通信原理第五次实验报告 - 图文
更新时间:2024-04-08 20:15:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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电子信息工程学院
12级通信原理
实验报告
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实验7 PSK DPSK调制解调实验
一、实验目的
1. 掌握PSK DPSK调制解调的工作原理及性能要求; 2. 进行PSK DPSK调制、解调实验,掌握电路调整测试方法; 3. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。
二、实验仪器
1.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制,位号:A、B位 2.PSK/QPSK解调模块,位号:C位 3.时钟与基带数据发生模块,位号: G位 4.复接/解复接、同步技术模块,位号:I位 5.100M双踪示波器1台 6.信号连接线6根
三、实验原理
(一) PSK、DPSK调制电路工作原理
PSK和QPSK采用了和FSK相同的实验模块:“信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制”模块,该模块由于采用了可编程的逻辑器件,因此通过切换内部的编程单元,即可输出不同的调制内容,PSK,DPSK调制电路原理框图如下如所示:
图7-1 PSK、DPSK调制电路原理框图
图7-1中,基带数据时钟和数据,通过JCLK和JD两个铆孔输入到可编程逻辑器件中,由可编程逻辑器件根据设置的工作模式,完成PSK和DPSK的调制,因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件,因此调制后输出需要经过D/A器件,完成数字到模拟的转换,然后经过模拟电路对信号进行调整输出,加入跟随器,完成了整个调制系统。
PSK/DPSK调制系统中,默认输入信号应该为32K的时钟信号,在时钟与基带数据发生模块有32K的M序列输出,可供该实验使用,可以通过连线将时钟和数据送到JCLK和JD
输入端。标有PSK.DPSK个输出铆孔为调制信号的输出测量点,可以通过按动模块上的SW01按钮,切换PSK.DPSK铆孔输出信号为PSK或DPSK,同时LED指示灯会指示当前输出内容的工作状态。
2.相位键控解调电路工作原理
二相PSK(DPSK)解调器电路采用科斯塔斯环(Constas环)解调,其原理如图7-2所示。
7-2 解调器原理方框图
1)解调信号输入电路
输入电路由晶体三极管跟随器和运算放大器38U01组成的整形放大器构成,采用跟随器是为了发送(调制器)和接收(解调器)电路之间的隔离,从而使它们工作互不影响。放大整形电路输出的信号将送到科斯塔斯特环。由于跟随器电源电压为5V,因此输入的PSK已调波信号幅度不能太大,一般控制在1.8V左右,否则会产生波形失真。 2)科斯塔斯环提取载波原理(原理中标号参见原理图)
PSK采用科斯塔斯特环解调,科斯塔斯特环方框原理如图7-3所示。
图7-3 科斯塔斯特环电路方框原理如图
科斯塔斯特环解调电路的一般工作原理在《现代通信原理》第三版(电子工业出版社2009年)等教科书中有详细分析,这儿不多讲述。下面我们把实验平台具体电路与科斯塔斯特环方框原理图作一对比,讲述实验平台PSK解调电路的工作原理。
解调输入电路的输出信号被加到模拟门38U02C和38U02D构成的乘法器,前者为正交载
波乘法器,相当于图7-3中的乘法器2,后者为同相载波乘法器,相当于框图中乘法器1。38U03A,38U03D及周边电路为低通滤波器。38U04,38U05为判决器,它的作用是将低通滤波后的信号整形,变成方波信号。PSK解调信号从38U05的7脚经38U07A.D两非门后输出。异或门38U06A起模2加的作用,38U07E为非门,若38U06A3两输入信号分别为A和B,因
A?B?A?B(A、B同为0除外,因A与B正交,不会同时为0)因此异或门与非门合在
一起,起乘法器作用,它相当于图8-3框图中的乘法器3。38U710为压控振荡器(VCO),74LS124为双VCO,本电路仅使用了其中一个VCO,环路滤波器是由38R20、38R21.38C17组成的比例低通滤波器,VCO控制电压经环路低通滤波器加到芯片的2脚,38CA01为外接电容,它确定VCO自然谐振频率。38W01用于频率微调,38D01,38E03用来稳压,以便提高VCO的频率稳定度。VCO信号从7脚经38C19输出至移相90o电路。
科斯塔斯特环中的90o移相电路若用模拟电路实现。则很难准确移相90o,并且相移随频率改变而变化。图8-2电路中采用数字电路实现。非门38U07F,D触发器38U08A.B及周围电路组成数字90o移相器。由于D触发器有二分频作用。所以VCO的锁定频率应为2fc,即VCO输出2048KHZ方波,其中一路直接加到38U08A D触发器,另一路经38U07F反相再加到38U08B D触发器,两触发器均为时钟脉冲正沿触发,由于38U08A的 ?与两D触发器的D端连接。而D触发器Q端输出总是为触发时钟到来前D端状态,根据触发器工作原理和电路连接关系,数字90o移相电路的相位波形图如7-4所示。
频率为2048 KHzVCO输出38U08A?_?频率为1024 KHz38U08B?
