數(shù)字調(diào)制解調(diào)實驗

1、武漢大學教學實驗報告電子信息學院*專業(yè)2021年*月*日實驗名稱數(shù)字調(diào)制解調(diào)實驗指導教師上姓名*年級14級學號姓143012*成績一、預習局部1 .實驗目的2 .實驗根本原理3 .主要儀器設備含必要的元器件、工具1. 實驗目的1 .掌握FSKASK調(diào)制器的工作原理及性能測試；2 .掌握FSKASK鎖相解調(diào)器工作原理及性能測試；3 .學習基于軟件無線電技術實現(xiàn)FSKASK調(diào)制、解調(diào)的實現(xiàn)方法.4 .掌握PSKDPS調(diào)制解調(diào)的工作原理及性能要求；5 .進行PSKDPS調(diào)制、解調(diào)實驗,掌握相干解調(diào)原理和載波同步方法；6 .理解PSKW位模糊白成因,DSP澳現(xiàn)方法.7 .掌握多進制調(diào)制的方法；8 .掌

2、握QPS調(diào)制特性,了解QPS解調(diào)方法.2. 實驗根本原理實驗一：ASK/FS明制解調(diào)數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式.由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn),抗噪聲和抗群時延性能較強,因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用.一FS洞制電路工作原理FS幽調(diào)制模塊采用了可編程邏輯器件和D/A轉(zhuǎn)換器件的軟件無線電結構模式,由于調(diào)制算法采用了可編程的邏輯器件完成,因此該模塊不僅可以完成ASKFS儂制,還可以完成PSKDPSKQPSKOQPSK調(diào)制方式.不僅如此,由于該模塊具備可編程的特性,學生還可以基于該模塊進行二次開發(fā),掌握調(diào)制解調(diào)的算法過程.在學習ASKFS頒制的同時,也希望學

3、生能意識到,技術開展的今天,早期的純模擬電路調(diào)制技術正在被新興的技術所替代,因此學習應該是一個不斷進取的過程.圖1中,基帶數(shù)據(jù)時鐘和數(shù)據(jù),通過JCL凈DJD兩個挪孔輸入到可編程邏輯器件中,由可編程邏輯器件根據(jù)設置的工作D/A器件,完成數(shù)字模式,完成AS減FSK勺調(diào)制,由于可編程邏輯器件為純數(shù)字運算器件,因此調(diào)制后輸出需要經(jīng)過到模擬的轉(zhuǎn)換,然后經(jīng)過模擬電路對信號進行調(diào)整輸出,參加射隨器,便完成了整個調(diào)制系統(tǒng).在二進制頻移鍵控中,幅度恒定不變的載波信號的頻率隨著輸入碼流的變化而切換稱為高音和低音,代表二進制的1和0.通常,FSK信號的表達式為：0<r<4二進狷口其中Af代表信號載波的恒

4、定偏移.Sa=7加FSK信號的傳輸帶寬Br,由Carson公式給出：加不Af+2B,其中B為數(shù)字基帶信號的帶寬.假設信號帶寬限制在主瓣范圍,矩形脈沖信號的帶寬二FSKW調(diào)電路工作原理B=R因此,FSK的傳輸帶寬變?yōu)椋?：i5K圖3FSK鎖相環(huán)解調(diào)器原理示意圖FSKW調(diào)采用鎖相解調(diào),鎖相解調(diào)的工作原理是十分簡單的,只要在設計鎖相環(huán)時,使它鎖定在FS幽一個載頻上,此時對應的環(huán)路濾波器輸出電壓為零,而對另一載頻失鎖,那么對應的環(huán)路濾波器輸出電壓不為零,那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息.FS頹相環(huán)解調(diào)器原理圖如圖3所示.FS頜相解調(diào)器采用集成鎖相環(huán)芯片MC4046其中,壓控振蕩器的

