PSK調制解調實(shí)驗報告范文

　　一、實(shí)驗目的

　　1. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法；

　　2. 掌握二相相位鍵控調制解調的工作原理及性能測試；

　　3. 學(xué)習二相相位調制、解調硬件實(shí)現，掌握電路調整測試方法。

　　二、實(shí)驗儀器

　　1．時(shí)鐘與基帶數據發(fā)生模塊，位號：G

　　2．PSK 調制模塊，位號A

　　3．PSK 解調模塊，位號C

　　4．噪聲模塊，位號B

　　5．復接/解復接、同步技術(shù)模塊，位號I

　　6．20M 雙蹤示波器1 臺

　　7．小平口螺絲刀1 只

　　8．頻率計1 臺（選用）

　　9．信號連接線(xiàn)4 根

　　三、實(shí)驗原理

　　相位鍵控調制在數字通信系統中是一種極重要的調制方式，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，可獲得比其他調制方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實(shí)際通信系統中。本實(shí)驗箱采用相位選擇法實(shí)現相位調制（二進(jìn)制），絕對移相鍵控（PSK 或CPSK）是用輸入的基帶信號（絕對碼）選擇開(kāi)關(guān)通斷控制載波相位的變化來(lái)實(shí)現。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(kāi)關(guān)通斷來(lái)實(shí)現。

　�。ㄒ唬� PSK 調制電路工作原理

　　二相相位鍵控的載波為1.024MHz，數字基帶信號有32Kb/s 偽隨機碼、及其相對碼、32KHz 方波、外加數字信號等。相位鍵控調制解調電原理框圖，如圖6-1 所示。

　　1．載波倒相器

　　模擬信號的倒相通常采用運放來(lái)實(shí)現。來(lái)自1.024MHz 載波信號輸入到運放的反相輸入端，在輸出端即可得到一個(gè)反相的載波信號，即π相載波信號。為了使0 相載波與π相載波的幅度相等，在電路中加了電位器37W01 和37W02 調節。

　　2．模擬開(kāi)關(guān)相乘器

　　對載波的相移鍵控是用模擬開(kāi)關(guān)電路實(shí)現的。0 相載波與π相載波分別加到模擬開(kāi)關(guān)A：CD4066 的輸入端（1 腳）、模擬開(kāi)關(guān)B：CD4066 的輸入端（11 腳），在數字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模擬開(kāi)關(guān)A 的輸入控制端（13 腳），它反極性加到模擬開(kāi)關(guān)B 的輸入控制端（12 腳）。用來(lái)控制兩個(gè)同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)

　　A 的輸入控制端為高電平，模擬開(kāi)關(guān)A 導通，輸出0 相載波，而模擬開(kāi)關(guān)B 的輸入控制端為低電平，模擬開(kāi)關(guān)B 截止。反之，當信碼為“0”碼時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)A 的輸入控制端為低電平，模擬開(kāi)關(guān)A 截止。而模擬開(kāi)關(guān)B 的輸入控制端卻為高電平，模擬開(kāi)關(guān)B 導通。輸出π相載波，兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)輸出通過(guò)載波輸出開(kāi)關(guān)37K02 合路疊加后輸出為二相PSK 調制信號。另外，DPSK 調制是采用碼型變換加絕對調相來(lái)實(shí)現，即把數據信息源（偽隨機碼序列）作為絕對碼序列{an}，通過(guò)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，此時(shí)該調制的輸出就是DPSK 已調信號。本模塊對應的操作是這樣的（詳細見(jiàn)圖6-1），37P01 為PSK 調制模塊的基帶信號輸入鉚孔，可以送入4P01 點(diǎn)的絕對碼信（PSK），也可以送入相對碼基帶信號(相對4P01 點(diǎn)的數字信號來(lái)說(shuō)，此調制即為DPSK 調制)。

　�。ǘ�）相位鍵控解調電路工作原理

　　二相PSK(DPSK) 解調器的總電路方框圖如圖6-2 所示。

　　該解調器由三部分組成：載波提取電路、位定時(shí)恢復電路與信碼再生整形電路。載波恢復和位定時(shí)提取，是數字載波傳輸系統必不可少的重要組成部分。載波恢復的具體實(shí)現方案是和發(fā)送端的調制方式有關(guān)的，以相移鍵控為例，有：N 次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(Constas 環(huán))、逆調制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來(lái)由于數字電路技術(shù)和集成電路的迅速發(fā)展，又出現了基帶數字處理載波跟蹤環(huán)，并且已在實(shí)際應用領(lǐng)域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學(xué)生基礎知識的學(xué)習及對基本理論的理解，我們從實(shí)際出發(fā)，選擇科斯塔斯環(huán)解調電路作為基本實(shí)驗。

