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实验十三 PSK(DPSK)调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。 2、掌握产生 PSK(DPSK)信号的方法。 3、掌握 PSK(DPSK)信号的频谱特性。

二、实验内容
1、观察绝对码和相对码的波形。 2、观察 PSK(DPSK)信号波形。 3、观察 PSK(DPSK)信号频谱。 4、观察 PSK(DPSK)相干解调器各点波形。

三、实验仪器
1、信号源模块 2、数字调制模块 3、数字解调模块 4、同步提取模块 5、频谱分析模块(可选) 6、20M 双踪示波器 7、连接线

一台 若干

四、实验原理
1、2DPSK 调制原理

DPSK 基带信号经过异或门(74HC86)、D 触发器(74HC74)得到基带信号的差分编码信 号,D 触发器的时钟信号由 DPSK-BS 输入。同 FSK 一样,差分编码信号分成两路,一路接至 模拟开关电路 1(74HC4066),另一路经过反相器(LM339)得到反相的差分编码信号接至 模拟开关电路 2(74HC4066),因此当差分编码信号为“1”时,模拟开关 1 打开,模拟开 关 2 关闭,输出 DPSK 正相载波;当基带信号为“0”时,模拟开关 1 关闭,模拟开关 2 打开, 此时输出 DPSK 反相载波(DPSK 反相载波是由正相载波经过反相电路(由 TL082 组成)产生 的,再通过叠加就得到 DPSK 调制信号输出。 电路不通过异或门和 D 触发器时产生的信号为 PSK 的调制信号。

2、 2DPSK 解调原理
DPSK信 号 输 入 乘法器 ( MC1496) 低通滤波器 ( TL082) 放大电路 ( TL082) 比较器 ( LM339) 抽样判决器 ( 74HC74) 差分译码电路 ( 74HC74、 74HC86) DPSK解 调 信 号 输出

BS信 号 输 入 载波输入

本实验采用的是极性比较法,DPSK 信号经过乘法器(MC1496)与载波信号相乘后,可 通过 OUT4 观察,然后经过低通滤波器(由 TL082 组成)去除高频成分,得到包含基带信号 的低频信号, 再依次经过放大电路 (由 TL082 组成) 比较器 、 (LM339) 抽样判决器 、 (74HC74) 得到差分编码的基带信号,最后通过差分译码电路(74HC74、74HC86)还原成绝对码波形即 DPSK 解调信号。其判决电压可通过标号为“DPSK 判决电压调节”的电位器进行调节,抽样 判决用的时钟信号就是 DPSK 基带信号的位同步信号, 解调中的载波信号就是 DPSK 调制中的 同相载波。 电路不通过差分译码产生的信号为 PSK 解调信号。

五、实验步骤及注意事项
1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步提取模块、频谱分析模块小心 地固定在主机箱中,确保电源接触良好。 2、插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,再分别按下五个模块中的开关 POWER1、 POWER2,对应的发光二极管 LED01、LED02 发光,按一下信号源模块的复位键,五个 模块均开始工作。(注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,后 打开电源做实验,不要带电连线) 3、PSK 调制实验 (1) 将信号源模块产生的码速率为 15.625KHz 的周期性 NRZ 码和 64KHz 的正弦波 (幅 度为 3V 左右)分别送入数字调制模块的信号输入点“PSK(DPSK)基带输入” 和“PSK(DPSK)载波输入”。 (2)将数字调制模块中的拨位开关 S01 拨到 0,以信号输入点“PSK 基带输入”的信 号为内触发源,用双踪示波器同时观察点“PSK 基带输入”与“PSK 调制输出” 的波形。并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析,观察其频谱。 (3)改变送入的基带信号和载波信号,重复上述实验。 4、PSK 解调实验 (1) 将信号源模块的位同步信号的频率恢复为 15.625KHz, 用信号源模块产生的 NRZ 码为基带信号,将同步信号提取模块的拨码开关 SW01 的第一位拨上。将数字解 调模块中的拨位开关 S01 拨到 0,合理连接信号源模块与数字调制模块,使数字 调制模块的信号输出点“PSK 调制输出”能输出正确的 PSK 调制波形。 (2)将“PSK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“PSK-IN”, 将“PSK 调制输出”的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”,使信 号输出点 “载波输出” 能输出提取出的正确的载波信号 (方法请参考实验十五) , 再将该点的输出波形送入数字解调模块的信号输入点“载波输入”,观察信号 输出点“PSK-OUT”处的波形,并调节标号为“PSK/DPSK 判决电压调节”的电位 器,直到在该点观察到稳定的 NRZ 码为止(电位器 W01 可调节乘法器的平衡度, 该处在出厂时已经调好,请勿自行调节)。将点“PSK-OUT”输出的波形送入同