5、頻率是由5c2.5R3.5R4.5U3等元件參數(shù)確定,中央頻率設計在32KH旌右,并可通過調(diào)節(jié)5U3電位器進行微調(diào).當輸入信號為32KH冊,環(huán)路鎖定,經(jīng)形成電路后,輸出高電平；當輸入信號為16KH冊,環(huán)路失鎖,經(jīng)形成電路后,輸出低電平,那么在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)的基帶信號序列.實驗二：PSK/DPS調(diào)制解調(diào)1.PSK、DPS調(diào)制電路工作原理PSK/DPS碉制有“信道編碼與頻帶調(diào)制模塊完成,該模塊基于FPG厭口口船片,采用軟件無線電的方式實現(xiàn)頻帶調(diào)制.考慮到PS領制存在相位模糊問題,模塊可對輸入的基帶信號進行相對碼和絕對碼轉(zhuǎn)換.PSKDPS調(diào)制原理框圖如下如所示：圖4中,基帶數(shù)據(jù)JM時鐘JCL

6、K模轉(zhuǎn)換即可輸出相位鍵控信號.2.相位鍵控解調(diào)電路工作原理通過4P標D4P6兩個挪孔輸入到FPG刖,FPG欲件完成PS搟口DPS的調(diào)制后,再經(jīng)D嗽二相PSKDPSK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5所示.1解調(diào)信號輸入電路輸入電路由射隨器和比擬器組成,射隨器是為了發(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.比擬電路是將正弦信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號,目的是便于限制科斯塔斯特環(huán)中的乘法器.由于跟隨器電源電壓為5V,因此車入的PSKB調(diào)波信號幅度不能太大,一般限制在1.8V左右,否那么會產(chǎn)生波形失真.2科斯塔斯環(huán)提取載波原理原理中標號參見原理圖PS踩用科斯塔斯特環(huán)

7、解調(diào),科斯塔斯特環(huán)方框原理如圖6所示.圖6科斯塔斯特環(huán)電路方框原理如圖解調(diào)輸入電路的輸出信號被加到模擬門5U6GD5U6D勾成的乘法器,前者為正交載波乘法器,相當于圖10-3中的乘法器2,后者為同相載波乘法器,相當于框圖中乘法器1.5U7A,5U7BW邊電路為低通濾波器.5U8,5U勸判決器,它的作用是將低通濾波后的信號整形,變成方波信號.PSK軍調(diào)信號從5U87腳經(jīng)5U11B.C兩非門后輸出.異或門5U10A起模2加的作用,5U11時非門,假設5U10刖輸入信號分別為解DB,因&孑1方A、B同為0除外,因AWB正交,不會同時為0因此異或門與非門合在一起,起乘法器作用,它相當于圖10-

8、3框圖中的乘法器3.5U12為壓控振蕩器VCO,74LS124為雙VCO本電路僅使用了其中一個VCO環(huán)路濾波器是由5R26.5R29.5C20組成的比例低通濾波器,VC旎制電壓經(jīng)環(huán)路低通濾波器加到芯片的2腳,5C19為外接電容,它確定VCO!然諧振頻率.5U13a字電位器用于頻率微調(diào),5D02,5E2用來穩(wěn)壓,以便提升VCO勺頻率穩(wěn)定度.VCO1號從7腳經(jīng)5c21輸出至移相90o電路科斯塔斯特環(huán)中的90o移相電路假設用模擬電路實現(xiàn).那么很難準確移相90o,并且相移隨頻率改變而變化.圖10-2電路中采用數(shù)字電路實現(xiàn).非門5U11F,D蟲發(fā)器5U14A.B及周圍電路組成數(shù)字900移相器.由于DM發(fā)

9、器有二分頻作用.所以VCO1鎖定頻率應為2fc,即VC編出2048KH的波,其中一路直接加到5U14AD觸發(fā)器,另一路經(jīng)5U11F反相再加到5U11BD觸發(fā)器,兩觸發(fā)器均為時鐘脈沖正沿觸發(fā),由于38U08A勺與兩D蟲發(fā)器的D端連接.而D蟲發(fā)器Q端輸出總是為觸發(fā)時鐘到來前M狀態(tài),根據(jù)觸發(fā)器工作原理和電路連接關系,數(shù)字90o移相電路的相位波形圖如7所示口5U3A時熱_|一|一|一|一|一|一|犢率為勃然Kit沏仍時鐘就我一樓辜為lUNKHz圖790度數(shù)字移相器的波形圖從圖看出,載波一超前載波二90度,并且頻率為1024KHZ,因此載波一為同相載波,載波二為正交載波.由于科斯塔斯特環(huán)存在相位模糊,解

