通原实验4-数字调制ASK实验.ppt

,数字调制与解调系统实验,数字调制与解调技术的重点是:数字基带信号与数字频带信号之间的转换。 目前采用最多的方法是键控法,是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。实际工程中常应用的数字调制方式有:ASK、PSK与FSK。,实验项目涉及的通信技术,实验研究与验证的内容,在通信系统的接收端，必须实施对已调信号进行解调，才能恢复出原来的消息。在数字通信系统中，已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换过程，称为数字解调。,实验应具备的基础知识,为便于基带信号的传输、提高抗干扰能力和有效利用带宽，通常需要通过调制技术将信号的频谱搬移到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。在数字通信系统中，用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，称为数字调制。,1、数字调制,2、数字解调,实验应具备的基础知识,3、数字通信系统的特点,数字通信系统传输的是离散的数字信号，与模拟通信相比，更能适应现代通信系统的要求：,正因如此，数字通信系统才能在各方面逐渐代替模拟通信系统成为现代通信的最基本方式。,（1）抗干扰能力强，尤其中继传输，可再生而消除噪声的积累；,（2）传输差错可以控制，从而改善传输质量；,（3）便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理；,（4）易于做高保密性的加密处理；,（5）可以综合传递各种消息，使通信系统的功能增强。,4、数字调制的基本原理,实验应具备的基础知识,数字信号对载波的调制与模拟信号对载波的调制类似，它同样可以控制载波的振幅、频率或相位的变化。不同的是，数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端对载波的离散调制参量进行检测的。,一个正弦波信号，通常有三个参数确定：即幅度、频率和相位，因此可将载波表示为,载波的幅度,载波的频率,载波的相位,数字调制的原理或过程就是用数字基带信号m(t)去改变载波c(t)的瞬时幅度、频率或相位。相应的已调信号可表示为：,已调波的瞬时幅度,已调波的瞬时相位,已调波的瞬时频率,数字振幅键控ASK 调制与解调实验,（1）,基带信号是各类数字通信系统传输的对象,载波信号是各种调制所必须的传送载体,2、掌握并学会对ASK调制/解调信号的测试技能。,数字振幅调制是数据通信中一种古老的通信方式，使用较多的方面是早期的莫尔斯电报系统。现代数字通信设备中，几乎不用，但它是各种数字调制的基础，通过此实验：,1、进一步加深对数字调制技术中的振幅键控ASK调制与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。,3. 数字基带信号的产生与观测,2. 载波信号的产生与测量,4. 2ASK信号的产生与2ASK频谱的测量,1. 振幅键控ASK调制与解调电路的组成与分析,5. 2ASK信号的解调测量,1.数字振幅键控ASK的基本原理,1.1 ASK与2SAK的定义,用数字基带信号控制载波的幅度，使载波的幅度随数字基带信号的变化规律而变化的调制方式，称ASK。 若数字基带信号为二进制序列而实现的振幅键控，则为2ASK。,1.2 ASK基本原理,在振幅键控中，用二进制数字基带信号中的“1”或“0”，来控制载波幅度的有或无。使载波幅度随着数字基带信号而变化。若有载波表示二进制基带信号“1”，无载波表示二进制基带信号“0” ，这样就可以得到2ASK信号，即实现了用载波的有和无来传送数字信号。 这种二进制振幅键控方式实际上是控制载波振幅的通或断，故称为通断键控（OOK）。,1.3 实现数字振幅键控(ASK)的基本电路,实现2ASK信号的具体电路很多，但常用的基本电路有两种：,1.3.1 模拟幅度调制法,模拟幅度调制法的基本电路如图所示：,载波信号,数字基带信号,工作原理:,相 乘 器,二进制已调信号,由此基本原理可知：2ASK信号的产生，是用数字信号控制载波的有或无，其信号的产生还有别的方法即开关电路实现。,载波发生器,数字基带信号,它主要由开关电路和载波振荡器构成。,开关电路中的电子开关的通/断受数字基带信号的控制。,载波信号直接加到模拟开关的输入端,数字基带直接加到模拟开关的控制端,当数字基带为“1”时，K接通，信号有输出。,当数字基带为“0”时，K断开，信号无输出。,键控调制法的基本电路如图所示：,由于数字基带信号的“0/1”变化，使得载波的输出发生有无变化，即实现了载波的振幅控制，这就是2ASK。,1.3.2 键控调制法,为了更深入掌握2ASK信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。,1.4 2ASK的功率谱特性,经分析可知，2ASK信号的双边功率谱密度表达式为：,上式表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成：,（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。