步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出 点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“PSK-BS”,观 察信号输出点“OUT4”、“PSK 解调输出”处的波形,并与信号源产生的 NRZ 码 进行比较。 可将信号源产生的 NRZ 码与 “PSK 解调输出” 进行比较, 可观察到 “倒 π ”现象。 (3)改变信号源产生的 NRZ 码的设置,重复上述观察。并观察当提取出的载波在两 种不同相位时,输出的 NRZ 码有何异同。 5、DPSK 调制实验 (1)将信号源模块的信号输出点“BS”与数字调制模块的信号输入点“DPSK 位同步 输入”相连接,将信号源模块产生的码速率为 15.625KHz 的周期性 NRZ 码和 64KHz 的正弦波(幅度为 3V 左右)分别送入数字调制模块的信号输入点“DPSK 基带输入”和“DPSK 载波输入”。 (2)将数字调制模块中的拨位开关 S01 拨到 1,用双踪示波器同时观察点“DPSK 基 带输入”与“差分编码输出”输出的波形。以信号输入点“差分编码输出”的 信号为内触发源,用示波器同时观察点“差分编码输出”和“DPSK 调制输出” 的波形。并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析,观察其频谱。 (3)改变送入的基带信号和载波信号,重复上述实验。 6、DPSK 解调实验 (1) 将信号源模块的位同步信号的频率恢复为 15.625KHz, 用信号源模块产生的 NRZ 码为基带信号,将同步信号提取模块的拨码开关 SW01 的第一位拨上。将数字调 制模块中的拨位开关 S01 拨到 1,合理连接信号源模块与数字调制模块,使数字 调制模块的信号输出点“DPSK 调制输出”能输出正确的 DPSK 调制波形。 (2)将“DPSK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“DPSK-IN”, 将“DPSK 调制输出”的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”,使 信号输出点“载波输出”能输出提取出的正确的载波信号(方法请参考实验十 四),再将该点的输出波形送入数字解调模块的信号输入点“载波输入”,观 察信号输出点“DPSK-OUT”处的波形,并调节标号为“PSK/DPSK 判决电压调节” 的电位器,直到在该点观察到稳定的 NRZ 码为止(电位器 W01 可调节乘法器的平 衡度,该处在出厂时已经调好,请勿自行调节)。将点“DPSK-OUT”输出的波形 送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信 号输出点 “位同步输出” 输出的波形送入数字解调模块的信号输入点 “PSK-BS” , 观察信号输出点“OUT4”、 “DPSK 解调输出”处的波形,并与信号源产生的 NRZ 码进行比较。 (3)改变信号源产生的 NRZ 码的设置,重复上述观察。并观察当提取出的载波在两 种不同相位时,输出的 NRZ 码有何异同。

六、实验结果
PSK(DPSK)基带输入:信号源测试点 NRZ 输出的 15.625KHz 方波 (SW04、SW05 设置为 00000001 00101000,128 分频) ; PSK(DPSK)载波输入:信号源测试点 64K 正弦波输出的正弦波; PSK(DPSK)—BS 输入:信号源测试点 BS 输出的方波 (SW04、SW05 设置为 00000001 00101000,128 分频) ; PSK 调制与解调(将数字调制模块与数字解调模块中 S01 拨为 0) PSK—IN:数字调制 PSK 调制输出测试点输出的已调波;

载波输入:从 PSK 已调信号中提取出的同步载波; 1、PSK 调制输出测试点 输出的波形 (已调波波形随 SW01、SW02、SW03 设置的改变而变化) 2、 OUT4 测试点(模拟乘法器输出点) 输出的波形

3、DPSK 解调输出测试点 输出的波形 (解调后波形与 PSK/DPSK 判决电压调 节的调节幅度有关)

4、PSK—OUT 测试点(PSK 解调信号经 电压比较器后的信号输出点,未经同 步判决)输出的波形(与 PSK 判决电 压调节的调节幅度有关) 6、PSK 解调输出测试点 输出的波形 (有“倒π ”现象时与 NRZ 码双踪 显示)

5、PSK 解调输出测试点 输出波形 (无“倒π ”现象正确解调时与 NRZ 码双踪境内外)

