内容发布更新时间 : 2024/5/3 23:36:19星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
实验五 PSK(DPSK)调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。 2、掌握产生PSK(DPSK)信号的方法。 3、掌握PSK(DPSK)信号的频谱特性。
二、实验内容
1、观察绝对码和相对码的波形。 2、观察PSK(DPSK)信号波形。 3、观察PSK(DPSK)信号频谱。
4、观察PSK(DPSK)相干解调器各点波形。
三、实验仪器
1、信号源模块 2、数字调制模块 3、数字解调模块 4、同步提取模块
5、频谱分析模块（可选）
6、20M双踪示波器 一台 7、连接线 若干
四、实验原理
1、2PSK(2DPSK)调制原理
2PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和π相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图13-1所示。
设二进制单极性码为an，其对应的双极性二进制码为bn，则2PSK信号的一般时域数学表达式为：
??S2PSK(t)???bng(t?nTs)?cos?ct
?n?其中：
（13－1）
??1bn???＋1当an?0时，概率为P当an＝1时，概率为1－P
则（13－1）式可变为：
???g(t?nT)???s?cos??ct?????n?S2PSK（t）＝???g(t?nT)?cos??t?0??s?c??n???ar2当an?0 （13－2）
当an?11 0 1 10 Ts 2Ts 3Ts 4TstS2PSK(t)At0-A图13-1 2PSK信号的时域波形示意图
由（13－1）式可见，2PSK信号是一种双边带信号，其双边功率谱表达式与2ASK的几
乎相同，即为：
22??P2PSK(f)?fsP(1?P)?G(f?f)?G(f?f)??
cc??122fs(1?P)2G(0)??(f?fc)??(f?fc)? 42PSK信号的谱零点带宽与2ASK的相同，即
（13－3）
B2PSK?(fc?Rs)?(fc?Rs)?2Rs?2/Ts（Hz）
（13－4）
我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒π”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。
2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设
?????数字信息“1” ???0?数字信息“0”
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2DPSK信号相位： 0 0 0 π 0 π π π 0 0 π
或： π π π 0 π 0 0 0 π π 0
图13-2为对同一组二进制信号调制后的2PSK与2DPSK波形。
数字信息（绝对码） 0 0 1 1 1 0 0 1PSK波形DPSK波形相对码0 0 0 1 0 1 1 1 0
图13-2 2PSK与2DPSK波形对比
从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。这说明，解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值。只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK与2DPSK信号是无法分辨的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。
为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图13-3所示的矢量图来表示。图中，虚线矢量位置称为基准相位。在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位。如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。根据ITU-T的建议，图13-3（a）所示的移相方式，称为A方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、π。因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。图13-3（b）所示的移相方式，称为B方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取?π/2。因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B方式被广泛采用的原因之一。
＋π/2参考相位π参考相位0-π/2（a）（b）
图13-3 二相调制移相信号矢量图
2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的
控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK基带输入”和“PSK载波输入”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS输入”点输入，其原理框图如图13-4所示：
图13-4 2DPSK调制原理框图
2、2PSK（2DPSK）解调原理
2DPSK解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPSK信号进行解调，原理框图如图13-5所示。2DPSK调制信号从“PSK-IN”输入，位同步信号从“PSK-BS”输入，同步载波从“载波输入”点输入。调制信号经过U09（MC1496）与载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，对此信号进行抽样判决（抽样判决器由U12（74HC74）构成，其时钟为基带信号的位同步信号），那么可以得到2PSK的解调信号。再经过逆差分变换电路（由U12（74HC74）、U13（74HC86）组成），就可以得到2DPSK的解调信号了。
图13-5 2PSK（2DPSK）解调原理框图
五、实验步骤
1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步提取模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下五个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，五个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、PSK调制实验
（1）将信号源模块产生的码速率为15.625KHz的周期性NRZ码和64KHz的正弦波
（幅
度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“PSK（DPSK）基带输入”和“PSK（DPSK）载波输入”。
（2）将数字调制模块中的拨位开关S01拨到0，以信号输入点“PSK基带输入”的
信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK基带输入”与“PSK调制输出”的波形。并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。 （3）改变送入的基带信号，重复上述实验。 4、PSK解调实验
（1）将信号源模块的位同步信号的频率恢复为15.625KHz，用信号源模块产生的
NRZ码为基带信号，将同步信号提取模块的拨码开关SW01的第一位拨上。将数字解调模块中的拨位开关S01拨到0，合理连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“PSK调制输出”能输出正确的PSK调制波形。
（2）将“PSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“PSK-IN”，将“PSK调制输出”的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”，使信号输出点“载波输出”能输出提取出的正确的载波信号（方法请参考实验十五），再将该点的输出波形送入数字解调模块的信号输入点“载波输入”，观察信号输出点“OUT”处的波形，并调节标号为“PSK/DPSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止(电位器W01可调节乘法器的平衡度，该处在出厂时已经调好，请勿自行调节)。将点“OUT”输出的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”，再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“PSK-BS”，观察信号输出点“OUT4”、“PSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。可将信号源产生的NRZ码与“PSK解调输出”进行比较，可观察到“倒π”现象。
（3）改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。并观察当提取出的载波在两
种不同相位时，输出的NRZ码有何异同。 。 5、DPSK调制实验
（1）将信号源模块的信号输出点“BS”与数字调制模块的信号输入点“DPSK位同步
输入”相连接，将信号源模块产生的码速率为15.625KHz的周期性NRZ码和64KHz的正弦波（幅度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“DPSK基带输入”和“DPSK载波输入”。
（2）将数字调制模块中的拨位开关S01拨到1，用双踪示波器同时观察点“DPSK基
带输入”与“差分编码输出”输出的波形。以信号输入点“差分编码输出”的信号为内触发源，用示波器同时观察点“差分编码输出”和“DPSK调制输出”的波形。并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。 （3）改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。