實(shí)驗(yàn)4 PSK DPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)

1、班級學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師日期實(shí)驗(yàn) 4 PSK（ DPSK） 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握 PSK 調(diào)制解調(diào)的工作原理及性能要求；2. 進(jìn)行 PSK 調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)，掌握電路調(diào)整測試方法；3. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1 PSK QPSK 調(diào)制模塊，位號(hào) A2 PSK QPSK 解調(diào)模塊，位號(hào) C3時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號(hào)： G4噪聲模塊，位號(hào) B5復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號(hào) I6 20M 雙蹤示波器 1 臺(tái)7小平口螺絲刀 1 只8頻率計(jì) 1 臺(tái)（選用）9信號(hào)連接線 4 根三、實(shí)驗(yàn)原理PSK QPSK 調(diào)制/解調(diào)模塊，除能完成上述 PSK（ DPSK）調(diào)制/解

2、調(diào)全部實(shí)驗(yàn)外還能進(jìn)行QPSK、 ASK調(diào)制/解調(diào)等實(shí)驗(yàn)。不同調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換是通過開關(guān) 4SW02 及插塞 37K01、 37K02、38K01、 38K02 位置設(shè)置實(shí)現(xiàn)。不同調(diào)制相應(yīng)開關(guān)設(shè)置如下表。調(diào)制方式4SW0237K01、 37K0238K01、 38K02PSK（ DPSK）00001和位挿入挿塞1，2 相連（挿左邊）四、PSK（DPSK）調(diào)制/解調(diào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 PSK（ DPSK）調(diào)制時(shí)，工作狀態(tài)預(yù)置開關(guān) 4SW02 置于 00001， 37K01、 37K02和位挿入挿塞， 38K01、 38K02 均處于 1， 2 位相連（挿塞挿左邊）。相位鍵控調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)

3、制方式，它具有優(yōu)良的抗干擾噪聲性能及較高的頻帶利用率。在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如： ASK、 FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應(yīng)用在實(shí)際通信系統(tǒng)中。本實(shí)驗(yàn)箱采用相位選擇法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制相位調(diào)制，絕對移相鍵控（ CPSK 或簡稱 PSK）是用輸入的基帶信號(hào)（絕對碼）直接控制選擇開關(guān)通斷，從而選擇不同相位的載波來實(shí)現(xiàn)。相對移相鍵控（ DPSK）采用絕對碼與相對碼變換后，用相對碼控制選擇開關(guān)通斷來實(shí)現(xiàn)。1 PSK 調(diào)制電路工作原理二相相位鍵控的載波為 1.024MHz，數(shù)字基帶信號(hào)有 32Kb/s 偽隨機(jī)碼、及其相對碼、32KHz方波、外加數(shù)字信號(hào)等。相位鍵控調(diào)制電原理框圖，如圖 6

4、-1 所示。通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖 6-1 相位鍵控調(diào)制電原理框圖1）濾波器、同相放大器和反相放大器從圖 6-1 看出， 1024KHZ 的方波經(jīng) 37R29 加到由運(yùn)放 37UO4A 及周邊元件組成的低通濾波器，其輸出變?yōu)?l024KHZ 正弦波，它通過 37U05A 同相放大和 37U05B 反相放大，從而得到l024KHZ 的同相和反相正弦載波，電位器 37W01 可調(diào)節(jié)反相放大器的增益，從而使同相載波與反相載波的幅度相等，然后同相和反相正弦載波被送到模擬開關(guān)乘法器。2）模擬開關(guān)相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的。同相載波與反相載波分別加到模擬開關(guān)A： CD

5、4066 的輸入端（ 1 腳）、模擬開關(guān) B： CD4066 的輸入端（ 11 腳），數(shù)字基帶信號(hào)一路直接加到模擬開關(guān) A 的輸入控制端（ 13 腳），并且另一路經(jīng)反相后加到模擬開關(guān) B 的輸入控制端（ 12 腳），用來控制兩個(gè)同頻反相載波的通斷。當(dāng)信碼為“ 1”碼時(shí)，模擬開關(guān) A 的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān) A 導(dǎo)通，輸出同相載波，而模擬開關(guān) B 的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān) B 截止。反之，當(dāng)信碼為“ 0”碼時(shí)，模擬開關(guān) A 的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān) A 截止。而模擬開關(guān) B 的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān) B 導(dǎo)通。輸出反相載波，兩個(gè)模擬開關(guān)輸出信號(hào)通過輸出開關(guān) 37K01

