1、 實驗六 二相BPSK、DPSK調(diào)制解調(diào)實驗實 驗 內(nèi) 容1.二相BPSK調(diào)制解調(diào)實驗2.二相DPSK調(diào)制解調(diào)實驗3.PSK解調(diào)載波提取實驗實驗?zāi)康?1.掌握二相BPSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)的工作原理及電路組成。 2.了解載頻信號的產(chǎn)生方法。 3.掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法。一、二相BPSK、DPSK調(diào)制實驗（一）、重點概念回顧關(guān)于調(diào)制的概念，所謂調(diào)制，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也成為載波調(diào)制）在無線通信中和其他場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程，使載波的某一個或某幾個參數(shù)按照調(diào)制信號的規(guī)

2、律而變化。調(diào)制信號是指來自信息源的消息信號（基帶信號）這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調(diào)制的周期性振蕩信號稱為載波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波調(diào)制后稱為 已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征。解調(diào)（也稱檢波）則是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。調(diào)制方式有很多，主要分兩大類：連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制包括三類有：線性調(diào)制，非線性調(diào)制，數(shù)字調(diào)制。1、線性調(diào)制里有：AM常規(guī)雙邊帶調(diào)制、DSB雙邊帶調(diào)制、SSB單邊帶調(diào)制、VSB殘留邊帶調(diào)制。2、非線性調(diào)制里有：FM頻率調(diào)制、PM相位調(diào)制兩種 3、數(shù)字調(diào)制里有：ASK振幅鍵控、FSK頻

3、率鍵控和PSK、DPSK、QPSK相移鍵控。脈沖調(diào)制方式里有兩大類：脈沖模擬調(diào)制和脈沖數(shù)字調(diào)制、1、脈沖模擬調(diào)制有三種：PAM脈沖幅度調(diào)制、PDM（PWM）脈沖寬度調(diào)制和PPM脈位調(diào)制2、脈沖數(shù)字調(diào)制有四種：PCM脈碼調(diào)制、增量調(diào)制、DPCM差分脈碼調(diào)制和ADOCM其它話音編碼方式。本節(jié)課程主要講的是數(shù)字調(diào)制里的相移鍵控調(diào)制PSK DPSK方式。首先幾個名詞介紹：1、絕對移相調(diào)制(BPSK)：二相絕對移相調(diào)制（PSK或BPSK）：是采用直接調(diào)相法來實現(xiàn)的，就是用基帶信號直接控制載波相位的變化來實現(xiàn)相位調(diào)制的。絕對碼調(diào)制時，只要基帶信號碼元的電平0、1發(fā)生變化，被調(diào)制的信號載波相位就發(fā)生變化，連

4、續(xù)的0或1碼載波相位保持不變。通常用初始相位0和p分別表示二進(jìn)制的“0”和“1”（見：圖3-4 BPSK調(diào)制波形）2、絕對碼：是以基帶信號碼元的電平值直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“0”。3、相對移相調(diào)制（DPSK）：它是采用碼型變換法加上絕對調(diào)相來實現(xiàn)的，即把數(shù)據(jù)信息源（如偽隨機(jī)碼序列、增量調(diào)制編碼器輸出的數(shù)字信號或脈沖編碼調(diào)制PCM編碼器輸出的數(shù)字信號）作為絕對碼序列an，通過差分編碼器變成相對碼序列bn，然后再把相對碼序列bn，進(jìn)行絕對移相鍵控，此時該調(diào)制的輸出就是DPSK已調(diào)信號。4、相對碼（差分碼）：是用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息

5、的，如規(guī)定：相對碼中相位有跳變表示1，無跳變表示0，或說：有1就跳變，0時不跳變。參看圖3-4：具體調(diào)制過程是：當(dāng)基帶信號碼元中是1時，相對碼載波信號的相位就有一次跳變，從0相載波信號變?yōu)閜相載波信號，或由p相載波信號變?yōu)?相載波信號；當(dāng)基帶信號碼元中是0時，載波信號的相位不跳變，原來是0相載波信號仍然是0相載波信號，原是p相載波信號仍為p相載波信號在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于相對移相鍵控調(diào)制具有抗干擾噪聲能力強(qiáng)，在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如：ASK移幅鍵控、FSK移頻健控）更低的誤碼率，因而二相相對移相（DPSK）方式這種調(diào)制方式方式廣泛應(yīng)用在實際通信系統(tǒng)中。圖3-1是二相PS