10、調(diào)器可能會出現(xiàn)反向工作.實驗三：QPSK/OQPSK制解調(diào)1 .QPSK調(diào)制解調(diào)BPSK是用兩種相位(0,兀)來表示兩種信息,而四相移相鍵控(QPSK是利用載波的四個不同相位來表征數(shù)字信息,每一個載波相位代表兩個比特的信息.因此對于輸入的二進制數(shù)字序列應該先進行分組.將每兩個比特編為一組,采用相應的相位來表示.當初始相位取0時,四種不同的相位為：0,兀/2,兀,3兀/2分別表示數(shù)字信息：11、01、00、10;當初始相位為兀/4時,四種不同的相位為：兀/4、3兀/4、5兀/4、7兀/4分別表示11、01、00、10.這兩種QPSK信號可以通過圖8的矢量圖來表征.但j初始相位為061酊始相位為n

11、M圖8QPSKW號的矢量圖表示QPSK1號可以表示為：備")siii,其中I稱為同相分量,Q(t)稱為正交分量.根據(jù)上式可以得到QPSKE交調(diào)制器的方框圖,如圖9所示.圖9QPS.統(tǒng)調(diào)制器原理框圖從圖9可以看出,QPS調(diào)制器可以看作為兩個BPS調(diào)制器構成,輸入的二進制信息序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換,分成兩路速率減半的序列I(t)和Q(t),然后對coscot和sincot進行調(diào)制,相加后即可得到QPSKI號.經(jīng)過串并變換之后的兩個支路,一路為單數(shù)碼元,另一路是偶數(shù)碼元,這兩個支路為正交,一個稱為同相支路,即I支路,另一個稱為正交支路,即Q皮路.QPSK號可以采用兩個正交的載波信號實現(xiàn)相干解調(diào).

12、通過載波恢復電路,產(chǎn)生相干載波,分別將同相載波和正交載波提供應同相支路和正交支路的相關器,經(jīng)過積分、判決和并串轉(zhuǎn)換,即可恢復原來的二進制信息.QPS解調(diào)框圖如圖10所示.接收仁M帶地汪曉曲據(jù)圖10QPSK1干解調(diào)框圖2 .OQPSK調(diào)制解調(diào)原理偏移四相相移鍵控OQPSK是另外一種四相相移鍵控.將QPSK!制框圖中的正交支路信號偏移TS/2,其他不變,即可得到OQPSK信號.將正交支路信號偏移TS/2的結果是消除了已調(diào)信號中忽然相移兀的現(xiàn)象.每個TS/2信號只可能發(fā)生±兀/2的變化.QPSK和OQPSK號的相位轉(zhuǎn)移圖如圖11所示.圖11相位轉(zhuǎn)移圖如上圖所示,采用OQPS幽制后,相位轉(zhuǎn)移

13、圖中的信號點只能沿著正方形四邊移動,故相位只能發(fā)生兀/2的變化.相位跳變小,所以頻譜特性要比QPSK的好.圖12OQPS調(diào)制器和相干解調(diào)器框圖三.主要儀器設備1 .RZ9681實驗平臺2 .實驗模塊：基帶信號產(chǎn)生與碼型變換模塊A2糾錯譯碼與頻帶解調(diào)模塊A5主控模塊信道編碼與頻帶調(diào)制模塊A43. 100曲通道示波器4. PCM二次開發(fā)實驗操作局部1 .實驗數(shù)據(jù)、表格及數(shù)據(jù)處理2 .實驗操作過程可用圖表示3 .實驗結論1. 實驗數(shù)據(jù)、表格及數(shù)據(jù)處理實驗一：ASK/FS明制解調(diào)曲工總困院謝IM田父1西班也工血抽閨維南Ktai出筠舌水;a.基帶數(shù)據(jù)設置與觀測調(diào)制信號觀測b.ASK載波頻率為48kHzc