6、 合路疊加后得到二相 PSK 調(diào)制信號(hào)。DPSK 調(diào)制是采用碼型變換加絕對調(diào)相來實(shí)現(xiàn)，即把數(shù)據(jù)信息源（偽隨機(jī)碼序列）作為絕對碼序列 an，通過碼型變換器變成相對碼序列 bn，然后再用相對碼序列 bn，進(jìn)行絕對移相鍵控，這樣就獲得 DPSK 已調(diào)信號(hào)。本模塊對應(yīng)的操作是這樣的（詳細(xì)見圖 5-1）， 37P01為 PSK 調(diào)制模塊的基帶信號(hào)輸入鉚孔，可以送入 4P01 點(diǎn)的絕對碼信號(hào)（ PSK），也可以送入相對碼基帶信號(hào)(相對 4P01 點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)來說，此調(diào)制即為 DPSK 調(diào)制)。2 相位鍵控解調(diào)電路工作原理二相 PSK(DPSK)解調(diào)器電路采用科斯塔斯環(huán)(Constas 環(huán))解調(diào)，其原理如圖

7、 6-2 所示。通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告圖 6-2 解調(diào)器原理方框圖1）解調(diào)信號(hào)輸入電路輸入電路由晶體三極管跟隨器和運(yùn)算放大器 38U01 組成的整形放大器構(gòu)成，采用跟隨器是為了發(fā)送（調(diào)制器）和接收（解調(diào)器）電路之間的隔離，從而使它們工作互不影響。放大整形電路輸出的信號(hào)將送到科斯塔斯特環(huán)。 由于跟隨器電源電壓為 5V，因此輸入的 PSK 已調(diào)波信號(hào)幅度不能太大，一般控制在 1.8V 左右，否則會(huì)產(chǎn)生波形失真、頻率等調(diào)節(jié)方法。2）科斯塔斯環(huán)提取載波原理PSK 采用科斯塔斯特環(huán)解調(diào)，科斯塔斯特環(huán)方框原理如圖 6-3 所示。圖 6-3 科斯塔斯特環(huán)電路方框原理如圖科斯塔斯特環(huán)解調(diào)電路

8、的一般工作原理在現(xiàn)代通信原理第三版（電子工業(yè)出版社2009 年）等教科書中有詳細(xì)分析，這兒不多講述。下面我們把實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具體電路與科斯塔斯特環(huán)方框原理圖作一對比，講述實(shí)驗(yàn)平臺(tái) PSK 解調(diào)電路的工作原理。通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告解調(diào)輸入電路的輸出信號(hào)被加到模擬門38U02C和38U02D構(gòu)成的乘法器，前者為正交載波乘法器，相當(dāng)于圖 6-3 中的乘法器 2，后者為同相載波乘法器，相當(dāng)于框圖中乘法器 1。38U03A,38U03D及周邊電路為低通濾波器。38U04，38U05為判決器，它的作用是將低通濾波后的信號(hào)整形，變成方波信號(hào)。 PSK解調(diào)信號(hào) 38U05的7腳經(jīng)38U07A.D

9、 兩非門后輸出。異或門38U06A起模 2 加的作用，38U07E為非門,若38U06A3兩輸入信號(hào)分別為 A 和 B，因AB=A×B（ A、B同為0除外，因 A與B 正交，不會(huì)同時(shí)為0）因此異或門與非門合在一起，起乘法器作用，它相當(dāng)于圖 6-3 框圖中的乘法器 3。38U710 為壓控振蕩器（ VCO），74LS124 為雙 VCO，本電路僅使用了其中一個(gè)VCO，環(huán)路濾波器是由38R20、38R21、 38C17組成的比例低通濾波器，VCO控制電壓經(jīng)環(huán)路低通濾波器加到芯片的2腳，38CA01為外接電容，它確定VCO自然諧振頻率。38W01 用于頻率微調(diào)，38D01，38E03 用來

