通信原理第五次实验报告.docx

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。

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
放置位号
时钟与基带数据发生模块
G
信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制
A、B
PSK.QPSK解调模块
C
噪声模块
E
复接/解复接 同步技术模块
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口一致。
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
目的端
连线作用
4P01（G）
JD（AB）
为PSK调制输入32K的15位m序列；
4P02（G）
JCLK（AB）
为PSK调制输入32K的基带时钟；
PSK、DPSK（AB）
3P01（E）
将调制输出送入噪声模块，为PSK调制后信号加噪；
3P02（E）
38P01（D）
将加噪后的调制信号送入PSK解调输入模块；

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：
l 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？
l 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。
（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
l 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？
l 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：

基带信号序列
时钟信号
码型变换
(PSK无绝-相转换)
DAC电路
(产生传输信号)
解调输出
信道
噪声电平

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
2.PSK解调后信号观测：
l 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。
l 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
l 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。

l 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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