实验4 psk dpsk调制解调实验解析

班级学号姓名指导教师日期实验4PSK（DPSK）调制解调实验一、实验目的1掌握PSK调制解调的工作原理及性能要求；2进行PSK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1PSKQPSK调制模块，位号A2PSKQPSK解调模块，位号C3时钟与基带数据发生模块，位号G4噪声模块，位号B5复接/解复接、同步技术模块，位号I620M双踪示波器1台7小平口螺丝刀1只8频率计1台（选用）9信号连接线4根三、实验原理PSKQPSK调制/解调模块，除能完成上述PSK（DPSK）调制/解调全部实验外还能进行QPSK、ASK调制/解调等实验。不同调制方式的转換是通过开关4SW02及插塞37K01、37K02、38K01、38K02位置设置实现。不同调制相应开关设置如下表。调制方式4SW0237K01、37K0238K01、38K02PSK（DPSK）00001和位挿入挿塞1，2相连（挿左边）四、PSK（DPSK）调制/解调实验进行PSK（DPSK）调制时，工作状态预置开关4SW02置于00001，37K01、37K02和位挿入挿塞，38K01、38K02均处于1，2位相连（挿塞挿左边）。相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。本实验箱采用相位选择法实现二进制相位调制，绝对移相键控（CPSK或简称PSK）是用输入的基带信号（绝对码）直接控制选择开关通断，从而选择不同相位的载波来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。1PSK调制电路工作原理二相相位键控的载波为1024MHZ，数字基带信号有32KB/S伪随机码、及其相对码、32KHZ方波、外加数字信号等。相位键控调制电原理框图，如图61所示。通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告图61相位键控调制电原理框图1）滤波器、同相放大器和反相放大器从图61看出，1024KHZ的方波经37R29加到由运放37UO4A及周边元件组成的低通滤波器，其输出变为L024KHZ正弦波，它通过37U05A同相放大和37U05B反相放大，从而得到L024KHZ的同相和反相正弦载波，电位器37W01可调节反相放大器的增益，从而使同相载波与反相载波的幅度相等，然后同相和反相正弦载波被送到模拟开关乘法器。2）模拟开关相乘器对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。同相载波与反相载波分别加到模拟开关ACD4066的输入端（1脚）、模拟开关BCD4066的输入端（11脚），数字基带信号一路直接加到模拟开关A的输入控制端（13脚），并且另一路经反相后加到模拟开关B的输入控制端（12脚），用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出同相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。输出反相载波，两个模拟开关输出信号通过输出开关37K01合路叠加后得到二相PSK调制信号。DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列AN，通过码型变换器变成相对码序列BN，然后再用相对码序列BN，进行绝对移相键控，这样就获得DPSK已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图51），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01点的绝对码信号（PSK），也可以送入相对码基带信号相对4P01点的数字信号来说，此调制即为DPSK调制。2相位键控解调电路工作原理二相PSKDPSK解调器电路采用科斯塔斯环CONSTAS环解调，其原理如图62所示。通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告图62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18V左右，否则会产生波形失真、频率等调节方法。2）科斯塔斯环提取载波原理PSK采用科斯塔斯特环解调，科斯塔斯特环方框原理如图63所示。图63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。通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告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63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38U05的7脚经38U07AD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63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90电路。科斯塔斯特环中的90移相电路若用模拟电路实现。则很难准确移相90，并且相移随频率改变而变化。图62电路中采用数字电路实现。非门38U07F，D触发器38U08AB及周围电路组成数字90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38U08AD触发器，另一路经38U07F反相再加到38U08BD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90移相电路的相位波形图如64所示。图6490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位挿在左边，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位挿在右边，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。五、各测量点及可调元件的作用1PSKQPSK调制模块37K01PSK、ASK已调信号连接揷塞。当进行PSK实验时，因PSK是两ASK已调信号叠加。位揷塞揷入，输出“1”码的已调信号；位揷塞揷入，输出“0”码的通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告已调信号。当进行ASK实验时仅需位揷塞揷入。塞揷入。37K02QPSK已调信号连接揷塞。当进行QPSK实验时，位揷塞揷入，输出QPSK已调信号，此时37K01两挿塞必须断开。位揷座接点为空头，用以放置暂不用的挿塞，以免挿塞丢失。跳线开关37KO1、37K02挿塞位置，请参见下表。调制方式跳线开关37KO1、37K02位置PSK、ASK、QPSK、37W01调节反相载波幅度大小。37P01外加数字基带信号输入铆孔。37TP01频率为1024MHZ方波信号，由4U01芯片EPM240编程产生。37TP02同相1024MHZ载波（正弦波）信号，37TP03反相1024MHZ载波（正弦波）信号，调节电位器37W01使它与37TP02测量点的0相载波幅度大小相等。37TP04QPSK调制I路调制信号，它来自CPLD电路。37TP05QPSK调制Q路调制信号，它来自CPLD电路。37P02PSK、QPSK已调信号输出铆孔。输出什么信号由开关37K01、37K02状态决定位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为同相载波ASK信号；和位揷塞都揷入，37P02输出为两ASK已调信号叠加，即PSK已调信号。