14、.載波頻率為16kHz映知宿修EotV日期£立田e.d.載波頻率為20kHzf.全0時信號頻率32kHz全1時信號頻率16kHzg.h.FSK調(diào)制信號時域觀測調(diào)制信號頻域觀測解調(diào)觀測i.FSKj.FSK實驗二：PSK/DPS調(diào)制解調(diào)k.DPS畫制信號觀測解調(diào)l.DPSKm.相位反轉(zhuǎn)實驗三：QPSK/OQPSK制解調(diào)n.QPSK調(diào)制相位觀察o.OQPSK調(diào)制相位觀察5P15P65TP35.6.2. 實驗操作過程*測量點說明1 .主控模塊4.2 .基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊2P1:基帶數(shù)據(jù)輸出；2P3:基帶時鐘輸出；3 .信道編碼與頻帶調(diào)制模塊4P5:調(diào)制數(shù)據(jù)輸入；4P6:調(diào)制數(shù)據(jù)時鐘輸入；

15、4P9:FSK(ASR調(diào)制輸出;糾錯譯碼與頻帶解調(diào)模塊:解調(diào)信號輸入:解調(diào)數(shù)據(jù)輸出:本地載波輸出信道編碼與調(diào)制模塊狀態(tài)指示糾錯譯碼與解調(diào)模塊狀態(tài)指示實驗一：ASK/FS明制解調(diào)1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下,確認以下模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調(diào)制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調(diào)模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇“數(shù)字調(diào)制解調(diào)實驗中“ASK/FS明制解調(diào)",按圖連線.注：流程圖中：“基帶設置用于改變調(diào)制數(shù)據(jù)“載波頻率用于改變FS頒制的中央頻率,默認fc=24KHZ,;“頻率別離用于改變FSKS偏,默認Af=8KHZ;3 .加電翻開系

16、統(tǒng)電源開關,A2.A4和A5莫塊右上角紅色電源指示燈亮,幾秒后A2.A4和A5莫塊左上角綠色運行指示燈開始閃爍,說明模塊工作正常.假設兩個指示燈工作不正常,需關電查找原因.4 .ASK調(diào)制信號觀察：選擇AS項驗,按圖9-5連接線路,示波器一個通道測基帶信號2TP1,并用基帶信號作示波器同步源；用示波器另一個通道觀測研究4TP硼制信號,分析ASKM制信號特性；5 .FSK兩個載波觀察：按圖9-4上“基帶設置按鈕,基帶碼型選“16位設置數(shù)據(jù),分別設置成全“1和全“0,用示波器觀測4TP9,讀出信號頻率；調(diào)整“載波頻率和“頻率別離再觀測4TP9載波信號；6 .FSK調(diào)制信號觀察：在實驗步驟5的根底上

17、,改變基帶信號隨機碼或16位設置數(shù)據(jù),速率2K,示波器一個通道測基帶信號2TP1,并用基帶信號作示波器同步源；用示波器另一個通道觀測研究4TP9調(diào)制信號,分析FS儂制信號特性；7 .FSK解調(diào)接實驗步驟6,示波器一個通道測4TP5作同步源,另一通道測解調(diào)信號5TP6,左右旋轉(zhuǎn)模塊右下角編碼開關,使5TP6的信號和4TP5言號根本一致即實現(xiàn)FSKASK解調(diào)；8 .基帶速率與FS領制帶寬改變基帶信號速率為4K<8K,按實3步驟7,觀測FSKB否解調(diào)9 .關機拆線：實驗結束,關閉電源,撤除信號連線,并按要求放實驗附件.實驗二：PSK/DPS調(diào)制解調(diào)1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下,

