實驗二-數(shù)字調(diào)制實驗

實驗二2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK調(diào)制實驗一、實驗?zāi)康?、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關(guān)系。2、掌握用鍵控法產(chǎn)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(guān)系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關(guān)系。4、了解2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。二、實驗內(nèi)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(shù)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(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供位同步信號和數(shù)字基帶信號〔NRZ碼〕。調(diào)制模塊將輸入的NRZ絕對碼變?yōu)橄鄬Υa、用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號。〔A〕二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理一．2ASK1．產(chǎn)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(jìn)行2ASK調(diào)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(chǎn)生VCOVCO相位連續(xù)相位不連續(xù)cosωc1tcosωc2tm(t)電子開關(guān)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(diào)相〕電子開關(guān)180電子開關(guān)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(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)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(dāng)p(1)=p(0)時ps(f)中無直流，B=2fs四．2DPSK〔差分相位鍵控，相對調(diào)相〕1．產(chǎn)生碼變換—2PSK調(diào)制法2PSK調(diào)制2PSK調(diào)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(shè)bk初始值為1，各點波形如下圖：第一個碼元內(nèi)信號的初相可任意假設(shè)ak2DPSK規(guī)律：“1變0不變〞，即信息代碼〔絕對碼〕為“1〞時，本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的未相變化180°，信息代碼為“0〞時，那么本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相不變化。2．頻譜同2PSK〔B〕電路原理數(shù)字調(diào)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(shù)字調(diào)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(shù)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(yīng)關(guān)系如下：8 計數(shù)器2 D觸發(fā)器濾波器A 運放，調(diào)諧回路濾波器B 運放，調(diào)諧回路碼變換 D觸發(fā)器；異或門2ASK調(diào)制 三路二選一模擬開關(guān)2FSK調(diào)制 三路二選一模擬開關(guān)2DPSK〔2PSK調(diào)制〕三路二選一模擬開關(guān)放大器 三極管射隨器 三極管將晶振信號進(jìn)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(guān)系如圖2-3所示。圖2-32PSK、2DPSK波形圖中假設(shè)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(guān)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(guān)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(yīng)該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號的初相與上一碼元內(nèi)信號的末相進(jìn)行比擬，而不是將相鄰碼元信號的初相進(jìn)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(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。本單元用碼變換——2PSK調(diào)制方法產(chǎn)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(diào)制器的輸出就是2DPSK信號，相對于相對碼、2PSK調(diào)制器的輸出是2PSK信號。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號的相位變化與AK、BK的關(guān)系當(dāng)然也是符合上述規(guī)律的，即對于AK來說是“1變0不變〞關(guān)系，對于BK來說是“異變同不變〞關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變〞規(guī)律。圖2-4中調(diào)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(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實際通信中采用2DPSK而不用2PSK〔多進(jìn)制下亦如此，采用多進(jìn)制差分相位調(diào)制MDPSK〕，此問題將在數(shù)字解調(diào)實驗中再詳細(xì)介紹。圖2-42DPSK調(diào)制器2PSK信號的時域表達(dá)式為S(t)=m(t)Cosωct式中m(t)為雙極性不歸零碼BNRZ，當(dāng)“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(dá)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(diào)制不同載頻信號形成的兩個2ASK信號相加。時域表達(dá)式為式中m(t)為NRZ碼。圖2-52ASK、2PSK〔2DPSK〕、2FSK信號功率譜圖2-2數(shù)字調(diào)制原理圖設(shè)碼元寬度為Ts，fS=1／Ts在數(shù)值上等于碼速率，2ASK、2PSK〔2DPSK〕、2FSK的功率譜密度如圖2-5所示?？梢姡?ASK、2PSK〔2DPSK〕的功率譜是數(shù)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(diào)制信號。多進(jìn)制的MASK、MPSK〔MDPSK〕、MFSK信號的功率譜與二進(jìn)制信號功率譜類似。圖2-2數(shù)字調(diào)制原理圖本實驗系統(tǒng)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(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。2、連線：數(shù)字調(diào)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(guān)和兩模塊的電源開關(guān)。3、用數(shù)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(jié)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(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系〔此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)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(guān)系〔注意“1〞碼與“0〞碼對應(yīng)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(jìn)行此項觀察〕。應(yīng)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(shè)絕對碼為全1、全0或10011010，求相對碼。2、設(shè)相對碼為全1、全0或10011010，求絕對碼。3、設(shè)信息代碼為1001101