通信原理實(shí)驗(yàn)(4)new

1、實(shí)驗(yàn)四 振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握2ASK相干解調(diào)的原理。2、掌握2FSK過零檢測解調(diào)的原理。3、掌握2DPSK相干解調(diào)的原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察2ASK、2FSK、2DPSK解調(diào)信號波形。2、觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點(diǎn)波形。3、觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。三、實(shí)驗(yàn)器材1、信號源模塊2、數(shù)字調(diào)制模塊3、數(shù)字解調(diào)模塊4、同步信號提取模塊5、20M雙蹤示波器一臺四、實(shí)驗(yàn)原理1、2ASK解調(diào)原理。2ASK解調(diào)有非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）兩種方法，相應(yīng)的接收系統(tǒng)原理框圖如圖16-1所示：（a）（b）圖16-1 2ASK解調(diào)原理框圖（a）非

2、相干方式 （b）相干方式我們采用的是包絡(luò)檢波法。2ASK調(diào)制信號從“ASK-IN”輸入，經(jīng)CA03和RA02組成的耦合電路至半波整流器（由DA02、DA03組成），半波整流后的信號經(jīng)電壓比較器UA01（LM339）與參考電位比較后送入抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信號。標(biāo)號為“ASK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器用來調(diào)節(jié)電壓比較器UA01的判決電壓。判決電壓過高，將會導(dǎo)致正確的解調(diào)結(jié)果的丟失；判決電壓過低，將會導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的時鐘信號就是2ASK基帶信號的位同步信號，該信號從“ASK-BS”輸入，可以從信號源

3、直接引入，也可以從同步信號恢復(fù)模塊引入。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帶通濾波器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)_的條件。本實(shí)驗(yàn)中為了簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想的，所以在解調(diào)部分的輸入端也沒有加帶通濾波器。2、2FSK解調(diào)原理 （a） （b） （c）（a）非相干方式；（b）相干方式；（c）過零檢測法圖16-2 2FSK解調(diào)原理框圖2FSK有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等，相應(yīng)的接收系統(tǒng)的框圖如圖16-2所示。這里采用的是過零檢測法對2FSK調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FS

4、K信號的過零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。用過零檢測法對FSK信號進(jìn)行解調(diào)的原理框圖如圖16-2（c）所示。其中整形1和整形2的功能類似于比較器，可在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。2FSK調(diào)制信號從“FSK-IN”輸入。UA03（LM339）的判決電壓設(shè)置在2.5V，可把輸入信號進(jìn)行硬限幅處理。這樣，整形1將2FSK信號變?yōu)門TL電平；整形2和抽樣電路共同構(gòu)成抽樣判決器，其判決電壓可通過標(biāo)號為“2FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1和單穩(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UA05（74HC32）一起共同對T

5、TL電平的2FSK信號進(jìn)行微分、整流處理。電阻RA14與RA16決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時鐘信號就是2FSK基帶信號的位同步信號，該信號應(yīng)從“FSK-BS”輸入，可以從信號源直接引入，也可以從同步信號恢復(fù)模塊引入。3、2DPSK解調(diào)原理2DPSK解調(diào)最常用的方法是極性比較法和相位比較法，這里采用的是極性比較法對2DPSK信號進(jìn)行解調(diào)，原理框圖如圖16-3（a）所示。2DPSK調(diào)制信號從“PSK-IN”輸入，位同步信號從“PSK-BS”輸入，同步載波從“載波輸入”點(diǎn)輸入。調(diào)制信號經(jīng)過UA08（MC1496）與載波信號相乘后，去掉了調(diào)制信號中的載波成分，再經(jīng)過低通濾波器去除

6、高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號，對此信號進(jìn)行抽樣判決（抽樣判決器由UA10（74HC74）構(gòu)成，其時鐘為基帶信號的位同步信號），再經(jīng)過逆差分變換電路（由UA10（74HC74）、UA11（74HC86）組成），就可以得到基帶信號了。（a）極性比較法 （b）相位比較法圖16-3 2DPSK解調(diào)原理框圖4、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較現(xiàn)在我們來比較一下2ASK、2FSK、2DPSK這三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能。1）頻帶寬度當(dāng)碼元寬度為Ts時，2ASK系統(tǒng)和2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts,2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為。因此，從頻帶寬度和從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)最不可取。2）表16

7、-1中列出了2ASK、2FSK、2DPSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與輸入信噪比r的關(guān)系。從該表清楚地看出，在每一對相干和非相干的鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式。它們基本上是和之間的關(guān)系，而且隨著，它們將趨于同一極限值。另外，三種相干（或非相干）方式之間，在相同誤碼率條件下，在信噪比要求上2PSK比2FSK小3dB、2FSK比2ASK小3dB。由此看來，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。表16-1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤碼率公式表名稱Pe與r的關(guān)系相干2ASK=非相干2ASK=相干2FSK=非相干2FSK=相干2PSK=差分相干2PSK=3）對于對信道特性變

