2.數(shù)字調(diào)制-通信原理實驗報告

1、河南師范大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院驗證性實驗報告專業(yè)：通信工程年級/ 班級： 2011級 20132014 學(xué)年第二學(xué)期課程名稱通信原理指導(dǎo)教師楊育捷本組成員學(xué)號姓名實驗地點計科樓 501 實驗時間周二 5-6 節(jié)項目名稱數(shù)字調(diào)制實驗類型驗證性一、實驗?zāi)康?1、掌握絕對碼 (ak)、相對碼 (bk)的概念以及它們之間的關(guān)系。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ask 、2fsk 、2dpsk 信號的方法。 3、 掌握 bk與 2psk信號波形之間的關(guān)系、 ak與 2dpsk 信號波形之間的關(guān)系。4、了解 2ask 、2fsk 、2dpsk 信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。二、實驗

2、原理及方法數(shù)字調(diào)制分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制，二進制調(diào)制是多進制調(diào)制的基礎(chǔ)。在hust tx系列實驗設(shè)備中只包含二進制數(shù)字調(diào)制，多進制調(diào)制實驗由仿真軟件實現(xiàn)，需要仿真軟件的讀者可以向作者索取，當然也可以使用有關(guān)商業(yè)軟件或自己開發(fā)。本實驗使用數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供數(shù)字基帶信號和位定時信號。調(diào)制模塊將輸入的絕對碼ak （nrz碼）變?yōu)橄鄬Υabk 、用鍵控法產(chǎn)生2ask 、2fsk 、2dpsk 信號。調(diào)制模塊內(nèi)部使用+5v電源。數(shù)字調(diào)制模塊的原理方框圖如圖2.1 所示，電原理圖如圖2.2 所示。圖中clk-in 接信源模塊晶振的輸出信號clk ，nrz-in(ak) 接

3、信源模塊的輸出信號nrz-out （ak ） ，bs-in 接信源模塊的輸出位定時信號bs-out ，它們已在印刷電路板上連通。放大器2 (a) 濾波器(a) 2psk調(diào)制器射隨器car 2 (b) 濾波器(b) 2fsk調(diào)制器2ask調(diào)制器碼變換器bk 2ask 2fsk nrz-in(ak) bs-in 2dpsk clk-in 圖 2.1 數(shù)字調(diào)制方框圖數(shù)字調(diào)制模塊上有以下信號測試點： car 2dpsk 和 2ask的載波信號測試點河南師范大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院 bk 相對碼測試點 2dpsk 2dpsk 信號測試點，vp-p0.5v 2fsk 2fsk信號測試點， vp-p0.5v

4、 2ask 2ask信號測試點， vp-p0.5v l233uhr7100r1100l133uhvccvccclk11d12sd10cd13q9q8u9b74hc74vccc21.1uc10.1uc21000pc7200p89u20d74ls04clk11d12sd10cd13q9q8u18b74ls74vccclk3d2sd4cd1q5u18a74ls74x013x74inh6a11b10c9x3vee7u2174hc4051r4710kr464.7kv59013r451.5kr444.7kr43300vccv29013c16.1uc15.1uv49013vccr40300r3910kr38

5、4.7kvccv19013c8.1ur254.7kr2410kr23100vccr225k1011u20e74ls04c5.1uc4.1ur11510c3.1ur10100r9100r85kvccr2100r610kr54.7kc78.1uv69013y02y11z05z13inh6a11b10c9vee7y15z4u224053c19.1ur49510c20.1uv79013vccr51300r524.7kr531.5k123u19a74ls86r41.5kr34.7kr22200vccv39013c31.1unrz-in(ak)clk-in2fsk2askbk2dpskcarbs-in圖