　　1．二相(PSK，DPSK)信號輸入電路

　　由整形電路，對發(fā)送端送來(lái)的二相(PSK、DPSK)信號進(jìn)行前后級隔離、放大后送至鑒相器1 與鑒相器2分別進(jìn)行鑒相。

　　圖6-2 解調器原理方框圖

　　2．科斯塔斯環(huán)提取載波原理

　　經(jīng)整形電路放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相器1 與鑒相器2 的控制信號輸入端的控制信號分別為0 相載波信號與π/2 相載波信號。這樣經(jīng)過(guò)兩鑒相器輸出的鑒相信號再通過(guò)有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調出數字基帶信碼，由相乘器電路，去掉數字基帶信號中的數字信息。得到反映恢復載波與輸入載波相位

　　之差的誤差電壓Ud, Ud 經(jīng)過(guò)環(huán)路低通濾波器濾波后，輸出了一個(gè)平滑的誤差控制電壓，去控制VCO 壓控振蕩器74S124。它的中心振蕩輸出頻率范圍從1Hz 到60MHz，工作環(huán)境溫度在0～70℃，當電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V 時(shí)，74S124 的輸出頻率表達式為： f0 = 5×10-4/Cext，在實(shí)驗電路中，調節精密電位器38W01(10KΩ)的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124 的2 腳)與范圍控制輸入電壓(74LS124 的3 腳)基本相等，此時(shí)，當電源電壓為+5V 時(shí)，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再改變4、5 腳間電容,使74S124 的7 腳輸出為2.048NHZ 方波信號。74S124 的6 腳為使能端，低電平有效，它開(kāi)啟壓控振蕩器工作；當74S124 的第7 腳輸出的中心振蕩頻率偏離2.048MHz時(shí)，此時(shí)可調節38W01，用頻率計監視測量點(diǎn)38TP02 上的頻率值，使其準確而穩定地輸出2.048MHz 的同步時(shí)鐘信號。該2.048MHz 的載波信號經(jīng)過(guò)分頻(÷2)電路：一次分頻變成1.024MHz 載波信號，并完成π/2 相移相。 這樣就完成了載波恢復的功能。

　　從圖中可看出該解調環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是：

　�、僭摻庹{環(huán)在載波恢復的同時(shí)，即可解調出數字信息。

　�、谠摻庹{環(huán)電路結構簡(jiǎn)單，整個(gè)載波恢復環(huán)路可用模擬和數字集成電路實(shí)現。

　　但該解調環(huán)路的缺點(diǎn)是：存在相位模糊，即解調的數字基帶信號容易出現反向問(wèn)題。DPSK 調制解調就可以解決這個(gè)問(wèn)題，相絕碼轉換在“復接/解復接、同步技術(shù)模塊”上完成。

　　四、各測量點(diǎn)及可調元件的作用

　　1．PSK 調制模塊

　　37K02：兩調制信號疊加。1-2 腳連，輸出“1”的調制信號；2-3 腳連，輸出“0”的調制信號。

　　37W01：調節0 相載波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。

　　37W02：調節π相載波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。

　　37P01：外加數字基帶信號輸入鉚孔。

　　37TP01：頻率為1.024MHz 方波信號，由4U01 芯片(EPM240)編程產(chǎn)生。

　　37TP02：0 相1.024MHZ 載波正弦波信號，調節電位器37W01 改變幅度（2～4V 左右）。 37TP03：π 相1.024MHZ 載波正弦波信號，調節電位器37W02 改變幅度（2～4V 左右）。 37P02：PSK 調制信號輸出鉚孔。由開(kāi)關(guān)37K02 決定。

　　1-2 相連3-4 斷開(kāi)時(shí)，37P02 為0 相載波輸出；

　　1-2 斷開(kāi)3-4 相連時(shí)，37P02 為π相載波輸出；

　　1-2 和3-4 相連時(shí)，37P02 為PSK 調制信號疊加輸出。注意兩相位載波幅度需調整相同，否則調制信號在相位跳變處易失真。

　　2．PSK 解調模塊

　　38W01：載波提取電路中壓控振蕩器調節電位器。

　　38P01：PSK 解調信號輸入鉚孔。

　　38TP01：壓控振蕩器輸出2.048MHz 的載波信號，建議用頻率計監視測量該點(diǎn)上的頻 率值 有偏差時(shí)，此時(shí)可調節38W01，使其準確而穩定地輸出2.048MHz 的載波信號，即可解調輸 出數字基帶信號。

