通原實(shí)驗(yàn)2-PSK實(shí)驗(yàn)

2PSK/2DPSK的調(diào)制解調(diào)原理2PSK/2DPSK信號波形2PSK/2DPSK信號帶寬知識要點(diǎn)：2.頻帶寬度各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的頻帶寬度也示于表8-1中，其中為傳輸碼元的時(shí)間寬度?？梢钥闯觯?ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)頻帶寬度相同，均為是碼元傳輸速率的二倍；2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為大于2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK調(diào)制系統(tǒng)最差。（1）同一調(diào)制方式不同檢測方法的比較可以看出，對于同一調(diào)制方式不同檢測方法，相干檢測的抗噪聲性能優(yōu)于非相干檢測。但是，隨著信噪比的增大，相干與非相干誤碼性能的相對差別越不明顯。另外，相干檢測系統(tǒng)的設(shè)備比非相干的要復(fù)雜。（2）同一檢測方法不同調(diào)制方式的比較1）相干檢測時(shí)，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；2）非相干檢測時(shí)，在相同誤碼率條件下，對信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。反過來，若信噪比一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)。因此，從抗加性白噪聲上講，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。通信原理實(shí)驗(yàn)第二單元

數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的重點(diǎn)是:數(shù)字基帶信號與數(shù)字頻帶信號之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)驗(yàn)的目的是掌握實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的技術(shù)。目前采用最多的方法是鍵控法,它是用數(shù)字基帶信號控制高頻載波的可控參數(shù)。實(shí)際工程中常應(yīng)用的數(shù)字調(diào)制方式有:ASK、FSK與PSK。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)價(jià)值人才通信原理實(shí)驗(yàn)二(2)武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中心.

移相鍵控

PSK調(diào)制與解調(diào)載波信號是各種調(diào)制所必須的傳送載體基帶信號是各數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο?/p>

移相鍵控PSK在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種重要的調(diào)制方式，其抗噪性能和信道頻帶利用率均優(yōu)于ASK和FSK，即使在有衰落的信道中也能獲得很好的效果。因而在實(shí)際的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，通過此實(shí)驗(yàn)：1．掌握2PSK和2DPSK調(diào)制與解調(diào)電路的組及成工作原理。2．了解“0”相和“π”相載頻信號的產(chǎn)生方法與掌握二進(jìn)制絕對碼與相對碼的變換方法。3.掌握2PSK和2DPSK調(diào)制器與解調(diào)器的測試技能。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.2DPSK調(diào)制與解調(diào)信號的測量1.2PSK信號同相與反相載波的產(chǎn)生與測量2.數(shù)字基帶信號的產(chǎn)生與測量4.2PSK調(diào)制與解調(diào)信號的測量。3.絕對碼（an)與相對碼(BN)信號測量二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6.2PSK/2DPSK調(diào)制信號的頻譜（功率譜）測量

數(shù)字相位調(diào)制又稱移相鍵控，簡記PSK,二進(jìn)制移相鍵控記作2PSK。它是利用載波相位的變化來傳送數(shù)字信息的。通常有兩種類型：1.數(shù)字移相鍵控PSK調(diào)制的基本原理(1)絕對相移(2PSK或BPSK)(2)相對相移(差分相移/2DPSK或DBPSK)三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識1.1絕對移相鍵控2PSK調(diào)制電路與基本原理絕對相移定義：

所謂絕對移相是以載波的不同相位的絕對值來直接傳送相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號的一種調(diào)制方式，簡稱2PSK。通常用已調(diào)載波的“0”相和“π”相，分別表示二進(jìn)制數(shù)字的“1”和“0”。1001110絕對碼2PSK載波0相位這種用載波不同相位的絕對值直接去表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控，常稱為絕對移相。

在絕對移相鍵控系統(tǒng)中：信息代碼與2PSK已調(diào)載波相位變化的規(guī)律是“異變同不變”，即本碼元與前一碼元相異時(shí)，本碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的未相變化180°，相同時(shí)則不變。

