第四次通信系统实验报告——二进制数字调制与位、帧同步信号提取

第四次通信系统实验报告二进制数字调制与位、帧同步信号提取一、实验目的1.1 了解数字调制与解调的概念1.2 掌握2ASK调制与解调的原理及实现方法1.3 掌握2FSK调制与解调的原理及实现方法1.4 掌握2PSK调制与解调的原理及实现方法1.5 掌握差分编码与差分译码的原理及实现方法1.6 掌握DPSK调制与解调的原理及实现方法1.7 由“倒”现象分析DPSK调制方式二、实验内容2.1 2ASK调制与解调实验2.2 2FSK调制与解调实验2.3 2PSK调制与解调实验2.4 DPSK调制与解调实验三、实验结果及分析3.1 2ASK调制与解调实验3.1.1 说明 实验中，设定码速率为8分频，初始NRZ码为“000011110000111100001111”，并将“键控调制类型选择”拨成“1000”。3.1.2 2ASK调制 （1）以数字调制模块“NRZ输入”为内触发源，双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”波形，并测量“调制输出”频谱。结果如图1和图2所示，图1中“NRZ输入”信号在上。 图1 “NRZ输入”和“调制输出”信号图 图2 “调制输出”信号的频谱图分析：对比图1和实验指导书上的波形，可以看到实验结果是正确的。从图2可看出，调制后频谱在372KHz、384KHz和396KHz三个频点上幅度较大，且呈现关于384KHz点对称的结果。这是由于“NRZ输入”的频率在12KHz左右，数字键控法会产生混频的效果。 （2）改变NRZ码为“000011110101010100001111”，观察2ASK调制信号波形的相应变化。结果如图3所示，图3中“NRZ输入”信号在上。 图3 改变后“NRZ输入”和“调制输出”信号图3.1.3 2ASK解调 （1）示波器双双观测“ASK-IN”、“OUT1”、“OUT2”和“OUT3”的波形。结果如图4，图5和图6所示，三幅图中均是“ASK-IN”信号在上。 图4 “ASK-IN”和“OUT1”信号图 图5 “ASK-IN”和“OUT2”信号图 图6 “ASK-IN”和“OUT3”信号图 （2）调节“ASK判决电压调节”旋转电位器使判决电压由小到大变化，示波器双踪观测“OUT3”和“OUT4”波形，结果如图7、图8、图9和图10所示，“OUT3”信号在上。 图7 “OUT3”和“OUT4”信号图（小） 图8 “OUT3”和“OUT4”信号图（适中） 图9 “OUT3”和“OUT4”信号图（偏大） 图10 “OUT3”和“OUT4”信号图（大） （3）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块“ASK-OUT”波形，对比还原效果。结果如图11所示，输入“NRZ”信号在上。 图11 “NRZ”和“ASK-OUT”信号图（4）改变NRZ码为“000011110101010100001111”，重复上一步骤。结果如图12所示，输入“NRZ”信号在上。 图12 “NRZ”和“ASK-OUT”信号图（改变后）分析：综合图11和图12，可见NRZ码的还原效果是理想的。3.2 2FSK调制与解调实验3.2.1 说明 实验中，设定码速率为8分频，初始NRZ码为“000011110000111100001111”，并将“键控调制类型选择”拨成“1010”。3.2.2 2FSK调制 （1）以数字调制模块“NRZ输入”为内触发源，双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”波形，测量“调制输出”频谱。结果如图13和图14所示，图13中“NRZ输入”信号在上。 图13 “NRZ输入”和“调制输出”信号图 图14 “调制输出”信号的频谱图分析：对比图13和实验指导书上的波形，可以看到实验结果是正确的。从图14可看出，调制后频谱在192KHz和384KHz两个频点上幅度较大。但是仔细看的话，可以发现这两个频点附近有次高峰，但是由于频率相距较近，未能显示清晰。这是由于“NRZ输入”的频率在12KHz左右，数字键控法会产生混频的效果。 （2）改变NRZ码为“000011110101010100001111”，观察2FSK调制信号波形的相应变化。结果如图15所示，图15中“NRZ输入”信号在上。 图15 改变后“NRZ输入”和“调制输出”信号图3.2.3 2FSK解调 （1）示波器分别观测“单稳输出1”和“单稳输出2”、“过零检测”和“滤波输出”的波形。结果如图16，图17所示，图中均是前者信号在上。 图16 “ASK-IN”和“OUT1”信号图 图17 “ASK-IN”和“OUT2”信号图 （2）调节“FSK判决电压调节”使判决电压由小到大变化，示波器双踪观测“滤波输出”和“判压输出”波形，结果如图18、图19、图20和图21所示，“滤波输出”信号在上。 