干解調-碼變換法電路組成與工作原理1、相干解調-碼變換法電路工作原理以數字序列=[101001]為例0101001發(fā)送數據2DPSK

載波相乘輸出低通輸出判決輸出1001110差分輸出101001

由以上分析可知，2DPSK的波形與2PSK的不同，他們的同一相位并不對應相同的數字信息符號，而前后碼元相對相位差才表示信息符號。這說明，解調2DPSK信號是并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關系不破壞，則只要鑒別這個相差關系就可正確恢復數字信息，。這就避免了2PSK中的倒π現象發(fā)生，為此得到了廣泛的工程應用。實驗用數字調制與解調電路模塊的基本組成四、實驗內容與步驟

本實驗電路以單元模塊電路為基礎構成，系統(tǒng)組成如圖所示,它包括有：數字基帶信號產生電路載波信號產生電路差分編/譯碼器調制器反相器加法器耦合與整流電路低通濾波鎖相環(huán)電路乘法器電路電壓比較抽樣判決2.3實驗用2PSK調制與解調電路的基本組成實驗用2PSK調制與解調器的系統(tǒng)組成原理框圖如圖示：調制采用的是鍵控法；解調采用的是相干解調：提供128KHZ正弦載波信號M序列提供數字基帶信號NRZ模擬開關MC4053構成調制器2PSK信號經相加器后輸出F1/幅度；控制128KHZ幅度K1；控制M序列位數；7/15轉換K2；控制NRZ轉換K3；控制調制方式轉換

請你參考《通信原理》課程所學2PSK調制系統(tǒng)電路組成，根據實驗室提供的“數字調制與解調電路模塊”，自己構建并畫出，用鍵控方式實現2PSK調制系統(tǒng)的實驗電路框圖。

基本條件：載波頻率128KC；傳輸速率8KHZ。四、實驗內容與步驟實驗項目1：2PSK信號產生與測量128K反相器調制器絕對碼相加器2PSK調制128K方波8KCP波形變換M序列正弦波F1/0相F1/π相四、實驗內容與步驟實驗項目1：2PSK信號產生與測量2PSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示實驗準備連接實驗電路電源連接128K/8K方波信號源128K方波輸入信號源8KHZ方波輸入K1=1/K2=4/K3=2連接相應單元電路示波器CH1測試數據觀察與記錄1.0相π相載波信號測量：記錄信號參數與波形。示波器CH22.數字基帶信號測量：記錄信號參數與波形。（M=7）示波器CH13.2PSK信號測量：記錄信號波形。示波器CH2適當調節(jié)f1/幅度；使幅度為2.5Vp-p說明：什么是2PSK？四、實驗內容與步驟實驗項目2：2PSK信號的功率譜測量實驗準備保持實驗1所設工作狀態(tài)不變2PSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示示波器CH1示波器CH2測試數據觀察與記錄1.2PSK信號頻譜測量：記錄信號參數與波形。方法：主菜單信源X2光標類型頻率四、實驗內容與步驟實驗項目3：2PSK調制信號的解調測量

請你參考《通信原理》課程所學2PSK相干解調系統(tǒng)電路組成，根據實驗室提供的“數字調制與解調電路模塊”，自己構建并畫出實現對2PSK信號解調的實驗電路框圖。鑒相器判決LPF數據輸出Ts實驗項目3：2PSK調制信號的解調測量

2PSK非相干解調測試電路原理框圖如圖所示：四、實驗內容與步驟實驗準備按解調系統(tǒng)原理框圖，連接相應單元電路測試數據觀察與記錄1.PSK相乘器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。2.低通濾波信號測量：記錄信號參數與波形。3.電壓比較器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。4.抽樣判決其輸出信號測量：記錄信號參數與波形。2PSK調制信號輸入同步載波信號輸入位同步信號輸入

請你參考《通信原理》課程所學2DPSK調制系統(tǒng)電路組成，根據實驗室提供的“數字調制與解調電路模塊”，自己構建并畫出，用鍵控方式實現2DPSK調制系統(tǒng)的實驗電路框圖。

基本條件：載波頻率128KC；傳輸速率8KHZ。四、實驗內容與步驟實驗項目4：2DPSK信號產生與測量振蕩器反相器調制器差分編碼器四、實驗內容與步驟實驗項目4：2DPSK信號產生與測量2DPSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示實驗準備測試數據觀察與記錄1.載波信號測量：記錄信號參數與波形。2.數字基帶信號測量：記錄絕對碼與相對碼的波形（M=7）3.2DPSK信號測量：記錄信號參數與波形。說明：什么是2DPSK？適當調節(jié)f1/幅度；使幅度為2Vp-p在實驗1所設工作狀態(tài)下，

僅將K2=4絕對碼/相對碼變換絕對碼一相對碼之間的關系為:根據上述關系，絕對碼與相對碼（差分碼）可以相互轉換。若假設絕對碼記為aK，相對碼記為bK，絕對碼一相對碼變換電路如下圖所示:電路工作波形如下：

把絕對碼變成相對碼的方法是：把絕對碼an移一位后，再異或相加，稱其為差分編碼器；例：絕對碼移一位后，異或相加111010001011000相對碼

請你參考《通信原理》課程所學2DPSK相干解調-碼變換法解調系統(tǒng)電路組成，根據實驗室提供的“數字調制與解調電路模塊”，自己構建并畫出實現對2PSK信號解調的實驗電路框圖。四、實驗內容與步驟實驗項目5：2DPSK調制信號的解調測量判決BPF碼(反)變換LPF鑒相器載波提取電路位同步提取電路Ts實驗項目5：2DPSK調制信號的解調測量

2ASK非相干解調測試電路原理框圖如圖所示：四、實驗內容與步驟實驗準備按解調系統(tǒng)原理框圖，連接相應單元電路測試數據觀察與記錄1.PSK相乘器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。2.低通濾波信號測量：記錄信號參數與波形。3.電壓比較器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。4.抽樣判決器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。5.差分譯碼器輸出信號測量：記錄信號參數與波形。2PSK/IN128K恢復載波/IN恢復位同步/IN總結：2ASK信號功率譜密度的特點如下：

（1）、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經線性調制后決定，離散譜由載波分量決定。

（2）、已調信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即BASK＝2fs。

總結：2FSK功率譜密度的特點如下，1)、2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成,離散譜出現在f1和f2位置；2)、功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現雙峰。若兩個載頻之差|f1-f2|≤fs，則出現單峰。3）所需傳輸帶寬BFSK=|f1-f2|+2

fs總結：

PSK信號功率譜密度的特點:(1)、由連續(xù)譜與