10、穩(wěn)壓，以便提高VCO的頻率穩(wěn)定度。VCO信號(hào)從7腳經(jīng)38C19輸出至移相 90º 電路。科斯塔斯特環(huán)中的 90º 移相電路若用模擬電路實(shí)現(xiàn)。則很難準(zhǔn)確移相 90º，并且相移隨頻率改變而變化。 圖 6-2電路中采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。非門38U07F，D 觸發(fā)器 38U08A.B 及周圍電路組成數(shù)字 90º 移相器。由于 D 觸發(fā)器有二分頻作用。所以 VCO 的鎖定頻率應(yīng)為2fc，即 VCO 輸出 2048KHZ方波，其中一路直接加到 38U08A D 觸發(fā)器，另一路經(jīng) 38U07F反相再加到 38U08B D 觸發(fā)器，兩觸發(fā)器均為時(shí)鐘脈沖正沿觸發(fā)，由于 38U

11、08A 的 與兩 D 觸發(fā)器的D 端連接。而 D 觸發(fā)器 Q 端輸出總是為觸發(fā)時(shí)鐘到來前 D 端狀態(tài)，根據(jù)觸發(fā)器工作原理和電路連接關(guān)系，數(shù)字 90º 移相電路的相位波形圖如 6-4 所示。圖 6-4 90 度數(shù)字移相器的波形圖從圖看出,38U08B 的 端輸出波形超前38U08A 的 端90度，并且頻率為 1024KHZ，因此 38U08B 的 端輸出為同相載波， 38U08A 的 端輸出為正交載波。由于科斯塔斯特環(huán)存在相位模糊，解調(diào)器可能會(huì)出現(xiàn)反向工作。在 PSK 解調(diào)時(shí) 38K01、 38K02 置于的 l、 2 位(挿在左邊)，分別把科斯塔斯特環(huán)提取的正交載波及同相載波接到兩正

12、交解調(diào)器；從而實(shí)現(xiàn)科斯塔斯特環(huán)的閉環(huán)控制。當(dāng) 38K01、 38K02 置于的 2、 3 位(挿在右邊)，將用于四相解調(diào)，將在下節(jié)講述。若 38K01、 38K02 的挿塞均拔掉，則科斯塔斯特環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)，可用于開環(huán)檢查，便于環(huán)路各部件故障壓縮和分析。五、各測量點(diǎn)及可調(diào)元件的作用1 PSK QPSK 調(diào)制模塊37K01： PSK、 ASK 已調(diào)信號(hào)連接揷塞。當(dāng)進(jìn)行 PSK 實(shí)驗(yàn)時(shí)，因 PSK 是兩 ASK 已調(diào)信號(hào)疊加。位揷塞揷入，輸出“ 1”碼的已調(diào)信號(hào)；位揷塞揷入，輸出“ 0” 碼的通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告已調(diào)信號(hào)。當(dāng)進(jìn)行 ASK 實(shí)驗(yàn)時(shí)僅需位揷塞揷入。塞揷入。37K02

13、： QPSK 已調(diào)信號(hào)連接揷塞。當(dāng)進(jìn)行 QPSK 實(shí)驗(yàn)時(shí)，位揷塞揷入，輸出 QPSK 已調(diào)信號(hào)，此時(shí) 37K01 兩挿塞必須斷開。位揷座接點(diǎn)為空頭，用以放置暫不用的挿塞，以免挿塞丟失。跳線開關(guān) 37KO1、 37K02 挿塞位置，請參見下表。調(diào)制方式跳線開關(guān) 37KO1、 37K02 位置PSK 、ASK 、QPSK 、37W01： 調(diào)節(jié)反相載波幅度大小。37P01： 外加數(shù)字基帶信號(hào)輸入鉚孔。37TP01： 頻率為 1.024MHz 方波信號(hào)，由 4U01 芯片(EPM240)編程產(chǎn)生。37TP02： 同相 1.024MHZ 載波（正弦波）信號(hào)，37TP03： 反相 1.024MHZ 載波（

14、正弦波）信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器 37W01 使它與 37TP02 測量點(diǎn)的 0 相載波幅度大小相等。37TP04： QPSK 調(diào)制 I 路調(diào)制信號(hào)，它來自 CPLD 電路。37TP05： QPSK 調(diào)制 Q 路調(diào)制信號(hào)，它來自 CPLD 電路。37P02： PSK、 QPSK 已調(diào)信號(hào)輸出鉚孔。輸出什么信號(hào)由開關(guān) 37K01、 37K02 狀態(tài)決定：位揷塞揷入，其它均斷開時(shí)， 37P02 輸出為同相載波 ASK 信號(hào)；和位揷塞都揷入， 37P02 輸出為兩 ASK 已調(diào)信號(hào)疊加，即 PSK 已調(diào)信號(hào)。（注意：兩種相位載波幅度需調(diào)整相同，否則調(diào)制信號(hào)在相位跳變處易失真）位揷塞揷入，其它均斷開時(shí)， 37