6、K（DPSK）調(diào)制器電路框圖 圖3-2是它的電原理圖。下面對圖3-2中的電路作分析。1.載波倒相器 模擬信號的倒相通常采用運(yùn)放作倒相器，電路由U304等組成，來自1.024MHz載波信號輸入到U304的反相輸入端2腳，在輸出端即可得到一個反相的載波信號，即p相載波信號。為了使0相載波與p相載波的幅度相等，在電路中加了電位器W302。（按鍵SW301，用來將D觸發(fā)器Q端輸出置“1”。）2.模擬開關(guān)相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關(guān)電路實現(xiàn)的。0相載波與p相載波分別加到模擬開關(guān)1：U302：A的輸入端（1腳）、模擬開關(guān)2：U302：B的輸入端（11腳），在數(shù)字基帶信號的信碼中（攜帶信息的信號），它

7、的正極性加到模擬開圖31 PSK調(diào)制及測量點分布原理框圖（二）、實驗電路工作原理圖32 PSK調(diào)制電路電原理圖關(guān)1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開關(guān)2的輸入控制端（12腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當(dāng)信碼為“1”碼時，模擬開關(guān)1的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān)1導(dǎo)通，輸出0相載波，而模擬開關(guān)2的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)2截止。反之，當(dāng)信碼為“0”碼時，模擬開關(guān)1的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)1截止。而模擬開關(guān)2的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān)2導(dǎo)通。輸出p相載波，圖3-3 模擬開關(guān)相乘器工作波形圖3-3 模擬開關(guān)相乘器工作波形兩個模擬開關(guān)的輸出通過載波輸出開關(guān)K303合路疊

8、加后輸出為二相PSK調(diào)制信號，如圖3-3所示。（三）、二相PSK調(diào)制、二相DPSK調(diào)制的碼元變換與實現(xiàn)電路1、二相BPSK調(diào)制（絕對碼編碼規(guī)律）把基帶數(shù)字信息序列碼變換成絕對碼的規(guī)律，其實是用基帶碼去直接調(diào)制載波信息的相位，在這里，是用32 KHZ為隨機(jī)碼去調(diào)制1.024 MHZ的載波相位。在調(diào)制過程中，當(dāng)信息序列輸入電路的是0碼時，對載波的相位不起作用，輸出的還是這段載波信號，如圖34,TP304信息序列出現(xiàn)了兩個0碼時，TP307輸出的是兩個0相位的載波信號(兩個連續(xù)周期的正玄波)；當(dāng)信息序列出現(xiàn)1碼時，載波信號的相位就要改變一次。如圖34,TP304中，信息序列出現(xiàn)第一個1碼時，TP30

9、7輸出的載波信號相位發(fā)生了一次改變，由0載波信號成了p相載波信號，波形成了反了相位的載波信號；基帶信息序列后面的兩個連續(xù)的1，維持p相載波信號不變(三個周期p相正玄波)；再看信息序列又出現(xiàn)了兩個0碼，由于0碼不改變載波信號的相位，所以這時輸出的載波相位不發(fā)生改變，繼續(xù)傳輸原來的0相載波信號，（實際上是改變了一次相位，從p相載波信號變成了0載波信號）；繼續(xù)往下看，TP304信息序列再次出現(xiàn)了一個1碼，由上可知輸出的載波信號相位再次發(fā)生改變0載波信號成了p相載波信號。如圖所示，這樣的編碼規(guī)律使得輸出的載波信號的相位發(fā)生了三次改變，這就是絕對碼的編碼規(guī)律，也叫二相BPSK調(diào)制。2、相對碼（差分碼）的