（注意两种相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真）位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为QPSK已调信号。2PSKQPSK解调模块38W01载波提取电路中锁相环压控振荡器频率调节电位器。38P01PSK、QPSK待解调信号输入铆孔。38K01解调载波选择开关揷在左边为PSK正交载波，挿在右边为QPSK正交载波（F9O）38K02解调载波选择开关揷在左边为PSK同相载波，挿在右边为QPSK同相载波（FO）38TP01锁相环压控振荡器2048MHZ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2048MHZ，则可解调输出数字基带信号。38TP02频率为1024MHZ的正交载波（方波）输出信号。38TP03频率为1024MHZ的同相载波（方波）输出信号。38P02PSK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。38P03QPSK解调Q路输出铆孔。3复接/解复接、同步技术模块39SW01功能设置开关。设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告39P01外加基带信号输入铆孔。39P07相绝码转换输出铆孔。六、实验内容及步骤PSK（DPSK）调制/解调实验1插入有关实验模块在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PSK调制模块”、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“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，模块位号与底板位号的一致。2PSK、DPSK信号线连接绝对码调制（PSK）时的连接用专用导线将4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01连接。相对码调制（DPSK）时的连接用专用导线将4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01连接。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。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基带输入信号码型设置拨码器4SW02设置为“00001“，4P01产生32K的15位M序列输出；4P03输出为4P01波形的相对码。5跳线开关设置37K01位和位都揷入挿塞。6载波幅度调节双踪示波器分别接在37P01和37P02，观测调制信号和己调波，调节电位器37W01使正交载波幅度和同相载波幅度大小相等。7相位调制信号观察PSK调制信号观察双踪示波器，触发测量探头测试4P01点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察BPSK调制输出波形，记录实验数据。DPSK调制信号观察双踪示波器，触发测量探头测试4P03点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察DPSK调制输出波形，记录实验数据。8噪声模块调节调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，使3P02信号峰峰值236V。9PSK解调参数调节调节38W01电位器，使压控振荡器工作在2048KHZ，同时可用频率计鉴测38TP01点。注意观察38TP02和38TP03两测量点波形的相位关系。10相位解调信号观测PSK调制方式观察38P02点PSK解调输出波形，并作记录，并同时观察PSK调制端37P0的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38W01）。通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告DPSK调制方式“同步提取模块”的拨码器39SW01设置为“0010”。观察38P02和37P01的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39P07和4P01的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。作记录。11加入噪声相位解调信号观测调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。观看完噪声影响，再调节3W01，使噪声为0，以方便后面实验。12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。七、实验结果分析1观察实验中输入的基带信号及输出的PSK、DPSK各主要测试点波形，并采用MATLAB语言进行仿真对比观察。实验观察图解调出现倒现象仿真图2通过MATLAB语言仿真观察基带信号的差分变换、PSK（DPSK）信号的功率谱图及其带宽。仿真图代码A1TS1N_SAMPLE8FC1HZN1000码元个数DTTS/FC/N_SAMPLET0DTNFCN_SAMPLE1DTHTACOS2PIFCTGT1ONES1,FCN_SAMPLE单个码元，NRZDSIGNRANDN1,N产生1000个服从标准正态分布的随机数，并取其符号，即产生1，0，1矩阵ED1/2产生0，1矩阵F2E1产生1，1矩阵GCHAFENMAF,LENGTHFDATA1SIGEXPANDF,FCN_SAMPLE对矩阵E每个元素后插入N_SAMPLE个0DATA2SIGEXPANDE,FCN_SAMPLEDATA4SIGEXPANDG,FCN_SAMPLEST1CONVDATA1,GT1产生单极性NRZ波形ST2CONVDATA2,GT1ST3CONVDATA4,GT1ST11ST11LENGTHTST22ST21LENGTHTST33ST31LENGTHTST44ST33ST44ST4400S_2PSKST11HT产生2PSK信号S_2DPSKST33HT产生2DPSK信号WINDOWBOXCARLENGTHT矩形窗（单个矩形窗长度为序列长度）NOVERLAP0数据无重叠NFFTPOW2NEXTPOW2NFCN_SAMPLE求大于序列长度最小的2的幂次数值，以便做傅里叶变换FSDT抽样频率PXX1,F1PWELCHS_2PSK,WINDOW,NOVERLAP,NFFT,FS,CENTERED计算2PSK的功率谱密度PXX2,F2PWELCHS_2DPSK,WINDOW,NOVERLAP,NFFT,FS,CENTEREDFIGURE1输入信号SUBPLOT2,2,1PLOTT,ST22AXIS0100212TITLE输入信号2PSK信号SUBPLOT2,2,2PLOTT,S_2PSKAXIS0101212TITLE2PSK差分码SUBPLOT2,2,3PLOTT,ST44AXIS0100212TITLE差分码2DPSK信号SUBPLOT2,2,4PLOTT,S_2DPSKAXIS0101212TITLE2DPSKFIGURE22PSK信号SUBPLOT2,2,1PLOTT,S_2PSKAXIS0101212TITLE2PSK2PSK功率谱密度SUBPLOT2,2,2PLOTF1,10LOG10PXX1AXIS0080084020TITLE2PSK功率谱密度D