15、P02 輸出為 QPSK 已調(diào)信號(hào)。2 PSK QPSK 解調(diào)模塊38W01：載波提取電路中鎖相環(huán)壓控振蕩器頻率調(diào)節(jié)電位器。38P01：PSK、 QPSK 待解調(diào)信號(hào)輸入鉚孔。38K01：解調(diào)載波選擇開關(guān)：揷在左邊為 PSK正交載波，挿在右邊為 QPSK正交載波（ F9O）38K02：解調(diào)載波選擇開關(guān)：揷在左邊為 PSK 同相載波，挿在右邊為 QPSK 同相載波（ FO）38TP01：鎖相環(huán)壓控振蕩器 2.048MHz 載波信號(hào)輸出。建議用頻率計(jì)監(jiān)視該測量點(diǎn)上的信號(hào)頻率，有偏差時(shí)可調(diào)節(jié) 38W01， PSK 解調(diào)時(shí)，當(dāng)其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地鎖定在 2.048MHz，則可解調(diào)輸出數(shù)字基帶信號(hào)。38TP0

16、2：頻率為 1.024MHz 的正交載波（方波）輸出信號(hào)。38TP03：頻率為 1.024MHz 的同相載波（方波）輸出信號(hào)。38P02： PSK 解調(diào)輸出/QPSK 解調(diào) I 路輸出鉚孔。PSK方式的科斯塔斯環(huán)解調(diào)時(shí)存在相位模糊問題，解調(diào)出的基帶信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)倒相情況； DPSK 方式解調(diào)后基帶信號(hào)為相對碼，相絕轉(zhuǎn)換由下面的“復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊”完成。38P03： QPSK 解調(diào) Q 路輸出鉚孔。3復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊39SW01：功能設(shè)置開關(guān)。設(shè)置“ 0010”，為 32K 相對碼、絕對碼轉(zhuǎn)換。通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告39P01：外加基帶信號(hào)輸入鉚孔。39P0

17、7：相絕碼轉(zhuǎn)換輸出鉚孔。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟PSK（ DPSK）調(diào)制/解調(diào)實(shí)驗(yàn)1插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”、“ PSK 調(diào)制模塊” 、“噪聲模塊”、“ PSK 解調(diào)模塊”、“同步提取模塊”，插到底板“ G、 A、 B、 C、 I”號(hào)的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)K位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號(hào)與底板位號(hào)的一致。2 PSK、 DPSK 信號(hào)線連接：絕對碼調(diào)制（ PSK）時(shí)的連接：用專用導(dǎo)線將 4P01、 37P01； 37P02、 3P01； 3P02、 38P01連接。相對碼調(diào)制（ DPSK）時(shí)的連接：用專

18、用導(dǎo)線將 4P03、 37P01； 37P02、 3P01； 3P02、 38P01；38P02、 39P01 連接。注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。3加電：打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。4基帶輸入信號(hào)碼型設(shè)置：撥碼器 4SW02 設(shè)置為“ 00001 “， 4P01 產(chǎn)生 32K 的 15 位 m 序列輸出；4P03 輸出為 4P01 波形的相對碼。5. 跳線開關(guān)設(shè)置：37K01位和位都揷入挿塞。6載波幅度調(diào)節(jié)：雙蹤示波器分別接在 37P01 和 37P02，觀測調(diào)制信號(hào)和己調(diào)波， 調(diào)節(jié)電位器 37W01使正

19、交載波幅度和同相載波幅度大小相等。7.相位調(diào)制信號(hào)觀察：PSK調(diào)制信號(hào)觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試 4P01點(diǎn)，另一測量探頭測試 37P02，調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察 BPSK 調(diào)制輸出波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。DPSK 調(diào)制信號(hào)觀察：雙蹤示波器，觸發(fā)測量探頭測試 4P03 點(diǎn)，另一測量探頭測試37P02，調(diào)節(jié)示波器使兩波形同步，觀察 DPSK 調(diào)制輸出波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。8噪聲模塊調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié) 3W01，將 3TP01 噪聲電平調(diào)為 0；調(diào)節(jié) 3W02，使 3P02 信號(hào)峰峰值 23.6V。9 PSK 解調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié) 38W01 電位器，使壓控振蕩器工作在 2048KHZ，同時(shí)可用頻率