DPSK 调制与解调(将数字调制模块与数字解调模块中 S01 拨为 1) DPSK—IN:数字调制 DPSK 调制输出测试点输出的已调波; 载波输入:从 DPSK 已调信号中提取出的同步载波; DPSK—BS:从 DPSK 已调信号中提取的位同步信号 1、DPSK 调制输出测试点 输出的波形 (已调波波形随 SW01、SW02、SW03 设置的改变而变化) 2、差分编码输出测试点 输出的波形 (波形随 SW01、SW02、SW03 设置的改 变而变化)

3、 OUT4 测试点(模拟乘法器输出点) 输出的波形

4、DPSK—OUT 输出测试点 输出的波形 (与差分编码双踪观察)

5、DPSK 解调输出测试点 输出的波形 (解调后波形与 PSK/DPSK 判决电压调节 的调节幅度有关)

6、DPSK 解调输出测试点 输出波形 (与 NRZ 码双踪观察)

七、思考题答案
1、 比较 2PSK 与 2DPSK 的解调信号,并解释“倒π ”现象。 答:2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的,在这种

绝对移相的方式中, 由于发送端是以某一个相位作为基准的, 因而在接收系统也必 须有这样一个固定基准相位作参考。 如果这个参考相位发生变化, 则恢复的数字信 息就会与发送的数字信息完全相反,从而造成错误的恢复。这种现象常称为 2PSK 的“倒π ”现象,因此,实际中一般不采用 2PSK 方式,而采用差分移相(2DPSK) 方式。在实验中可以观察到当提取的载波相位发生反相变化时,解调出的 2PSK 信 号发生错误,而 2DPSK 可以正确解调。

2、比较 2ASK、2FSK、2DPSK 调制信号的频谱并作分析,进而分析三种调制方式各自的 优缺点。 答:2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两个部分组成。其中,连续谱取决于矩 形波形 g (t ) 经线性调制后的双边带谱,而离散谱则由载波分量确定;另外,二进 制 2ASK 信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍;2FSK 调制是数字通信中用得较广 的一种方式。它的频谱可看作是两个振幅键控信号相叠加的方法。2FSK 信号的功 率谱同样由连续谱和离散谱组成。 连续谱由两个双边谱叠加而成, 而离散谱出现在 两个载频位置上。另外,如果两个载频之差较小,则连续谱出现单峰,如果载频之 差逐步增大,即两个频率的距离增加,则连续谱出现双峰;2DPSK 的频谱与 2PSK 的频谱是完全相同的。 且其功率谱密度同样由连续谱与离散谱两部分组成。 且当双 极性基带信号以相等的概率出现时, 将不存在离散谱部分。 而且 2DPSK 的连续谱部 分与 2ASK 信号的连续谱基本相同,仅仅相差一个常数因子,所以其带宽也与 2ASK 信号的相同。 比较: (1) 频带宽度: 当码元宽度为 T S 时, 2ASK 系统和 2PSK 系统的频带宽度近似为
2 TS



而 2FSK 系统的带宽近似大于其他两种,所以从频带宽度或频带利用率上,2FSK 系 统最不可取。 (2)误码率:在相同误码率条件下,在信噪比要求上 2PSK 比 2FSK 小。所以在抗加 性高斯白噪声方面,2PSK 相干性能最好,然后是 2FSK。 (3)对信道特性变化的敏感性:由于 2FSK 不需要人为的设置判决门限。2PSK 判决 器的最佳判决门限为零,所以它们不随信道特性的变化而变化。而 2ASK 当信道特 性发生变化时,判决器的最佳判决门限也将随之而变。所以 2ASK 的性能最差。 (4)设备的复杂程度:一般相干解调的设备要比非相干解调时复杂,而同为非相反 解调时,2DPSK 的设备最复杂,2FSK 次之,2ASK 最简单。 目前用得最多的数字调制方式时相干 2DPSK 和非相干 2FSK。相干 2DPSK 主要 用以高速数据传输,而非相干 2FSK 则用于中、低速数据传输中,特别是在衰落信 道中传送数据时,有着广泛的应用。

八、提问及解答
1、PSK 解调器系统由哪几大部分组成?简述各部分的作用。 答:PSK 解调器包括带通滤波器、相乘器、低通滤波器和抽样判决器。其中带通滤 波器主要是滤去其它频段无用信号,以免对解调造成干扰。PSK 解调一般采用相干 解调,所以相乘器主要用于与载波相乘。再经过低通滤波器去除高频成份,得到包

含基带信号的低频信号,再依次抽样判决器得到基带信号。


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