10、變換相對碼（差分碼）的變換是用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息的。規(guī)定相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。根據(jù)這一規(guī)律進(jìn)行分析：在圖34中,假設(shè)當(dāng)前輸入電路的基準(zhǔn)載波相位是0相位，這時輸入基帶信息序列輸入電路的是兩個0碼時，（TP304，的兩個0碼）由編碼規(guī)律，無跳變表示0可知，這兩0碼前的載波相位是0相，沒有跳變，所以TP307輸出的仍是兩個0相位的載波信號不變；當(dāng)基帶信息序列出現(xiàn)第一個1碼時，根據(jù)，有跳變表示1可知，載波信號的相位要發(fā)生一次跳變。如圖34中，TP307輸出的載波信號相位發(fā)生了一次改變，由0相位變成了p相載波信號；當(dāng)信息序列出現(xiàn)第二個1碼時使輸出的載波

11、相位又一次跳變，由p相載波信號跳變成了0相位載波信號；當(dāng)基帶信息序列輸入電路的第三個1碼時，再一次改變了輸入電路的載波相位，0相跳邊成了p相載波信號（三個連1碼改變了三次載波的相位）；再看基帶信息序列又出現(xiàn)了兩個連0碼，由于0碼不跳變的規(guī)律，所以不改變載波信號的相位，繼續(xù)傳輸前面的p相載波信號；往下，當(dāng)TP304信息序列再次出現(xiàn)了一個1碼，輸出的載波信號相位要又一次發(fā)生跳變，p相載波信號跳變成了0相位；如圖所示，這就是相對碼的編碼規(guī)律，也叫二相DPSK調(diào)制。3、二相DPSK調(diào)制電路的實現(xiàn)。圖3-4 PSK、DPSK編碼波形 圖3-5（a） 差分編碼器電路 圖3-5（b） 工作波形圖3-5（a）

12、是相位編碼（差分編碼）器電路，由一個模二加法器（異或門電路）和一個延時器構(gòu)成（延時一個碼元寬度Tb）來實現(xiàn)基帶碼與相對碼之間的互相轉(zhuǎn)換。 異或門電路的邏輯關(guān)系是 Y = A Å B 0 0 0 1 0 1 1 1 0這個電路如何實現(xiàn)相對碼編碼的規(guī)律的。圖3-5（a）中輸入的基帶信息碼an=: 1 1 1 0 0 10，輸出的是bn,，bn延時一個碼元后是bN-1 , bn= anÅ bn1 an 1 1 1 0 0 1 0 加法器 Å Å Å Å Å Å Å bn1 0 1 0 1 1 1 0 bn 1

13、0 1 1 1 0 0設(shè)電路初始狀態(tài)延遲碼bn10當(dāng)an基帶信息第一個1碼與bn1的0碼模加后，bn得到第一個1碼當(dāng)bn經(jīng)一個碼元的延時后bn1成1，與an基帶信息序列第二個碼1模加，輸出bn得到第一個0碼經(jīng)一個碼元的延時后bn1成0，與an基帶信息序列第三個碼1模加，bn得到第二個1碼；經(jīng)一個碼元的延時后bn1成1，與an基帶信息第二個碼0模加，bn得到第三個1碼；經(jīng)一個碼元的延時后bn1成1，與an基帶信息序列第四個碼1模加，bn得到第二個0碼經(jīng)一個碼元的延時后bn1成0，與an基帶信息序列第三個0碼模加，bn得到第三個0碼這就是相對碼（DPSK）經(jīng)過調(diào)制后的碼型：1 0 1 1 1 0

14、0，見圖3-4二、二相BPSK、DPSK解調(diào)實驗二相PSK(DPSK)解調(diào)器的總電路方框圖如圖3-6所示。二相PSK(DPSK)的載波為1.024MHz，要傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號的碼元速率是32Kbit/s。從圖3-6可見，該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復(fù)電路與信碼再生整形電路。載波恢復(fù)和位定時提取，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。載波恢復(fù)的具體實現(xiàn)方案是和發(fā)送端的調(diào)制方式有關(guān)的，以相位鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(Constas環(huán))、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來由于數(shù)字電路技術(shù)和集成電路的迅速發(fā)展，又出現(xiàn)了基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)，并且已在實際應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的