图18 “滤波输出”和“判压输出”信号图（小） 图19 “滤波输出”和“判压输出”信号图（偏小） 图20 “滤波输出”和“判压输出”信号图（适中） 图21 “滤波输出”和“判压输出”信号图（大） （3）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块FSK解调“解调输出”波形，对比还原效果。结果如图22所示，输入“NRZ”信号在上。 图22 “NRZ”和“解调输出”信号图（4）改变NRZ码为“000011110101010100001111”，重复上一步骤。结果如图23所示，输入“NRZ”信号在上。 图23 “NRZ”和“解调输出”信号图（改变后）分析：综合图22和图23，可见NRZ码的还原效果是理想的。3.3 2PSK调制与解调实验3.3.1 说明 实验中，设定码速率为8分频，初始NRZ码为“000011110000111100001111”，并将“键控调制类型选择”拨成“1001”。3.3.2 2PSK调制（数字键控法） （1）以数字调制模块“NRZ输入”为内触发源，双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”波形，测量“调制输出”频谱。结果如图24和图25所示，图24中“NRZ输入”信号在上。 图24 “NRZ输入”和“调制输出”信号图 图25 “调制输出”信号的频谱图分析：对比图24和实验指导书上的波形，可以看到实验结果是正确的。从图25可看出，调制后频谱在372KHz和396KHz两个频点上幅度较大。这是由于“NRZ输入”的频率在12KHz左右，数字键控法会产生混频的效果，而且混频的效果更明显。 （2）改变NRZ码为“000011110101010100001111”，观察2FSK调制信号波形的相应变化。结果如图26所示，图26中“NRZ输入”信号在上。 图26 改变后“NRZ输入”和“调制输出”信号图3.3.3 2PSK解调（数字键控法） 3.3.3.1 方式一 （1）示波器双踪观测“相乘输出”和“滤波输出”的波形。结果如图27所示，图中“相乘输出”信号在上。 图27 “相乘输出”和“滤波输出”信号图 （2）调节“PSK/DPSK判决电压调节”使判决电压由小到大变化，示波器双踪观测“滤波输出”和“判压输出”波形，如图28、图29、图30和图31所示，“滤波输出”信号在上。 图28 “滤波输出”和“判压输出”信号图（小） 图29 “滤波输出”和“判压输出”信号图（偏小） 图30 “滤波输出”和“判压输出”信号图（适中） 图31 “滤波输出”和“判压输出”信号图（大） （3）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块PSK/DPSK解调“解调输出”波形，对比还原效果。结果如图32所示，输入“NRZ”信号在上。 图32 “NRZ”和“解调输出”信号图（4）改变NRZ码为“010101010101010101010101”，重复上一步骤。结果如图33所示，输入“NRZ”信号在上。 图33 “NRZ”和“解调输出”信号图（改变后）分析：综合图32和图33，可见NRZ码的还原效果是理想的。3.3.3.2 方式二 （1）解调所需“载波同步信号”由“频带同步提取模块”提取，“位同步”信号由“基带同步提取模块”提取。示波器双踪观测“384KHz正弦载波”和“载波同步信号”的波形。结果如图34所示，图中“384KHz正弦载波”信号在上。 图34 “384KHz正弦载波”和“载波同步信号”图（2）示波器双踪观测频带同步提取模块位同步提取“NRZ输入”与“BS输出”波形。结果如图35所示，“NRZ输入”信号在上。 图35 “NRZ”和“解调输出”信号图分析：由图35可见，BS信号的一周期对应着3个完整周期的NRZ码型信号。（3）改变NRZ码为“000011110000111100001111”，双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块PSK/DPSK解调“解调输出”波形。结果如图36所示，输入“NRZ”信号在上。 图36 “NRZ”和“解调输出”信号图（方式二）分析：很明显，NRZ码的还原效果仍然是理想的。3.3.4 2PSK调制与解调（模拟相乘法） （1）示波器双踪观测“NRZ输入”和“双极性NRZ”的波形。结果如图37所示，图中“NRZ输入”信号在上。 图37 “NRZ输入”和“双极性NRZ”信号图 （2）以“双极性NRZ”测试点为内触发源，示波器双踪观测“双极性NRZ”和“调制输出”测试点波形，结果如图38所示，其中“双极性NRZ”信号在上。此处仅给出NRZ信号的上升沿的对应波形，目的是更清楚地显示调制输出信号的变化。图38 “双极性NRZ”和“调制输出”信号图（3）改变NRZ码为“010101010101010101010101”，观察2PSK调制信号的相应变化。观测结果如图39所示，其中“双极性NRZ”信号在上。 图39 “NRZ”和“解调输出”信号图（4）相干解调2PSK调制信号。结果如图40所示，输入“NRZ”信号在上。 图40 “NRZ”和“解调输出”信号图（模拟相乘法）分析：可见NRZ码的还原结果虽然在相位上和原码不同，但波形的恢复效果是理想的。3.4 DPSK调制与解调实验3.