15－PAGE6實驗十五振幅鍵控、移頻鍵控調制實驗一、實驗目的掌握絕對碼、相對碼的概念以及它們之間的變換關系和變換方法。掌握用鍵控法產生2ASK、2FSK信號的方法。掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關系。掌握2ASK、2FSK信號的頻譜特性。二、實驗內容觀察絕對碼、相對碼波形。觀察2ASK、2FSK信號波形。觀察2ASK、2FSK信號頻譜。三、實驗器材信號源模塊數字調制模塊頻譜分析模塊20M雙蹤示波器 一臺頻率計（選用） 一臺四、實驗原理調制信號為二進制序列時的數字頻帶調制稱為二進制數值調制。由于被調載波有幅度、頻率、相位三個獨立的可控參量，當用二進制信號分別調制這三種參量時，就形成了二進制振幅鍵控(2ASK)、二進制移頻鍵控（2FSK）、二進制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數字頻帶調制信號，而每種調制信號的受控參量只有兩種離散變換狀態。2ASK調制原理。在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號而變化的。將載波在二進制基帶信號1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有無來代表信號中的“1”或者是“0”，這樣就可以得到2ASK信號，這種二進制振幅鍵控方式稱為通—斷鍵控（OOK）。2ASK信號典型的時域波形如圖15-1所示，其時域數學表達式為： （15－1）式中，A為未調載波幅度，為載波角頻率，為符合下列關系的二進制序列的第n個碼元： （15－2）綜合式15－1和式15－2，令A＝1，則2ASK信號的一般時域表達式為： （15－3）式中，Ts為碼元間隔，為持續時間[－Ts/2，Ts/2]內任意波形形狀的脈沖（分析時一般設為歸一化矩形脈沖），而就是代表二進制信息的隨機單極性脈沖序列。圖15-12ASK信號的典型時域波形為了更深入掌握2ASK信號的性質，除時域分析外，還應進行頻域分析。由于二進制序列一般為隨機序列，其頻域分析的對象應為信號功率譜密度。設為歸一化矩形脈沖，若的傅氏變換為，則為二進制隨機單極性矩形脈沖序列，且任意碼元為0的概率為P，則的功率譜密度表達式為： （15－4）式中，；Hz，并與二進制序列的碼元速率Rs在數值上相等。可以看出，單極性矩形脈沖隨機序列含有直流分量。2ASK信號的雙邊功率譜密度表達式為： （15－5）式（15－5）表明，2ASK信號的功率譜密度由兩個部分組成：（1）由經線性幅度調制所形成的雙邊帶連續譜；（2）由被調載波分量確定的載頻離散譜。圖15-2為2ASK信號的單邊功率譜示意圖。圖15-22ASK信號的單邊功率譜密度示意圖對信號進行頻域分析的主要目的之一就是確定信號的帶寬。在不同應用場合，信號帶寬有多種度量定義，但最常用和最簡單的帶寬定義是以功率譜主瓣寬度為度量的“譜零點帶寬”，這種帶寬定義特別適用于功率譜主瓣包含信號大部分功率的信號。顯然，2ASK信號的譜零點帶寬為（Hz） （15－6）式中，Rs為二進制序列的碼元速率，它與二進制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在數值上相等。圖15-32ASK調制原理框圖圖15-42ASK調制電路原理圖2ASK信號的產生方法比較簡單。首先，因2ASK信號的特征是對載波的“通－斷鍵控”，用一個模擬開關作為調制載波的輸出通/斷控制門，由二進制序列控制門的通斷，＝1時開關導通；＝0時開關截止，這種調制方式稱為通－斷鍵控法。其次，2ASK信號可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實現2ASK調制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。在這里，我們采用的是通－斷鍵控法，2ASK調制的基帶信號和載波信號分別從“ASK基帶輸入”和“ASK載波輸入”輸入，其原理框圖和電路原理圖分別如圖15-3、圖15-4所示。2FSK調制原理。2FSK信號是用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態的，被調載波的頻率隨二進制序列0、1狀態而變化，即載頻為時代表傳0，載頻為時代表傳1。