数字调制与解调实验报告.doc

计算机与信息工程学院实验报告专业：通信工程 年级/班级： 20 级 20152016学年第二学期课程名称通信原理课程设计指导教师本组成员学号姓名实验地点实验时间项目名称数字调制与解调实验类型验证性一、实验目的1. 掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。2. 掌握用键控法产生2FSK信号的方法。3. 掌握2FSK过零检测解调原理。4. 了解2FSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。二、实验仪器或设备1. 通信原理教学实验系统 TX-6（武汉华科胜达电子有限公司 2011.10）2. LDS20410示波器（江苏绿扬电子仪器集团有限公司 2011.4.1）三、总体设计3.1 数字调制3.1.1 实验内容：1、 用示波器观察绝对码波形、相对码波形。2、 用示波器观察2FSK信号波形。3、 用频谱仪观察数字基带信号频谱及2FSK信号的频谱。3.1.2 基本原理：本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2FSK信号。调制模块内部只用+5V电压。数字调制单元的原理方框图如图1-1所示。图1-1 数字调制方框图 本单元有以下测试点及输入输出点： CAR2DPSK信号载波测试点 BK相对码测试点 2FSK2FSK信号测试点/输出点，VP-P0.5V用1-1中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对应关系如下： 2（A）U8：双D触发器74LS74 2（B）U9：双D触发器74LS74 滤波器AV6：三极管9013，调谐回路 滤波器BV1：三极管9013，调谐回路 码变换U18：双D触发器74LS74；U19：异或门74LS86 2FSK调制U22：三路二选一模拟开关4053 放大器V5：三极管9013 射随器V3：三极管90132FSK信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/2和1/4，通过分频和滤波得到。 2FSK信号（相位不连续2FSK）可看成是AK与调制不同载频信号形成的两个2ASK信号相加。时域表达式为式中m(t)为NRZ码。 2FSK信号功率谱 设码元宽度为TS，fS =1TS在数值上等于码速率， 2FSK的功率谱密度如图所示。多进制的MFSK信号的功率谱与二进制信号功率谱类似。 本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2FSK也具有离散谱。3.2 数字解调3.2.1 实验内容1、 用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。3.2.2 基本原理2FSK信号的解调方法有：包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。数字解调方框图 2FSK过零检测解调 本实验采用采用过零检测法解调2FSK信号。2FSK模块内部使用+5V电压。图为解调器的原理方框图。 2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点： FD2FSK过零检测输出信号测试点 LPF低通滤波器输出点/测试点 CM整形输出输出点/测试点 BS-IN位同步信号输入点 AK-OUT解调输出信号的输出点/测试点（3个） 2FSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件对应关系如下： 整形1U34:A：反相器74HC04 单稳1、单稳2U35：单稳态触发器74123 相加器U36：或门7432 低通滤波器U37：运算放大器LM318；若干电阻、电容 整形2U34:B：反相器74HC04 抽样器U38:A：双D触发器7474 在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。 2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下： 图3-4为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。 整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。图3-4 2FSK过零检测解调器各点波形示意图 单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（应基本相等）。 R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。U34对抽样判决输出信号进行整形。四、实验步骤4.1 数字调制本实验使用数字信源单元及数字调制单元。 1、熟悉数字调制单元的工作原理。接通电源，打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方N（NRZ）端。 2、用数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1接信源单元的(NRZ-OUT)AK（即调制器的输入），CH2接数字调制单元的BK，信源单元的K1、K2、K3置于任意状态（非全0），观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。 4、示波器CH1接AK、CH2接2FSK；观察信号与AK的关系（注意“1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）。 5、用频谱议观察2FSK信号频谱（条件不具备时不进行此项观察）。4.2 数字解调本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2FSK解调单元，它们之间的信号连结方式如图4-5所示,其中实线是指已在电路板上布好的,虚线是实验中要手工连接的。实际通信系统中，解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。在做2FSK解调实验时送到2FSK解调单元。图4-5 数字解调实验连接图 1. 复习前面实验的内容并熟悉2FSK解调单元的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。 2. 检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态。 FSK解调实验将数字调制单元单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。将数字信源单元的BS-OUT用信号连线换接到2FSK解调单元的BS-IN点,示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2FSK过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形应接近图3-4所示的理论波形。五、结果分析与总结5.1 数字调制组一 K1、K2、K3状态AK、BK波形组二 K1、K2、K3状态AK、BK波形组三 K1、K2、K3状态AK、BK波形1、 设绝对码为全1、全0或1001 1010，求相对码。设相对码为全1、全0或1001 1010，求绝对码。答： 2、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。答： 绝对码至相对码的变换规律:“1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生变化，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。此为信号差分码。（参考码任意取，所以最终由两种相反的结果。） 相对码至绝对码的变换规律:相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。（同样，参考码任意取，所以最终由两种相反的