6、2.2 數(shù)字調(diào)制模塊電原理圖圖 2.1 中各單元與圖2.2 中元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：2（a）u18b：雙 d觸發(fā)器 74ls74 2（b）u9b ：雙 d觸發(fā)器 74hc74 濾波器 a v1：三極管 9013，電感 l1，電容 c7 濾波器 b v6：三極管 9013，電感 l2，電容 c2 碼變換器u18a：雙 d觸發(fā)器 74ls74；u19a：異或門74ls86 2ask 調(diào)制器u22：三路二選一模擬開關(guān)4053 2fsk 調(diào)制器u22：三路二選一模擬開關(guān)4053 2psk 調(diào)制器u21：八選一模擬開關(guān)4051 放大器v5：三極管 9013 射隨器v3：三極管 9013 河南師范大學(xué)計算

7、機與信息工程學(xué)院數(shù)字調(diào)制模塊將數(shù)字信源模塊晶振的輸出信號clk進行 2 分頻、濾波后，得到2ask和2dpsk 的載波信號，頻率為2. 2165mhz 。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個頻率相等、相位相反的信號，這兩個信號分別被bk的“ 0”碼和“ 1”碼選通。 2fsk信號有兩個載波信號，一個是 2ask信號的載波，另一個是將clk信號進行 4 分頻、濾波得到的。 2psk、2dpsk 信號波形與信息代碼的關(guān)系如圖2.3 所示。圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的 1.5 倍。 2psk信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時，2psk信號相位變化180 ；相同時， 2psk信號相位不變，可簡稱

8、為異變同不變。2dpsk 信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時， 2dpsk信號的相位變化180 ；碼元為“ 0”時， 2dpsk 信號的相位不變，可簡稱為“1”變“ 0”不變。圖 2.3 2psk 、2dpsk信號波形示意圖應(yīng)該說明的是， 此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號的初相與上一碼元內(nèi)信號的末相進行比較，而不是將相鄰碼元信號的初相進行比較。實際工程中，2psk 和 2dpsk信號的載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。本數(shù)字調(diào)制模塊用碼變換2psk調(diào)制方法產(chǎn)生2dpsk信號，原理方框圖及波形圖如圖2.4 所示。相

9、對于絕對碼ak ，2psk調(diào)制器的輸出就是2dpsk信號；相對于相對碼bk 、2psk調(diào)制器的輸出是2psk信號。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號的相位與ak的關(guān)系是“1”變“ 0”不變，與bk的關(guān)系是異變同不變，由ak到 bk的變換也符合“1”變“ 0”不變規(guī)律。圖 2.4 中已調(diào)制信號波形也可能具有相反的相位，bk也可能具有相反的序列即00100，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。+ 2psk調(diào)制器2dpsk(ak) 2psk(bk) tsak bk (a) 方框圖(b) 波形圖圖 2.4 2dpsk 調(diào)制器方框圖及波形圖河南師范大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院2psk解調(diào)器輸出

10、信號存在相位模糊現(xiàn)象，而2dpsk解調(diào)器輸出信號則不存在此現(xiàn)象，故實際通信中一般采用2dpsk 而不用 2psk ，此問題將在數(shù)字解調(diào)實驗中再詳細介紹。2psk信號的時域表達式為s(t)= m(t)cosct （2.1 ）式中 m(t) 為雙極性非歸零碼(bnrz)，當“ 0” 、 “1”等概時m(t) 中無直流分量，s(t) 中無載頻分量， 2dpsk 信號的時域表達式與2psk相同，只是式中的m(t) 為相對碼對應(yīng)的基帶信號。 2ask信號的時域表達式與2psk相同，但m(t) 為單極性非歸零碼(nrz)，nrz中有直流分量，故2ask信號中有載頻分量。相位不連續(xù)2fsk信號可看成是用ak