15、使用。但是，為了加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)及對基本理論的理解，我們從實際出發(fā)，選擇同相正交環(huán)解調(diào)電路作為基本實驗。 1.二相(PSK，DPSK)信號輸入電路 (參看圖37原理圖) 由BG701(3DG6)組成射隨器電路，對發(fā)送端送來的二相(PSK、DPSK)信號進(jìn)行前后級隔離，由U701(LM311)組成模擬信號放大電路，進(jìn)一步對輸入小信號的二相(PSK、DPSK)信號進(jìn)行放大后送至鑒相器1與鑒相器2分別進(jìn)行鑒相。圖3-6 解調(diào)器總方框圖 2.同相正交環(huán)鎖相環(huán)提取載波電路 在這種環(huán)路里，誤差信號是由兩個鑒相器提供的。VCO壓控振蕩器給出兩路互相正交的載波信號分別送至兩鑒相器，輸入的二相(PSK，D

16、PSK)信號經(jīng)過兩個鑒相器分別鑒相后，由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，分別送入兩判決器進(jìn)行判決后得到基帶信號Ud1與Ud2，其中Ud1中包含著碼元信息，但無法對VCO壓控振蕩器進(jìn)行控制。只有將Ud1、Ud2經(jīng)過基帶模擬相乘器相乘后，就可以去掉碼元信息，得到反映VCO輸出信號與輸入載波間的相位差的誤差控制電壓，從而實現(xiàn)了對VCO壓控振蕩器的控制。它們的實際電路見圖3-7所示。包括鑒相器1鑒相器2低通濾波器1低通濾波器2比較判決器1比較判決器2相乘器環(huán)路濾波器VCO壓控振蕩器數(shù)字分頻移相器等電路組成。具體工作過程如下：由U701(LM311)模擬運(yùn)放放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端

17、，鑒相器1與鑒相器2的控制信號輸入端的控制信號分別為0相載波信號與/2相載波信號。這樣經(jīng)過兩鑒相器輸出的鑒相信號再通過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調(diào)出數(shù)字基帶信碼，由U706A與U707A構(gòu)成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號中的數(shù)字信息。得到反映恢復(fù)載波與輸入載波相位之差的誤差電壓Ud, Ud經(jīng)過環(huán)路低通濾波器R718、R719、C706濾波后，輸出了一個平滑的誤差控制電壓，去控制VCO壓控振蕩器74S124。它的中心振蕩輸出頻率范圍從1Hz到60MHz，工作環(huán)境溫度在070，當(dāng)電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V時，74S124的輸出頻率表達(dá)式

18、為：f0 = 5×10-4/Cext，在實驗電路中，調(diào)節(jié)精密電位器W701(100K)的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124的2腳)與范圍控制輸入電壓(74LS124的3腳)基本相等，此時，當(dāng)電源電壓為+5V時，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再變改電容CA701(80Pf110Pf),使74S124的7腳輸出為4.096MHz方波信號。74S124的6腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振蕩器工作；當(dāng)74S124的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離4.096MHz時，此時一方面可改變CA701中的電容值，另一方面也可調(diào)節(jié)W701和W702，用頻率計監(jiān)視測量點TP70

19、4上的頻率值，使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出4.096MHz的載波信號。該4.096MHz的載波信號經(jīng)過分頻(÷4)電路：U709與U710(74LS74)兩次分頻變成1.024MHz載波信號，并完成/2相移相。由U710B的9腳輸出/2相去鑒相器2的控制信號輸入端U302D(4066)的6腳，由U710A的5腳輸出0相載波信號去鑒相器1的控制信號輸入端U302C(4066)的5腳。這樣就完成了載波恢復(fù)的功能。圖3-8是該解調(diào)環(huán)各輸出測量點波形，從圖中可看出該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點是： 該解調(diào)環(huán)在載波恢復(fù)的同時，即可解調(diào)出數(shù)字信息。 該解調(diào)環(huán)電路結(jié)構(gòu)簡單，整個載波恢復(fù)環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實現(xiàn)。但

