二相BPSD(DPSD)調(diào)制解調(diào)試驗

1、實驗八 二相BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗實驗四 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)載波提取實驗一. 實驗目的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。二. 實驗電路工作原理（一）調(diào)制實驗：在本實驗中，絕對移相鍵控（PSK ）是采用直接調(diào)相法來實現(xiàn)的，也就是用輸入的基帶信號直接控制已輸入載波相位的變化來實現(xiàn)相位鍵控。圖8-1是二相PSK （DPSK ）調(diào)制器電路框圖。圖8-2是它的電原理圖。PSK調(diào)制在數(shù)

2、字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)制方式，它的抗干擾噪聲性能及通頻帶的利用率均優(yōu)先于ASK 移幅鍵控和FSK 移頻鍵控。因此，PSK 技術在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了十分廣泛的應用。下面對圖8-2中的電路作一分析。 1. 載波倒相器模擬信號的倒相通常采用運放作倒相器，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，即相載波信號。為了使0相載波與相載波的幅度相等，在電路中加了電位器W302。 2. 模擬開關相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關電路實現(xiàn)的。 0相載波與相載波分別加到模擬開關1：U302：A 的輸入端（1腳）、模擬開關2：

3、U302：B 的輸入端（11腳），在數(shù)字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模擬開關1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開關2的輸入控制端（12腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關1的輸入控制端為高電平，模擬開關1導通，輸出0相載波，而模擬開關2的輸入控制端為低電平，模擬開關2截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬開關1的輸入控制端為低電平，模擬開關1截止。而模擬開關2的輸入控制端卻為高電平，模擬開關2導通。輸出相載波，兩個模擬開關的輸出通過載波輸出開關K303合路疊加后輸出為二相PSK 調(diào)制信號，如圖8-3所示。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

4、聲能力強，在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如：ASK 、FSK ）更低的誤碼率，因而這種方式廣泛應用在實際通信系統(tǒng)中。相對移相，就是利用載波相位的相對值來傳遞信息，也就是利用前后碼元載波相位的相對變化來傳遞信息，所以也稱為“差分移相”。理論分析和實際試驗證明：在恒參信道下，移相鍵控比振幅鍵控、頻率鍵控，不但具有較高的抗干擾性能，而且可更經(jīng)濟有效地利用頻帶。所以說它是一種比較優(yōu)越的調(diào)制方式，因而在實際中得到了廣泛的應用。37 實驗八 二相BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗39 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a n ，通過差分編碼器

5、變成相對碼序列b n ，然后再用相對碼序列b n ，進行絕對移相鍵控，此時該調(diào)制的輸出就是DPSK 已調(diào)信號。按鍵SW301，用來將D 觸發(fā)器Q 端輸出置“1”。 在絕對相移方式，由于發(fā)端是以兩個可能出現(xiàn)的相位之中的一個相位作基準的。因而在收端也必須有這樣一個相同的基準相位作參考，如果這個參考相位發(fā)生變化（0相變相或相變0相），則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生0變1或1變0，從而造成錯誤的恢復。在實際通信時參考基準相位的隨機跳變是有可能發(fā)生的，而且在通信過程中不易被發(fā)現(xiàn)。如，由于某種突然的騷動，系統(tǒng)中的觸發(fā)器可能發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，鎖相環(huán)路穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā)生轉(zhuǎn)移，等等，出現(xiàn)這種可能時，采用絕對移相就會使接

6、收端恢復的數(shù)據(jù)極性相反。如果這時傳輸?shù)氖墙?jīng)增量調(diào)制的編碼后話音數(shù)字信號，則不影響話音的正?；謴停皇窃谙辔话l(fā)生跳變的瞬間，有噪聲出現(xiàn)，但如果傳輸?shù)氖怯嬎銠C輸出的數(shù)據(jù)信號，將會使恢復的數(shù)據(jù)面目全非，為了克服這種現(xiàn)象，通常在傳輸數(shù)據(jù)信號時采用二相相對移相（DPSK ）方式。DPSK 是利用前后相鄰碼元對應的載波相對相移來表示數(shù)字信息的一種相移鍵控方式。 絕對碼是以寬帶信號碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“0”。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)字信息的，如規(guī)定：相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。圖8-5（a ）是差分編碼器電路，

7、可用模二加法器延時器（延時一個碼元寬度T b 來實現(xiàn)這兩種碼的互相轉(zhuǎn)換。設輸入的相對碼a n 為1110010碼，則經(jīng)過差分編碼器后輸出的相對碼b n 為1011100，即b n = an bn 1。 圖10-5（b ）是它的工作波形圖。40實驗八 二相BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗二相PSK(DPSK解調(diào)器的總電路方框圖如圖8-6所示。二相PSK(DPSK的載波為1.024MHz ，數(shù)字基帶信號的碼元速率有32Kbit/s。從圖8-6可見，該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復電路與信碼再生整形電路。載波恢復和位定時提取，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。載波恢復的具體實現(xiàn)方

8、案是和發(fā)送端的調(diào)制方式有關的，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)，并且已在實際應用領域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學生基礎知識的學習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 信號進行前后級隔離，由U701(LM311組成模擬信號放大電路，進一步對輸入小信號的二相(PSK、DPSK 信號進行放大后送至鑒相器1與鑒相器2

