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武汉大学教学实验报告

电子信息学院 ** 专业 2016 年 ** 月 ** 日 实验名称 数字调制解调实验 指导教师 *** 姓名 *** 年级 14级 学号 20143012***** 成绩

一、 预习部分 1. 实验目的 2. 实验基本原理 3. 主要仪器设备（含必要的元器件、工具） 一． 实验目的 1．掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试； 2．掌握FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试； 3. 学习基于软件无线电技术实现FSK（ASK）调制、解调的实现方法。 4. 掌握PSK DPSK调制解调的工作原理及性能要求； 5. 进行PSK DPSK调制、解调实验，掌握相干解调原理和载波同步方法； 6. 理解PSK相位模糊的成因，DSPK实现方法。 7．掌握多进制调制的方法； 8．掌握QPSK调制特性，了解QPSK解调方法。 二． 实验基本原理 实验一：ASK/FSK调制解调 数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。 （一）FSK调制电路工作原理 FSK的调制模块采用了可编程逻辑器件和D/A转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成ASK，FSK调制，还可以完成PSK，DPSK，QPSK，OQPSK等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ASK，FSK调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。 图1 FSK调制电路原理框图

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图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ASK或FSK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，加入射随器，便完成了整个调制系统。 在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1 和0）。通常，FSK 信号的 表达式为： 其中Δf 代表信号载波的恒定偏移。 FSK 的信号频谱如图2 所示。 图2 FSK 的信号频谱 FSK 信号的传输带宽Br，由Carson 公式给出：,其中B 为数字基带信号的带宽。假设信号带宽限制在主。 瓣范围，矩形脉冲信号的带宽B=R。因此，FSK 的传输带宽变为：（二）FSK解调电路工作原理 图3 FSK锁相环解调器原理示意图 FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图3所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片MC4046。其中，压控振荡器的频率是由5C2.5R3.5R4.5U3等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过调节5U3电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。 实验二：PSK/DPSK调制解调 1.PSK、DPSK调制电路工作原理 PSK/DPSK调制有“信道编码与频带调制”模块完成，该模块基于FPGA和DA芯片，采用软件无线电的方式实现频带调制。考虑到PSK调制存在相位模糊问题，模块可对输入的基带信号进行相对码和绝对码转换。PSK，DPSK调制原理框图如下如所示：

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图4 PSK、DPSK调制电路原理框图 图4中，基带数据JD和时钟JCLK，通过4P5和4P6两个铆孔输入到FPGA中，FPGA软件完成PSK和DPSK的调制后，再经DA数模转换即可输出相位键控信号。 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5所示。 图5 解调器原理方框图 1）解调信号输入电路 输入电路由射随器和比较器组成，射随器是为了发送（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。比较电路是将正弦信号转换为脉冲信号，目的是便于控制科斯塔斯特环中的乘法器。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6所示。 图6 科斯塔斯特环电路方框原理如图 解调输入电路的输出信号被加到模拟门5U6C和5U6D构成的乘法器，前者为正交载波乘法器，相当于图10-3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。5U7A,5U7B周边电路为低通滤波器。5U8，5U9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5U8的7脚经5U11B.C两非门后输出。异或门5U10A起模2加的作用，5U11E为非门,若5U10A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10-3框图中的乘法器3。5U12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5R26.5R29.5C20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，5C19为外接电容，它确定VCO自然谐振频率。5U13数字电位器用于频率微调，5D02，5E2用来稳压，以便提高VCO的频率稳定度。VCO信号从7脚经5C21输出至移相90o90o移