2PSK信號的產(chǎn)生，在工程上可以采用模擬調(diào)制與鍵控的兩種方法實(shí)現(xiàn)。雙極性不歸零1.2PSK模擬調(diào)制1、22PSK信號的產(chǎn)生過程1001110絕對碼載波雙極性不歸零調(diào)制器用模擬器件承擔(dān)10011102.2PSK鍵控調(diào)制1、22PSK信號的產(chǎn)生過程載波反相2PSK鍵控調(diào)制系統(tǒng)電路原理框圖如圖所示：電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：調(diào)制器用電子開關(guān)承擔(dān)。載波反相工作原理10011104）2PSK功率譜特性2PSK信號的功率譜特性與2ASK信號的功率譜特性數(shù)學(xué)表達(dá)式一樣，即：只是an的取值不同。因此，參照2ASK功率譜可得到2PSK信號功率譜也只是基帶數(shù)字信號頻譜的線性搬移。2PSK信號頻譜為了更深入掌握2PSK信號的性質(zhì)，除時(shí)域分析外，還應(yīng)進(jìn)行頻域分析。由于二進(jìn)制序列一般為隨機(jī)序列，其頻域分析的對象應(yīng)為信號功率譜密度。鑒相器1、32PSK信號的解調(diào)判決LPFBPF定時(shí)脈沖數(shù)據(jù)輸出本地載波由于絕對移相方式在調(diào)制時(shí)，是以某一載波相位作為基準(zhǔn)的。因此解調(diào)時(shí)，在接收端也必須恢復(fù)一個(gè)與調(diào)制端同樣的固定基準(zhǔn)相位載波作為參考，即采用相干解調(diào)。1001110發(fā)送數(shù)據(jù)2PSK參考載波相乘輸出低通輸出1001110判決輸出一旦接收端參考相位發(fā)生變化，則恢復(fù)出的數(shù)字信息也會出現(xiàn)0和1的反轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致接收端錯誤接收。相乘輸出1001110發(fā)送數(shù)據(jù)2PSK0110001判決輸出載波低通輸出這種現(xiàn)象通常稱為2PSK的“倒

”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。

分析可知：2PSK調(diào)制在理論分析時(shí)，雖然成立。但在實(shí)際工程中，如若因接收端遇到突發(fā)干擾（溫度漂移或噪聲干擾等）。就會使接收端的基準(zhǔn)參考相位發(fā)生隨機(jī)的跳變，則產(chǎn)生倒“π”現(xiàn)象，發(fā)生絕對的錯誤，對系統(tǒng)的誤碼性能，影響很大，使通信質(zhì)量很差，故在實(shí)際工程中，基本不使用。二進(jìn)制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。

假設(shè)相對載波相位值用相位偏移表示并規(guī)定數(shù)字信息序列與之間的關(guān)系為

1、4相對（差分）移相鍵控2DPSK??=DF0數(shù)字信息“0”數(shù)字信息“1”p2DPSK2PSK載波0相位

01001110絕對碼2DPSK的規(guī)律是“1變0不變”，即信息代碼（絕對碼）為“1”時(shí)，本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的未相變化180°，信息代碼為“0”時(shí)，則本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相不變化。1、5相對移相信號的產(chǎn)生原理由理論分析可知，相對移相鍵控信號的產(chǎn)生方法是：首先對數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼即由絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，然后用相對碼對載波進(jìn)行絕對調(diào)相，即可實(shí)現(xiàn)2DPSK信號的產(chǎn)生。2DPSK1001110絕對碼0001011相對碼載波0相位

01、6相對移相信號的工程實(shí)現(xiàn)在工程上，實(shí)現(xiàn)相對移相2DPSK信號的基本調(diào)制電路有：模擬調(diào)制與鍵控調(diào)制法。1.2DPSK模擬調(diào)制雙極性不歸零差分碼變換雙極性差分碼()tSDPSK2構(gòu)成2DPSK模擬調(diào)制系統(tǒng)的基本單元電路有：調(diào)制器1001110絕對碼相對碼0001011載波()tSDPSK21、6相對移相信號的工程實(shí)現(xiàn)2.2DPSK鍵控調(diào)制構(gòu)成2DPSK鍵控調(diào)制系統(tǒng)的基本單元電路有：振蕩器反相器調(diào)制器差分編碼器1001110絕對碼相對碼0001011()tSDPSK2

由討論可知，無論是2PSK還是2DPSK信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性基帶信號作用下的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。因此，2DPSK和2PSK信號具有相同形式的表達(dá)式：

1、72PSK信號的功率譜特性與帶寬

所不同的是2PSK表達(dá)式中的s(t)是數(shù)字基帶信號，2DPSK表達(dá)式中的s(t)是由數(shù)字基帶信號變換而來的差分碼數(shù)字信號。據(jù)此，有以下結(jié)論：

1、2DPSK與2PSK信號有相同的功率譜

2、2DPSK與2PSK信號帶寬相同，是基帶信號帶寬Bs的兩倍，即3、2DPSK與2PSK信號頻帶利用率也相同，為

1、82DPSK信號解調(diào)