图7-4 90度数字移相器的波形图
从图看出,38U08B的?端输出波形超前38U08A的?端90度,并且频率为1024KHZ,因此38U08B的?端输出为同相载波,38U08A的?端输出为正交载波。
由于科斯塔斯特环存在相位模糊,解调器可能会出现反向工作。
在PSK解调时38K01.38K02置于的l、2位(插在左边),分别把科斯塔斯特环提取的正交载波及同相载波接到两正交解调器;从而实现科斯塔斯特环的闭环控制。
当38K01.38K02置于的2.3位(插在右边),将用于四相解调,将在下节讲述。 若38K01.38K02的挿塞均拔掉,则科斯塔斯特环处于开环状态,可用于开环检查,便于环路各部件故障压缩和分析。
四、各测量点及可调元件的作用
1. 信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块(底板A、B位)
L01:指示调制状态,L01亮时,PSK,DPSK铆孔输出PSK调制信号; L02:指示调制状态,L02亮时,PSK,DPSK铆孔输出DPSK调制信号;
JCLK:32K时钟输入端; JD:32K基带数据输出端;
基带输出:基带绝对码或相对码输出; PSK、DPSK:PSK或DPSK调制信号输出端; SW01:调制模式切换按钮。 2.PSK QPSK解调模块(底板C位)
38W01:载波提取电路中锁相环压控振荡器频率调节电位器。 38P01:PSK、QPSK待解调信号输入铆孔。
38K01:解调载波选择开关:插在左边为PSK正交载波,插在右边为QPSK正交载波(F9O) 38K02:解调载波选择开关:插在左边为PSK同相载波,插在右边为QPSK同相载波(FO) 38TP01:锁相环压控振荡器2.048MHz载波信号输出。建议用频率计监视该测量点上的信号频率,有偏差时可调节38W01,PSK解调时,当其准确而稳定地锁定在2.048MHz,则可解调输出数字基带信号。
38TP02:频率为1.024MHz的正交载波(方波)输出信号。 38TP03:频率为1.024MHz的同相载波(方波)输出信号。 38P02: PSK解调输出/QPSK解调I路输出铆孔。
PSK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题,解调出的基带信号可能会出现倒相情况;DPSK方式解调后基带信号为相对码,相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。
38P03:QPSK解调Q路输出铆孔。
3.复接/解复接、同步技术模块(底板I位)
39SW01:功能设置开关。设置“0010”,为32K相对码、绝对码转换。
39P01:外加基带信号输入铆孔。
39P07:相绝码转换输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1.插入有关实验模块
在关闭系统电源的情况下,按照下表放置实验模块:
模块名称 时钟与基带数据发生模块 信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制 PSK.QPSK解调模块 噪声模块 复接/解复接 同步技术模块 口一致。
放置位号 G A、B C E I 对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”,注意模块插头与底板插座的防呆
2.信号线连接
使用专用导线按照下表进行信号线连接: 源端 4P01(G) 4P02(G) 3P02(E) 3.加电
打开系统电源开关,底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常,请立即关闭电源,查找异常原因。 4.实验内容设置
拨码器“4SW02”(G)设置为“00001”,4P01产生32K的 15位m序列输出; 按动SW01(AB)按钮,使“L01”指示灯亮,“PSK DPSK”输出为PSK调制; 将“PSK QPSK解调模块”两个跳线(38K01和38K02)开关插到左侧,选择PSK解调模式。
(一)PSK调制/解调实验 1.PSK调制信号观测
用示波器通道1接JD(AB),用示波器通道2接“PSK DPSK”(AB),分别观测32K基带信号数据和PSK调制信号,记录实验结果。分析PSK调制的相位情况。 2.PSK解调后信号观测: ? 无噪声PSK解调观测
(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的PSK调制信号不加入噪声。 (2)用示波器分别观测JD(AB)和38P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。
(3)缓慢调节解调模块上的VCO(C)电位器,调整锁相环输出同步载波,同时注意对比JD(AB)和38P02(C)的信号是否相同或反向,相同则说明解调正确,反向则是出现了相位模糊(倒pi)的情况。分析相位模糊的原因,思考怎么解决? ? 有噪声PSK解调观测