　　38TP02：頻率為1.024MHz 的0 相載波輸出信號。

　　38TP03：頻率為1.024MHz 的π/2 相載波輸出信號，對比38TP02。

　　38P02：PSK 解調輸出鉚孔。PSK 方式的科斯塔斯環(huán)解調時(shí)存在相位模糊問(wèn)題，解調出的基帶信號可能會(huì )出現倒相情況；DPSK 方式解調后基帶信號為相對碼，相絕轉換由下面的“復接/解復接、同步技術(shù)模塊”完成。

　　3．復接/解復接、同步技術(shù)模塊

　　39SW01：功能設置開(kāi)關(guān)。設置“0010”，為32K 相對碼、絕對碼轉換。

　　39P01：外加基帶信號輸入鉚孔。

　　39P07：相絕碼轉換輸出鉚孔。

　　五、實(shí)驗內容及步驟

　　1．插入有關(guān)實(shí)驗模塊：

　　在關(guān)閉系統電源的條件下，將“時(shí)鐘與基帶數據發(fā)生模塊”、“ PSK 調制模塊” 、“噪聲模塊”、“PSK解調模塊”、“同步提取模塊”，插到底板“G、A、B、C、I”號的位置插座上（具體位置可見(jiàn)底板右下角的“實(shí)驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。

　　2．PSK、DPSK 信號線(xiàn)連接：

　　絕對碼調制時(shí)的連接（PSK）：用專(zhuān)用導線(xiàn)將4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01 連接。 相對碼調制時(shí)的連接（DPSK）：用專(zhuān)用導線(xiàn)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(kāi)系統電源開(kāi)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．基帶輸入信號碼型設置：

　　撥碼器4SW02 設置為“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(xiàn)開(kāi)關(guān)設置：

　　跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)37K02 1-2、3-4 相連。

　　6．載波幅度調節：

　　37W01：調節0 相載波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。(用示波器觀(guān)測37TP02 的幅度，載波幅度不宜過(guò)大，否則會(huì )引起波形失真)

　　37W02：調節π相載波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。（用示波器觀(guān)測37TP03 的幅度）。

　　7.相位調制信號觀(guān)察：

　�。�1）PSK 調制信號觀(guān)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，調節示波器使兩波形同步，觀(guān)察BPSK 調制輸出波形，記錄實(shí)驗數據。

　�。�2）DPSK 調制信號觀(guān)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，調節示波器使兩波形同步，觀(guān)察DPSK 調制輸出波形，記錄實(shí)驗數據。

　　8．噪聲模塊調節：

　　調節3W01，將3TP01 噪聲電平調為0；調節3W02，使3P02 信號峰峰值2～4V。

　　9．PSK 解調參數調節：

　　調節38W01 電位器，使壓控振蕩器工作在2048KHZ，同時(shí)可用頻率計鑒測38TP01 點(diǎn)。注意觀(guān)察38TP02和38TP03 兩測量點(diǎn)波形的相位關(guān)系。

　　10．相位解調信號觀(guān)測：

　�。�1）PSK 調制方式

　　觀(guān)察38P02 點(diǎn)PSK 解調輸出波形，并作記錄，并同時(shí)觀(guān)察PSK 調制端37P01 的基帶信號，比較兩者波形相近為準（可能反向，如果波形不一致，可微調38W01）。

　�。�2）DPSK 調制方式

　　“同步提取模塊”的撥碼器39SW01 設置為“0010”。觀(guān)察38P02 和37P01 的兩測試點(diǎn)，比較兩相對碼波形，觀(guān)察是否存在反向問(wèn)題；觀(guān)察39P07 和4P01 的兩測試點(diǎn)，比較兩絕對碼波形，觀(guān)察是否還存在反向問(wèn)題。作記錄。

　　11．加入噪聲相位解調信號觀(guān)測：

　　調節3W01 逐步增加調制信號的噪聲電平大小，看是否還能正確解調出基帶信號。

　　12. 關(guān)機拆線(xiàn)：

　　實(shí)驗結束，關(guān)閉電源，拆除信號連線(xiàn)，并按要求放置好實(shí)驗模塊。

　　六、實(shí)驗數據

　　1．基帶輸入信號碼型設置：

　　撥碼器4SW02 設置為“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。

　　2.基帶信號與調制信號（絕對碼）

　　3.基帶信號與調制信號（相對碼）

　　4.基準電平

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