對2DPSK信號的解調(diào)有兩種解調(diào)方式，一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)-碼變換法。后者又稱為極性比較－碼變換法。

它是直接比較前后碼元的相位差而構(gòu)成的，故也稱為相位比較法解調(diào)，其原理框圖如圖所示。

1、差分相干解調(diào)法電路組成與工作原理判決LPFBPF定時(shí)脈沖延遲TS數(shù)據(jù)輸出這種方法不需要碼變換器，也不需要專門的相干載波發(fā)生器，因此設(shè)備比較簡單、實(shí)用。圖中Ts延時(shí)電路的輸出起著參考載波的作用。乘法器起著相位比較（鑒相）的作用。A:差分相干解調(diào)法電路組成鑒相器以數(shù)字序列=[1011001]為例1、82DPSK信號解調(diào)1、差分相干解調(diào)法電路組成與工作原理B:差分相干解調(diào)法工作原理發(fā)送數(shù)據(jù)10110012DPSK延遲鑒相輸出定時(shí)脈沖樣值x判決輸出判決規(guī)則：正-”0“；負(fù)-“1”10110011、82DPSK信號解調(diào)2、相干解調(diào)-碼變換法電路組成與工作原理1、相干解調(diào)-碼變換法電路組成判決BPF碼(反)變換此法即是2PSK解調(diào)加差分譯碼，其電路組成原理方框圖如下：

LPF鑒相器載波提取電路位同步提取電路Ts此電路與差分解調(diào)電路相比，解調(diào)時(shí)需要碼變換器和相干載波提取電路。因此設(shè)備比較復(fù)雜；且抗噪聲性能差；系統(tǒng)誤碼率增加，通常認(rèn)為增加一倍；所以DPSK解調(diào)大多采用差分相干接收。1、82DPSK信號解調(diào)2、相干解調(diào)-碼變換法電路組成與工作原理1、相干解調(diào)-碼變換法電路工作原理以數(shù)字序列=[101001]為例0101001發(fā)送數(shù)據(jù)2DPSK

載波相乘輸出低通輸出判決輸出1001110差分輸出101001

由以上分析可知，2DPSK的波形與2PSK的不同，他們的同一相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元相對相位差才表示信息符號。這說明，解調(diào)2DPSK信號是并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關(guān)系不破壞，則只要鑒別這個(gè)相差關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息，。這就避免了2PSK中的倒π現(xiàn)象發(fā)生，為此得到了廣泛的工程應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)用數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路模塊的基本組成四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

本實(shí)驗(yàn)電路以單元模塊電路為基礎(chǔ)構(gòu)成，系統(tǒng)組成如圖所示,它包括有：數(shù)字基帶信號產(chǎn)生電路載波信號產(chǎn)生電路差分編/譯碼器調(diào)制器反相器加法器耦合與整流電路低通濾波鎖相環(huán)電路乘法器電路電壓比較抽樣判決2.3實(shí)驗(yàn)用2PSK調(diào)制與解調(diào)電路的基本組成實(shí)驗(yàn)用2PSK調(diào)制與解調(diào)器的系統(tǒng)組成原理框圖如圖示：調(diào)制采用的是鍵控法；解調(diào)采用的是相干解調(diào)：提供128KHZ正弦載波信號M序列提供數(shù)字基帶信號NRZ模擬開關(guān)MC4053構(gòu)成調(diào)制器2PSK信號經(jīng)相加器后輸出F1/幅度；控制128KHZ幅度K1；控制M序列位數(shù)；7/15轉(zhuǎn)換K2；控制NRZ轉(zhuǎn)換K3；控制調(diào)制方式轉(zhuǎn)換

請你參考《通信原理》課程所學(xué)2PSK調(diào)制系統(tǒng)電路組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路模塊”，自己構(gòu)建并畫出，用鍵控方式實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路框圖。