9、分別進行鑒相。41 實驗八 二相 BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗 TP701 TP704 開關1 TP703 低通1 ÷ 4 分 頻 低通2 TP702 判決1 環(huán) 路 濾 波 判決2 1 TP705 K701 PSK調(diào)制信號入 3 1 2 整 形 電 路 開關2 /2 移相 VCO 振 蕩 相 乘 器 PSK解調(diào)輸出 2 至時鐘再生電路 CLK 電路 仿真眼圖發(fā)生器 電子開關 3 K702 CPLD信號發(fā)生器 圖 8-6 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

10、的二相(PSK，DPSK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 8-7 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

11、工作過程如下： 由 U701(LM311模擬運放放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，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

12、范圍從 1Hz 到 60MHz，工作環(huán)境溫度在 070，當電源電壓 工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V 時，74S124 的輸出頻率表達式為： -4 f0 = 5×10 /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 -4 電源電壓為+5V 時， 才符合： 0 = 5×10 /Cext,再變改電容 CA701(80Pf110Pf,使 74S124 f 的 7 腳輸出為 4.096MHz 方波信號。74S124 的 6 腳為使能

13、端，低電平有效，它開啟壓控振 蕩器工作； 當 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 TP704 上的頻率值， 使其準確而穩(wěn)定地輸出 4.096MHz 的載波信號。 42 實驗八 二相 BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗 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(4

14、066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的功能。 圖 8-8 是該解調(diào)環(huán)各輸出測量點波形圖，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，整個載波恢復環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實現(xiàn)。 但該解調(diào)環(huán)路的缺點是：存在相位模糊。 當解調(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 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

15、，以消除相位誤差。然而，在實際應用中， 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 調(diào)制實驗 用內(nèi)載波發(fā)生器產(chǎn)生的信號作輸入載波信號來觀察 TP301TP307 各測量點的波形。 2.二相 DPSK 調(diào)制實驗 加入差分編碼器電路來傳輸二相 DPSK 信號，即將開關 K302 置成 2 腳與 3 腳相連，其 它開關設置不變，重做上述內(nèi)容。 3.二相 BPSK 解調(diào)實驗 4.二相 DPSK 解調(diào)實驗 5.PSK 解調(diào)載波提取實驗 詳細內(nèi)容如下： 將實驗中二相 PSK(DPSK的電路調(diào)整好后，再將本實驗電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測 量 TP701T

16、P704 各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關系。 四. 實驗步驟及注意事項 1.按下按鍵開關：K01、K02、K700。 2.跳線開關設置： K30123、K30212 或 K30223 或 K30256 或 K30267、K3031-2 與 3-4、 K30423、K7012-3。 3.跳線開關設置功能如下： K3011-2：輸入 CVSD（M）編碼的數(shù)字輸出信號； K3012-3：32KB/s 偽隨機碼，碼型為 000011101100101。 K3021-2：偽隨機碼，碼序列為 000011101100101，速率為 32KHz 的絕對碼。 K3022-3：偽隨機碼

17、，碼序列為 000011101100101，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。 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 K302 的 1 腳與 2 腳相連接。 做二相 DPSK 實驗時，必須把開關 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

18、CA701 上插上電容，使振蕩器工作頻率為 4.096MHz，電容在 80Pf120Pf 之間。 43 實驗八 C707 333 U710 +12 5 RPSK+5 U707B 74LS04 CA701 3 10 U707E 74LS04 R719 1K 9 R718 10K 4 3 11 6 C727 104 U302C 4066 4 2 R710 1K 3 U704 LM311 4 1 8 RDATA U707D W701 103 U707A 74LS04 2 1 2 11 R709 -12 22K -12 C705 91P GND TP703 6 1 Q VCC D CD 4 GND 4

19、 U710B 4013 12 -12 TP704 13 Q 2 10 R CLK Q GND 8 S D 11 9 14 1 D VCC D SD 6 CD GND CLK D 7 3 5 R736 5.1K 12 U707F 74LS04 R720 5.1K RPSK+5 13 5 SW701 SW-PB 6 8 SD D GND CLK +12 U302D 4066 R713 22K 8 6 7 U705 LM311 4 1 5 9 14 3 C732 104 R715 1K 2 12 6 R712 1K U703D TL084 13 U710A 4013 C731 104 8 R714

20、22K C704 91P R716 1K 2 14 C730 104 7 R707 1K 3 R708 22K 1 1 2 3 U706A 74LS86 4 U703A TL084 8 6 5 C729 104 R711 1K +12 U709 U708 U702 U707C 74LS04 VCC C724 104 C723 104 C722 104 C721 104 C720 104 W702 104 FSK GND RPSK+5 U708 74S124 1IN CEXT 1G 2G 1Y GND C706 5100P D704 5V E703 100uF TP701 5 二相 BPSK(D

21、PSK調(diào)制解調(diào)實驗 K701 3PIN C728 104 R701 10K BG701 9013 U701 LM311 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 C709 103 +12 PSK1 3 1 2 R705 100 R741 3K 8 6 5 C701 333 5 7 3 2 R702 47K C702 333 3 7 2 U709A 4013 K702 3PIN TP702 2 K703 3PIN 1 3 W703 104 +12 7 U702 LM318 3 2 1 4 1 3 C703 333 44 4 1 R703 100 R704 5.1K -12 R706 3K R737 10K -12 圖 87 PSK 解調(diào)電路電原理圖 圖10-7 PSK解調(diào)電路電原理圖 實驗八 二相 BPSK(DPSK調(diào)制解調(diào)實驗 TP701 +1V -1V TP703 0相 載 波 0 t 0 t TP704 /2相 載 波 0 1 1 1 0 0 1 0 1 t TP705 0 t 圖 88 同相