20、計(jì)鑒測 38TP01 點(diǎn)。注意觀察 38TP02 和 38TP03 兩測量點(diǎn)波形的相位關(guān)系。10 相位解調(diào)信號(hào)觀測：PSK 調(diào)制方式觀察38P02點(diǎn)PSK解調(diào)輸出波形，并作記錄，并同時(shí)觀察PSK調(diào)制端37P0的基帶信號(hào)，比較兩者波形相近為準(zhǔn)（可能反向，如果波形不一致，可微調(diào)38W01）。通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告DPSK 調(diào)制方式“同步提取模塊”的撥碼器 39SW01 設(shè)置為“ 0010”。觀察 38P02 和 37P01 的兩測試點(diǎn)，比較兩相對碼波形，觀察是否存在反向問題；觀察39P07 和 4P01 的兩測試點(diǎn)，比較兩絕對碼波形，觀察是否還存在反向問題。作記錄。11加入噪聲相

21、位解調(diào)信號(hào)觀測：調(diào)節(jié) 3W01 逐步增加調(diào)制信號(hào)的噪聲電平大小，看是否還能正確解調(diào)出基帶信號(hào)。觀看完噪聲影響，再調(diào)節(jié) 3W01，使噪聲為 0，以方便后面實(shí)驗(yàn)。12. 關(guān)機(jī)拆線：實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號(hào)連線，并按要求放置好實(shí)驗(yàn)?zāi)K。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.觀察實(shí)驗(yàn)中輸入的基帶信號(hào)及輸出的 PSK、 DPSK 各主要測試點(diǎn)波形，并采用 MATLAB 語言進(jìn)行仿真對比觀察。 實(shí)驗(yàn)觀察圖：解調(diào)出現(xiàn)倒現(xiàn)象仿真圖：2.通過 MATLAB 語言仿真觀察基帶信號(hào)的差分變換、 PSK（ DPSK） 信號(hào)的功率譜圖及其帶寬。仿真圖：代碼：A=1;Ts=1;N_sample=8;fc=1; %HzN=1000; %

22、碼元個(gè)數(shù)dt=Ts/fc/N_sample; t=0:dt:(N*fc*N_sample-1)*dt;ht=A*cos(2*pi*fc*t);gt1=ones(1,fc*N_sample); %單個(gè)碼元，NRZd=sign(randn(1,N); % 產(chǎn)生1000個(gè)服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)%數(shù)，并取其符號(hào)，即產(chǎn)生-1，0，1矩陣e=(d+1)/2; %產(chǎn)生0，1矩陣f=2*e-1; %產(chǎn)生-1，1矩陣g=chafenma(f,length(f);data1=sigexpand(f,fc*N_sample); %對矩陣e每個(gè)元素后插入N_sample個(gè)0data2=sigexpand(e,fc*N

23、_sample);data4=sigexpand(g,fc*N_sample);st1=conv(data1,gt1); %產(chǎn)生單極性NRZ波形 st2=conv(data2,gt1);st3=conv(data4,gt1);st11=st1(1:length(t);st22=st2(1:length(t);st33=st3(1:length(t);st44=st33;st44(st44<0)=0;s_2psk=st11.*ht; %產(chǎn)生2PSK信號(hào)s_2dpsk=st33.*ht; %產(chǎn)生2DPSK信號(hào)window=boxcar(length(t); %矩形窗（單個(gè)矩形窗長度為序列長度

24、）noverlap=0; %數(shù)據(jù)無重疊nfft=pow2(nextpow2(N*fc*N_sample); %求大于序列長度最小的2的冪次數(shù)值，以便做傅里葉變換fs=dt; %抽樣頻率pxx1,f1=pwelch(s_2psk,window,noverlap,nfft,fs,'centered'); %計(jì)算2PSK的功率譜密度pxx2,f2=pwelch(s_2dpsk,window,noverlap,nfft,fs,'centered');figure(1);%輸入信號(hào)subplot(2,2,1);plot(t,st22);axis(0 10 -0.2 1.2);title('輸入信號(hào)');%2PSK信號(hào)subplot(2,2,2);plot(t,s_2psk);axis(0 10 -1.2 1.2);title(&#