基本條件：載波頻率128KC；傳輸速率8KHZ。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1：2PSK信號產(chǎn)生與測量128K反相器調(diào)制器絕對碼相加器2PSK調(diào)制128K方波8KCP波形變換M序列正弦波F1/0相F1/π相四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1：2PSK信號產(chǎn)生與測量2PSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備連接實(shí)驗(yàn)電路電源連接128K/8K方波信號源128K方波輸入信號源8KHZ方波輸入K1=1/K2=4/K3=2連接相應(yīng)單元電路示波器CH1測試數(shù)據(jù)觀察與記錄1.0相π相載波信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。示波器CH22.數(shù)字基帶信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。（M=7）示波器CH13.2PSK信號測量：記錄信號波形。示波器CH2適當(dāng)調(diào)節(jié)f1/幅度；使幅度為2.5Vp-p說明：什么是2PSK？四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2：2PSK信號的功率譜測量實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備保持實(shí)驗(yàn)1所設(shè)工作狀態(tài)不變2PSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示示波器CH1示波器CH2測試數(shù)據(jù)觀察與記錄1.2PSK信號頻譜測量：記錄信號參數(shù)與波形。方法：主菜單信源X2光標(biāo)類型頻率四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3：2PSK調(diào)制信號的解調(diào)測量

請你參考《通信原理》課程所學(xué)2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)電路組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路模塊”，自己構(gòu)建并畫出實(shí)現(xiàn)對2PSK信號解調(diào)的實(shí)驗(yàn)電路框圖。鑒相器判決LPF數(shù)據(jù)輸出Ts實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3：2PSK調(diào)制信號的解調(diào)測量

2PSK非相干解調(diào)測試電路原理框圖如圖所示：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備按解調(diào)系統(tǒng)原理框圖，連接相應(yīng)單元電路測試數(shù)據(jù)觀察與記錄1.PSK相乘器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。2.低通濾波信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。3.電壓比較器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。4.抽樣判決其輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。2PSK調(diào)制信號輸入同步載波信號輸入位同步信號輸入

請你參考《通信原理》課程所學(xué)2DPSK調(diào)制系統(tǒng)電路組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路模塊”，自己構(gòu)建并畫出，用鍵控方式實(shí)現(xiàn)2DPSK調(diào)制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路框圖。

基本條件：載波頻率128KC；傳輸速率8KHZ。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4：2DPSK信號產(chǎn)生與測量振蕩器反相器調(diào)制器差分編碼器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4：2DPSK信號產(chǎn)生與測量2DPSK系統(tǒng)測試電路框圖如圖示實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備測試數(shù)據(jù)觀察與記錄1.載波信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。2.數(shù)字基帶信號測量：記錄絕對碼與相對碼的波形（M=7）3.2DPSK信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。說明：什么是2DPSK？適當(dāng)調(diào)節(jié)f1/幅度；使幅度為2Vp-p在實(shí)驗(yàn)1所設(shè)工作狀態(tài)下，

僅將K2=4絕對碼/相對碼變換絕對碼一相對碼之間的關(guān)系為:根據(jù)上述關(guān)系，絕對碼與相對碼（差分碼）可以相互轉(zhuǎn)換。若假設(shè)絕對碼記為aK，相對碼記為bK，絕對碼一相對碼變換電路如下圖所示:電路工作波形如下：

把絕對碼變成相對碼的方法是：把絕對碼an移一位后，再異或相加，稱其為差分編碼器；例：絕對碼移一位后，異或相加111010001011000相對碼

請你參考《通信原理》課程所學(xué)2DPSK相干解調(diào)-碼變換法解調(diào)系統(tǒng)電路組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路模塊”，自己構(gòu)建并畫出實(shí)現(xiàn)對2PSK信號解調(diào)的實(shí)驗(yàn)電路框圖。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目5：2DPSK調(diào)制信號的解調(diào)測量判決BPF碼(反)變換LPF鑒相器載波提取電路位同步提取電路Ts實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目5：2DPSK調(diào)制信號的解調(diào)測量

2ASK非相干解調(diào)測試電路原理框圖如圖所示：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備按解調(diào)系統(tǒng)原理框圖，連接相應(yīng)單元電路測試數(shù)據(jù)觀察與記錄1.PSK相乘器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。2.低通濾波信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。3.電壓比較器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。4.抽樣判決器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。5.差分譯碼器輸出信號測量：記錄信號參數(shù)與波形。2PSK/IN128K恢復(fù)載波/IN恢復(fù)位同步/IN總結(jié)：2ASK信號功率譜密度的特點(diǎn)如下：

（1）、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定。

（2）、已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即BASK＝2fs。

總結(jié)：2FSK功率譜密度的特點(diǎn)如下，1)、2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成,離散譜出現(xiàn)在f1和f2位置；2)、功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個(gè)載頻之差|f1-f2|≤fs，則出現(xiàn)單峰。3）所需傳輸帶寬BFSK=|f1-f2|+2

fs總結(jié)：

PSK信號功率譜密度的特點(diǎn):(1)、由連續(xù)譜與