18、確認以下模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調(diào)制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調(diào)模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇PS喇制解調(diào)實驗,按圖連接信號線注：流程圖中：“基帶設置用于改變調(diào)制數(shù)據(jù)“載波頻率用于改變PS頷制的載波頻率,默認fc=1024KHZ;旋轉(zhuǎn)頻率度盤可以改變載波頻率；解調(diào)輸出選擇：PS陽斯塔斯特環(huán)中只有PSKF口本地載波同相或反相的那路才能解出基帶數(shù)據(jù),正交的那路不能解出基帶數(shù)據(jù),實驗時我們可以用鼠標點擊環(huán)路左側的兩個乘號選擇進入抽樣判決電路的信號；相位模糊觀測：鼠標點擊“VCO按鈕,相干載波會反相,輸出數(shù)據(jù)也會反相3 .加電翻開系統(tǒng)電源開關,A2.A

19、4和A5莫塊右上角紅色電源指示燈亮,幾秒后A2.A4和A5莫塊左上角綠色運行指示燈開始閃爍,說明模塊工作正常.假設兩個指示燈工作不正常,需關電查找原因.4 .PSK或DPS調(diào)制信號觀察設置基帶數(shù)據(jù)為隨便機碼或設置數(shù)據(jù),用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5言號作同步；另一個通道觀測PSK調(diào)制信號4TP9.研究PS臧DSP威波相位和基帶的對應關系；5 .PSK解調(diào)用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5言號作同步；另一個通道觀測PSKK郵t號5TP6,左右旋轉(zhuǎn)模塊右下角編碼開關,使5TP6勺信號和4TP5言號根本一致即實現(xiàn)PSKDPSK解調(diào)；如果旋轉(zhuǎn)編碼開關不起作用,可切換相干

20、解調(diào)的另一路作為解調(diào)輸出方法見圖10-5注.判決信號觀察：用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5信號作同步；另一個通道觀測5TP2,左右旋轉(zhuǎn)模塊右下角編碼開關,使5TP2的信號最清楚；這時用觀測5TP2的通道測5TP6,看解調(diào)輸出是否正常；6 .PSK相位模糊觀察PSK解調(diào)時如果本地載波和調(diào)制信號反相,那么輸出的基帶數(shù)據(jù)也會反相,這就是相位模糊.實驗時我們用示波器一個通道觀測基帶數(shù)據(jù)4TP5,用4TP5信號作同步；另一個通道觀測5TP6,正常解調(diào)時觀察兩個通道信號是否反相,如果反相說明有相位模糊,可通過改變載波相位消除相位模糊方法見圖10-5注.7 .DPSK調(diào)制解調(diào)采用DPSK調(diào)制

21、解調(diào)時,輸入的基帶數(shù)據(jù)首先進行相對碼轉(zhuǎn)換,解調(diào)完后再轉(zhuǎn)成絕對碼,實驗方法同4和5,點擊“VCO按鈕,觀測5TP6和4TP5相位關系；8 .DPSK信道誤碼測試,點擊圖10-6右上解“！圖標,系統(tǒng)可調(diào)出誤碼儀功能,如圖：選擇誤碼儀,設置碼型、速率等,將5P6解調(diào)數(shù)據(jù)輸出到2P8誤碼數(shù)據(jù)輸入,啟動誤碼測試見第一局部模塊介紹中誤碼儀使用,實驗三：QPSK/OQPSK制解調(diào)1 .實驗模塊在位檢查在關閉系統(tǒng)電源的情況下,確認以下模塊在位： 基帶產(chǎn)生與碼型變換模塊A2; 信道編碼與頻帶調(diào)制模塊A4; 糾錯譯碼與頻帶解調(diào)模塊A5;2 .信號線連接：用鼠標在液晶上選擇PSK調(diào)制解調(diào)實驗,按圖連接信號線注：流程圖中：“基帶設置用于改變調(diào)制數(shù)據(jù)“載波頻率用于改變PSK調(diào)制的載波頻率,缺省fc=128KHZ;旋轉(zhuǎn)頻率度盤可以改變載波頻率；3 .加電翻開系統(tǒng)電源開關,A2.A4和A5模塊右上角紅色電源指示燈亮,幾秒后A2.A4和