20、該解調(diào)環(huán)路的缺點是：存在相位模糊。當(dāng)解調(diào)出的數(shù)字信息與發(fā)端的數(shù)字信息相位反相時，即相干信號相位和載波相位反相，則按一下按鍵開關(guān)SW701，迫使它的置“1”端送入高電平，使電路Q端輸出為“1”，迫使相干信號的相位與載波信號相位同頻同相，以消除相位誤差。然而，在實際應(yīng)用中，一般不用絕對移相，而用相對移相，采用相位比較法克服相位模糊。（三）、實驗內(nèi)容 1.二相BPSK解調(diào)實驗用內(nèi)載波發(fā)生器產(chǎn)生信號作輸入載波信號來觀測TP301TP307各點的波形2.二相DPSK解調(diào)實驗加入差分編碼電路來傳輸二相DPS信號，即將開關(guān)K302 2-3，其它開關(guān)設(shè)置不變，重做上述內(nèi)容。3. 二相DPSK解調(diào)實驗4、PSK

21、解調(diào)載波提取實驗詳細(xì)內(nèi)容如下：將實驗中二相PSK（DPSK）調(diào)整好后，再將本實驗電路調(diào)到最佳狀態(tài)，逐一測量TP701-TP704各點的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度間的關(guān)系。（四）、實驗步驟及所用所用設(shè)備：示波器一臺 實驗箱 一臺 1.按下按鍵開關(guān)：K01、K02、K700。 2.跳線開關(guān)設(shè)置： K30123、K30212 K302 2-3或K302 56 或K302 6-7 3031-2 3-4、 K30423、K7012-3。 3.跳線開關(guān)設(shè)置功能如下： K3011-2：輸入CVSD（M）編碼的數(shù)字輸出信號 K3012-3：32KB/s偽隨機(jī)碼，碼型為11110001001101

22、0。 K3021-2：偽隨機(jī)碼，速率為32KHz的絕對碼。 K3022-3：偽隨機(jī)碼，速率為32KHz的相對碼。 K3025-6：128KHz方波，碼序列為1010碼。K3026-7：64KHz方波， 碼序列為1010碼。K303 ：合路疊加開關(guān)。 K3042-3：1.024MHz方波，作為載波輸入。K3041-2：斷開。 K7012-3：輸入PSK調(diào)制信號。K7011-2：斷開。 4.做二相BPSK實驗時，必須把開關(guān)K302的1腳與2腳相連接。 做二相DPSK實驗時，必須把開關(guān)K302的2腳與3腳相連接。 5PSK解調(diào)時： (1)首先要使PSK調(diào)制電路正常工作。 (2)在CA701上插上電容

23、，使振蕩器工作頻率為4.096MHz，電容在80Pf120Pf之間。（五）、測量點說明 TP301：輸入載波信號，K304的2與3相連，頻率為1.024MHz方波信號。當(dāng)波形不好時，可調(diào)節(jié)電位器W301。 TP302：波形同TP301反相，波形不好時，可調(diào)節(jié)電位器W302。 TP303：32KHz調(diào)制工作時鐘信號。 TP304：數(shù)字基帶信號偽隨機(jī)碼輸出波形，碼型有： (1)K3021-2：偽隨機(jī)碼，碼元序列為111100010011010，速率為32KHz的絕對碼。 (2)K3022-3：偽隨機(jī)碼，碼元序列為111100010011010，速率為32KHz的 相對碼。 (3)K3025-6：128KHz方波，碼元序列為1010碼。(4)K3026-7：64KHz方波， 碼元序列為1010碼。 TP305：PSK的0相載波輸出，當(dāng)K303都斷開時。 TP306：PSK的相載波輸出，當(dāng)K303都斷開時。 TP307：PSK調(diào)制信號輸出波形，當(dāng)K303都相