(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下,逐渐调节3W01(E),使噪声电平逐渐增大,即改变信噪比(S/N),观察解调信号波形是否还能保持正确。
(2)用示波器观察3P01(E)和3P02(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。 (二) DPSK调制/解调实验 1.DPSK调制解调设置
保持PSK调制解调设置及连线未修改的情况下,完成下面操作:
(1)按动SW01(AB)按钮,使“L02”指示灯亮,“PSK DPSK”输出为DPSK调制; (2)将“功能选择”(I)拨动开关设置为“0010”,则“复接/解复接、同步技术模块”工作在32K时钟下绝对码-相对码模式。
目的端 JD(AB) 连线作用 为PSK调制输入32K的15位m序列; 将调制输出送入噪声模块,为PSK调制后信号加噪; JCLK(AB) 为PSK调制输入32K的基带时钟; 38P01(D) 将加噪后的调制信号送入PSK解调输入模块; PSK、DPSK(AB) 3P01(E) (3)使用导线连接“38P02”(C)和“39P01”(I),将解调数据送入绝对码-相对码转换单元。
1.DPSK调制信号观测
(1)用示波器同时观测“4P01”(G)和“基带输出”(AB),分别观察绝对码和相对码,分析相对码是否正确。
(2)用示波器通道1接“DATA”(AB),用示波器通道2接“PSK DPSK”(AB),分别观测相对码和PSK调制信号,记录实验结果。可见,DPSK是指在对基带数据进行PSK调制之前完成了绝对码到相对码的转换。 2.DPSK解调后信号观测 ? 无噪声DPSK解调观测
(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的DPSK调制信号不加入噪声。 (2)用示波器分别观测JD(AB)和38P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。
(3)缓慢调节解调模块上的VCO(C)电位器,调整锁相环输出同步载波,同时注意对比“DATA”(AB)和“38P02”(C)的信号是否相同或反向,相同则说明解调正确,反向则是出现了相位模糊(倒pi)的情况。
(4)在步骤(3)反向的情况下,用示波器分别观测“4P01”(G)和“39P07”(I),观察绝对码基带数据和解调转换后的绝对码数据是否相同。DPSK是否解决了PSK存在相位模糊的问题? ? 有噪声DPSK解调观测
(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下,逐渐调节“3W01”(E),使噪声电平逐渐增大,即改变信噪比(S/N),观察解调信号是否还能保持正确。思考DPSK解调后,当前码元错误是否会对其他码元造成影响,分析DPSK解调的缺点。
(2)用示波器观察“3P01”(E)和“3P02”(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。 5.关机拆线
实验结束,关闭电源,拆除信号连线,并按要求放置好实验模块。
六、实验报告要求
1.根据连线关系,画出PSK、DPSK实验方框图。 答:
2.简述PSK、DPSK调制解调电路的差异及工作原理。
答:PSK是绝对相移键控,而DPSK是相对相移键控。二者的差异主要在于对编码的表示和调制解调方法。
PSK解调容易出现倒pi现象。PSK是用初始相位0和pi分别表示0和1。然后用键控电路或者模拟电路产生一个传输信号。
而DPSK避免了倒pi现象。DPSK是用前一个码元和后一个码元的相位是否变化来表示0和1。
3.根据实验测试记录画出调制解调器各测量点的信号波形,并给以必要的说明(波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系等)。 1.PSK调制信号观测
噪声电平 解调输出 信道 时钟信号 基带信号序列 码型变换 (PSK无绝-相转换) DAC电路 (产生传输信号) 2.PSK解调后信号观测:
? 无噪声PSK解调观测
波形分析:观察上面几个波形可验证,PSK信号容易出现倒PI现象。造成通信数据的错误判断。所以需要用DPSK来避免这种问题出现。
? 有噪声PSK解调观测
1.DPSK调制信号观测
2.DPSK解调后信号观测 ? 无噪声DPSK解调观测
波形分析:DPSK同PSK一样,也会发生倒pi现象,但是DPSK信号经过变换后的最终信号输出却不会发生倒pi现象。
? 有噪声PSK解调观测
同PSK信号一样,当噪声电平增加时,也会出现信号被淹没的情况。
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