8、化的敏感性：在選擇數(shù)字調(diào)制方式時，還應(yīng)考慮它的最佳判決門限對信道特性的變化是否敏感。在2FSK系統(tǒng)中，不需要人為地設(shè)置判決門限，它是直接比較兩路解調(diào)輸出的大小來作出判斷的。在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限電平為零，與接收機(jī)輸出信號的幅度有關(guān)。因此，它不隨信道特性的變化而變化。這時，接收機(jī)容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。對于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為a/2 （當(dāng)時），它與接收機(jī)輸入信號的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時，接收機(jī)輸入信號的幅度a將隨著發(fā)生變化；相應(yīng)地，判決器的最佳判決門限電平也將隨之改變。這時，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，從而導(dǎo)致誤碼率增大。因此，就對信道特性變化

9、的敏感性而言，2ASK性能最差。當(dāng)信道存在嚴(yán)重的衰落時，通常采用非相干接收，因?yàn)檫@時在接收端不易得到相干解調(diào)所需的相干載波。當(dāng)發(fā)射機(jī)有嚴(yán)格的限制時，可考慮采用相干接收。因?yàn)樵诮o定的碼元傳輸速率及誤碼率的條件下，相干接收所要求的信噪比要比非相干接收小。4）對于2ASK、2FSK、2PSK來說，發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜程度差不多，而接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)的復(fù)雜；而同為相干解調(diào)時，2PSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡單。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將信號源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步信號提取模塊小心地固定在主機(jī)箱中，確保電源

10、接觸良好。2、插上電源線，打開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下四個模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，對應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501發(fā)光，按一下信號源模塊的復(fù)位鍵，四個模塊均開始工作。3、將信號源模塊的位同步信號（BS）的頻率設(shè)置為15.625KHz，將信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼設(shè)置為01110010 11001100 10101010，將同步信號提取模塊的撥碼開關(guān)SW501的第一位撥上。4、ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）用信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號，合理連接信號源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸出點(diǎn)“ASK調(diào)制輸

11、出”能輸出正確的ASK調(diào)制波形。2）將“ASK調(diào)制輸出”的輸出信號送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)我們“ASK-IN”，觀察信號輸出點(diǎn)“ASK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號為“ASK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止。將該點(diǎn)波形送入同步信號提取模塊的信號輸入點(diǎn)“NRZ-IN”,再將同步信號提取模塊的信號輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“ASK-BS”，觀察信號輸出點(diǎn)“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”、“ASK解調(diào)輸出”處的波形，并與信號源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。5、FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）將信號源模塊的位同步信號的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信

12、號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號，合理連接信號源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸出點(diǎn)“FSK調(diào)制輸出”能輸出正確的FSK調(diào)制波形。2）將點(diǎn)“FSK調(diào)制輸出”的輸出信號送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“FSK-IN”，觀察信號輸出點(diǎn)“FSK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號為“FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止。將該點(diǎn)波形送入同步信號提取模塊的信號輸入點(diǎn)“NRZ-IN”,再將同步信號提取模塊的信號輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“FSK-BS”，觀察信號輸出點(diǎn) “單穩(wěn)輸出1”、“單穩(wěn)輸出2”、“過零檢測”、“FSK解調(diào)輸出”處的波形，并與

13、信號源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。6、PSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1）將信號源模塊的位同步信號的頻率恢復(fù)為15.625KHz，用信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼為基帶信號，合理連接信號源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸出點(diǎn)“PSK調(diào)制輸出”能輸出正確的PSK調(diào)制波形。將“PSK調(diào)制輸出”的輸出信號送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“PSK-IN”，將“PSK調(diào)制輸出”的波形送入同步信號提取模塊的信號輸入點(diǎn)“S-IN”，使信號輸出點(diǎn)“載波輸出”能輸出提取出的正確的載波信號（方法請參考實(shí)驗(yàn)十四），再將該點(diǎn)的輸出波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“載波輸入”，觀察信號輸出點(diǎn)“PSK-OUT”處的波形，并調(diào)節(jié)標(biāo)號為“PSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器，直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的NRZ碼為止(電位器WA02可調(diào)節(jié)乘法器的平衡度，該處在出廠時已經(jīng)調(diào)好，請勿自行調(diào)節(jié))。將點(diǎn)“PSK-OUT”輸出的波形送入同步信號提取模塊的信號輸入點(diǎn)“NRZ-IN”，再將同步信號提取模塊的信號輸出點(diǎn)“位同步輸出”輸出的波形送入數(shù)字解調(diào)模塊的信號輸入點(diǎn)“PSK-BS”，觀察信號輸出點(diǎn)“OUT4”、“OUT5”、“PSK解調(diào)輸出”處的波形，并與信號源產(chǎn)生的NRZ碼進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)思考題1、改變74123的哪些外圍元件參數(shù)對FSK解調(diào)能否正確輸出有影響？ 答：時鐘電路、載頻電路