,经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；,（1）由矩形波,2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱 的2倍。,1.4 2ASK的功率谱特性,在功率谱密度的第一过零点之间集中了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作为传输带宽。,2ASK信号的带宽是码元速率的2倍。,谱零点带宽,1.5 2ASK的解调原理,有两种基本解调方法：非相干解调和相干解调。,相干解调,1001110,判决输出,非相干解调(包络检测)电路特点：设备简单，但抗噪性能较差。,1001110,判决输出,载波,相干解调(同步检测)电路特点：设备复杂，但抗噪性能较好。,1.5 2ASK的解调原理,实验应知知识介绍完毕,实 验 开 始,谢谢!,实验现场操作规程,a、注意安全操作规程，确保人身安全,5.1 注意人身安全和仪器设备的安全,为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断实验台的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,b、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，不必经常开关电源。,切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。,注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！ 当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。,实验用数字调制与解调电路模块的基本分区：,四、实验内容与步骤,M序列与相/绝码变换电路,数字 信号源 电路,数字调制电路,载波同步电路,数字解调电路,实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：,四、实验内容与步骤,2ASK调制解调单元模块电路,数字方波信号产生模块,电 源,M序列产生模块,波形变换及幅度调 节模块,调制器,电压 比较,实验用2ASK调制与解调电路的基本模块连接,调制采用的是键控法；解调采用的是非相干解调。,128KHz方波,NRZ信号,8KHz时钟,调制连接,解调连接,S2短接左,S3短接上,2ASK信号,8KHz同步时钟,S4短接上,S6短接上,请参考通信原理课程所学2ASK 调制系统电路组成，根据提供的“数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出用键控方式实现2ASK调制系统的实验电路框图。,四、实验内容与步骤,项目1 ：2ASK信号产生与测量,实验准备,S2=左/S3=上,连接实验电路电源,连接SQ128KHzSQ1-IN,测试数据观察与记录,载波信号测量：记录信号参数与波形。,数字基带信号测量：记录信号参数与波形。（M=7）,2ASK信号测量：记录信号参数与波形。,说明： 什么是振幅键控？,连接SQ8KHzCLK-IN,连接NRZ-OUTNRZ-IN,基本条件：载波频率128KHz；传输速率8KHz。,四、实验内容与步骤,1. 2ASK信号产生与测量,实验准备,S2=左/S3=上,连接实验电路电源,连接SQ128KHzSQ1-IN,连接SQ8KHzCLK-IN,连接NRZ-OUTNRZ-IN,测试数据观察与记录：,载波信号测量：记录信号参数与波形。,2ASK信号测量：记录信号波形。,说明：什么是振幅键控？,数字基带信号测量：记录信号参数与波形。 （M=7）,适当调节电位器W1，使信号幅度为22.5Vp-p。,示波器CH1,示波器CH1,示波器CH2,四、实验内容与步骤,2. 2ASK信号频谱（功率谱）测量,实验准备： 保持前步骤电路的连接状态不变。,测试数据观察与记录：,示波器CH1,示波器CH2,基带信号频谱测量：记录信号频谱。,根据实验测量数据， 说明实验用2ASK系统的带宽为多少？,2ASK信号频谱测量：记录信号频谱。,四、实验内容与步骤,项目2：2ASK调制信号的解调测量,请参考通信原理课程所学的对2ASK 调制信号采用非相干解调的系统电路组成，根据 “数字调制解调与载波同步模块”，自己构建并画出实现2ASK非相干解调系统的实验电路框图。,测试数据观察与记录,ASK整流信号测量：记录信号参数与波形。,低通滤波信号测量：记录信号参数与波形。,电压比较器输出信号测量：记录信号参数与波形。,抽样判决器输出信号测量：记录信号参数与波形。,实验准备,S4=上/S6=上,连接MOD-OUT2ASK-IN,连接SQ8KHzBS-IN,保持前步骤电路的连接状态不变。,四、实验内容与步骤,3. 2ASK调制信号的解调测量,实验准备,S4=上/S6=上,连