11、和ak調(diào)制不同載頻信號形成的兩個2ask信號相加，時域表達式為ttmttmtscc21cos)(cos)()(（2.2) 式中 m(t) 為 nrz碼。設(shè)碼元寬度為ts，fs =1ts在數(shù)值上等于碼速率，2ask 、2psk （2dpsk ） 、2fsk的功率譜密度如圖2.5 所示?？梢?， 2ask 、2psk （2dpsk ）的功率譜是數(shù)字基帶信號m(t) 功率譜的線性搬移，故常稱2ask 、2psk （ 2dpsk ）為線性已調(diào)信號。而2fsk的功率譜與m(t) 的功率譜之間不是線性搬移關(guān)系，稱為非線性已調(diào)信號。 在多進制數(shù)字已調(diào)信號中，mask 、 mpsk 、 mdpsk 、及 mqa

12、m 信號是線性已調(diào)信號，mfsk 信號是非線性已調(diào)信號。應(yīng)特別說明的是，在現(xiàn)代通信中， 常將矩形數(shù)字基帶信號進行低通濾波器處理后與載波信號相乘， 從而構(gòu)成二進制或多進制線性已調(diào)信號，低通濾波器的頻率特性為余弦滾降特性或其開平方。為了方便用示波器觀察已調(diào)信號波形，hust tx系列實驗設(shè)備中仍采用矩形信號作為調(diào)制器的基帶信號。另外在本實驗系統(tǒng)中m(t) 是一個周期信號，故m(t) 有離散譜，因而 2ask 、2psk （2dpsk ） 、2fsk也具有離散譜。fc-fsfcfc+fsffc-fsfcfc+fsfffc1-fsfc1fc2fc2+fs(a) 2ask 功率譜(b) 2psk （2d

13、psk ）功率譜(c) 2fsk 功率譜（ fc2-fc12fs）圖 2.5 2ask 、2psk （2dpsk ） 、2fsk信號功率譜河南師范大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院三、實驗內(nèi)容及步驟1、熟悉數(shù)字調(diào)制模塊的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制模塊單刀雙擲開關(guān)k7置于左方 n端，使信源輸出周期性nrz信號（而非m序列信號）作為調(diào)制器的基帶信號。2、將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)， 用數(shù)字信源模塊的fs信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。示波器ch1接信源模塊的 nrz-out(ak) ，ch2接數(shù)字調(diào)制模塊的 bk ，信源模塊的 k1、k2、k3置于任意狀態(tài)（非全0） ，觀察 ak 、

14、bk波形，總結(jié)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。3、示波器 ch1接 2dpsk ，ch2分別接 ak及 bk ，觀察并總結(jié) 2dpsk 信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2dpsk 信號相位變化與相對碼的關(guān)系 （此關(guān)系即是 2psk信號相位變化與信源代碼的關(guān)系） 。觀察時應(yīng)注意：? 若用 20mhz模擬示波器觀察， 可將時基擴展 mag 開關(guān)置于 x10檔，以便更清晰地觀察到多個碼元周期內(nèi)2psk信號或 2dpsk 信號波形。? 若用模擬示波器觀察， 帶衰減探頭的靈敏度應(yīng)置于x10檔，以減小探頭輸入電容對信號波形的影響。? 接已調(diào)信號的示波器探頭(ch1)的地線應(yīng)接在數(shù)字調(diào)制模塊的gnd 點，以免已調(diào)信號相位不連續(xù)處出現(xiàn)較大的毛刺。? 幾種已調(diào)信號幅度遠小于基帶信號的幅度，觀察時要適當調(diào)節(jié)示波器ch1通道的幅度旋鈕，增加此通道的靈敏度。4、示波器 ch2接 ak 、ch1依次接 2fsk和 2ask ；觀察這兩個信號與ak的關(guān)系（ “1”碼與“ 0”碼對應(yīng)的 2fsk信號的幅度可能略有不同） 。5、用頻譜議觀察 ak 、2ask 、2fsk 、2dpsk 信號頻譜（條件不具備時可不進行此項觀察）。四、實驗過程及結(jié)果1、將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)， 用數(shù)字信源模塊的fs信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。示波器ch1