顯然，2FSK信號完全可以看成兩個分別以和為載頻、以和為被傳二進制序列的兩種2ASK信號的合成。2FSK信號的典型時域波形如圖15-5所示，其一般時域數學表達式為 （15－7）式中，，，是的反碼，即圖15-52FSK信號的典型時域波形因為2FSK屬于頻率調制，通常可定義其移頻鍵控指數為 （15－8）顯然，h與模擬調頻信號的調頻指數的性質是一樣的，其大小對已調波帶寬有很大影響。2FSK信號與2ASK信號的相似之處是含有載頻離散譜分量，也就是說，二者均可以采用非相干方式進行解調。可以看出，當h<1時，2FSK信號的功率譜與2ASK的極為相似，呈單峰狀；當h>>1時，2FSK信號功率譜呈雙峰狀，此時的信號帶寬近似為（Hz） （15－9）2FSK信號的產生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調頻法。由于頻率選擇法產生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態轉換（或）時刻，2FSK信號的相位通常是不連續的，這會不利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調頻法是在一個直接調頻器中產生2FSK信號，這時的已調信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終時連續的，這將有利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內。在這里，我們采用的是頻率選擇法，其調制原理框圖如圖15-6所示：圖15-62FSK調制原理框圖由圖可知，從“FSK基帶輸入”輸入的基帶信號分成兩路，1路經U404（LM339）反相后接至U405B（4066）的控制端，另1路直接接至U405A（4066）的控制端。從“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”輸入的載波信號分別接至U405A和U405B的輸入端。當基帶信號為“1”時，模擬開關U405A打開，U405B關閉，輸出第一路載波；當基帶信號為“0”時，U405A關閉，U405B打開，此時輸出第二路載波，再通過相加器就可以得到2FSK調制信號。五、實驗步驟將信號源模塊、數字調制模塊、頻譜分析模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。插上電源線，打開主機箱右側的交流開關，再分別按下三個模塊中的開關POWER1、POWER2，對應的發光二極管LED001、LED002、D400、D401、L1、L2發光，按一下信號源模塊的復位鍵，三個模塊均開始工作。ASK調制實驗將信號源模塊產生的碼速率為15.625KHz的NRZ碼和64KHz的正弦波（幅度為3V左右）分別送入數字調制模塊的信號輸入點“ASK基帶輸入”和“ASK載波輸入”。以信號輸入點“ASK基帶輸入”的信號為內觸發源，用雙蹤示波器同時觀察點“ASK基帶輸入”和點“ASK調制輸出”的波形，并將這兩點的信號送入頻譜分析模塊進行分析，觀察其頻譜。改變送入的基帶信號和載波信號，重復上述實驗。FSK調制實驗將信號源模塊產生的碼速率為15.625KHz的NRZ碼和32KHz正弦波（幅度為3V左右）、64KHz的正弦波（幅度為3V左右）分別送入數字調制模塊的信號輸入點“FSK基帶輸入”、“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”。以信號輸入點“FSK基帶輸入”的信號為內觸發源，用雙蹤示波器同時觀察點“FSK基帶輸入”和點“FSK調制輸出”的波形，并將這兩點的信號送入頻譜分析模塊進行分析，觀察其頻譜。改變送入的基帶信號和載波信號，重復上述實驗。六、輸入、輸出點參考說明信號輸入點參考說明ASK基帶輸入：ASK基帶信號輸入點。ASK載波輸入：ASK載波信號輸入點。FSK基帶輸入： FSK基帶信號輸入點。FSK載波輸入1：FSK第一路載波信號輸入點。FSK載波輸入2：FSK第二路載波信號輸入點。PSK基帶輸入： PSK基帶信號輸入點。PSK載波輸入： PSK載波信號輸入點PSK-BS輸入： PSK差分編碼時鐘輸入點。信號輸出點參考說明ASK調制輸出：ASK調制信號輸出點。FSK調制輸出： FSK調制信號輸出點。PSK調制輸出： PSK調制信號輸出點。差分編碼輸出