实验五 移相键控与解调实验.docx

实验五 移相键控与解调实验实验目的1， 掌握二相调制解调的工作原理与电路组成 2，掌握载频信号的产生方法3， 绝对码与相对码的码变换方法实验原理（一）概述 与模拟通信系统相比，数字调制与解调同样是通过某种方式，将基带信号的频谱由 一个频率位置搬到另一个频率位置上去，不同的是，数字调制的基带信号不是模拟 信号而是数字信号在大多数情况下数字信号是利用数字信号的离散值去键控载波，对载波的幅度频率 或相位进行键控，便可获得 ASK,PSK,FSK 等，这三种数字调制方式在抗加性噪声能 力和信号频谱利用率方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中高速传输数据时的 到广泛应用近年来，在数字微波通信中进一步提高频谱利用率的课题已经获得重要进展，除了 ASK 外，以派生出多种调制方式，如四相移相键控，八相移相键控正交部分相应， 十六态正交条幅，以及64QAM,256QAM等，这些都是高效率的调制手段为了模拟实际的数字调制系统，本实验的调制和解调基本上由数字电路构成，数字 电路具有变换速度快，解调测试方便等特点为了在试验过程中观察方便，实验系 统的载波改为 5M 赫兹二） 电路工作原理1. 调制PSK 系统的调制部分框图如下图是，下面分几部分说明。

Psk 调制部分框图（1）M 序列发生器实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般用M序列发生器来 产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源按照本源多项式组成的五级移位 寄存器，就可得到 31 位码长的 M 序列，码元定时与载波的关系可以是同步的 一边清晰观察码元变化时 对应调制载波的相位变化，也可以是异步的因为实际 的系统都是异步的，马元速率约为 1Mb/s（2）相对移相和绝对移相 移相键控分为绝对移相和相对移相两种以未调载波的的相位作为基准信号的 相位调制叫做绝对移相，以二进制调制为例，码元为1 时，调制后载波与微调 载波同相取码元为 0 时，调制后载波与微调载波反相，1 和 0 调制后载波相差 180 度在同步解调的 PSK 系统，由于收端载波恢复存在相位含糊问题，即恢复的载波 可能与未调 载波同相也可能反相，以至解调后信码出现0 1 倒置，发1 时接受 0，这是我们不希望的，为了克服这种现象，提出了相对移相方式相对移相的调制方式是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位为 基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定相位的取值，例如，当某一 码元取 1 时，他的载波相位与前一码元的载波同相，取0 时刚好相反。

一般情况下，相对移相可以通过对信码进行变化和绝对移相来实现，将信码经 过差分编码变换成新的码组即相对吗，在利用相对吗进行绝对移相，是输出的 载波相位满足相对移相的相位关系设绝对码为ai,相对码为bi,则二相编码的逻辑关系就可知 差分编码的功能可由一个模二和电路和一级移位寄存器组成调相电路可由模拟乘法器实现,也可由数字电路实现,实验中的调相电路由数 字选择器完成,当二脚和十四脚同时为高电平时,七脚输出与三角输入的零载 波同相，当二脚和十四脚同时为低电平时，七脚输出与六脚输入的n相载波同 相,这样就完成了差分信码对载波的相位调制,图5.2 示出了一个数字序列的 相对移相的过程对于差分编码，在解调部分由一差分译码，差分译码的逻辑为：Ci=Bi+Bi-1带入可得Ci=Ai这样经差分译码，就恢复了原始的发码序列5.2 绝对码实现相对移相过程1. 解调方框图如5.3 示(1) 同相正交环法绝大多数二相PSK信号采用对称的移相键控，因而在码元1,0等条件下都是 抑制载波的，即在调制信号的频谱中不含载波线谱，这样就无法用窄带滤波 器从调制信号中直接提取参考相位载波，对psk而言，只要用某种非线性处 理的方法去掉相位调制，就能产生与载波有一定关系的分量，恢复出同步解 调所需要的参考相位载波，实现被抑制的载波跟踪。

从psk信号中提取载波的方法是采用跟踪锁相环，如平方环,同相正交环， 逆制调环和判决反馈环等本实验采用同相正交环，同相正交环又称科斯塔斯环，在这种环路里，误 差信号由两个鉴相器提供，压控振荡器器给出两路相互正交的载波到鉴相器 输入的 2psk 信号经鉴相器鉴相后在低通滤波器上滤除载频率分量以上的高 频分量，得以基带信号Ud1,Ud2，这时的基带信号包含着码元信号，无法对压 控振荡器进行控制，将Ud1,Ud2，经过基带模拟乘法器相乘，就可以去掉码元 信息，得到反映压控振荡器输出信号与输入载波间相位差的控制电压5.3psk 解调部分框图(2)集成电路压控振荡器压控振荡器是锁相环的关键部分，它的频率调节灵敏度和压控灵敏度决定了锁相环 的跟踪性能，本实验采用了集成压控振荡器74IS124,它只要配以简单的外部原件，并加以适 当调整，就可得到令人满意的结果集成压控振荡器的每一个振荡器都有两个电压控制器， Vr 用于控制频率范围，Vf用于控制频率范围调节，外接电容C用于选择振荡器的中心频率， 当Vf, Vr取值适当，振荡器的工作正常时，振荡器的频率fO和C的关系近似为：F0=0.0005/C 其关系曲线如 5.5 示。

当固定 c 时， Vf， Vr 有确定的关系，以 Vf=Vr=2v 的输出频率为归一化频率单位，有实验数据可以画出以Vr为参变量的归一化频率，fn随Vr的变化曲线如图5.4所示,fn随Vr的变化曲线频率 f0 与 C 的关系由图5.4的曲线可以看出，随Vr的增大，电压控制振荡器的压控灵敏度和线性范围都在增 大，取适当的Vr,C值将误差电压经线性变化后充当控制电压Vr,这样就可以实现有误差电 压控制VCO,当fO=1OMhz时，一组典型的是实验数据为C=27.5pf, Vr=3.76v,这时在2.8v左 右移动Vr=3.76V这时在2.8V左右移动3）传输畸变和眼图 数字信号经过非理想的传输系统必定产生畸变，为了衡量这种畸变的严重程度，一般都采用 挂差眼图的方式眼图是示波器重复扫描所显示的波形，示波器的输入信号是解调后经低通 滤波器恢复的未经再生的基带信号，同步信号是位定时衡量眼图的几个重要参数有:① 眼图开启程度（U-2A U） /U；指在最佳抽样点处眼图幅度的“张开”程度无畸变 眼图的开启度为100%② “眼皮”厚度2A U/U； 在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度为0。

③ 交叉点发散度厶T/T：指眼图波形过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的发散为0④ 正、负极性不对称性[(U-U_)/(U+U_)]：指在最佳抽样点处眼图正负幅度的不对称程度无畸变眼图的极性不对称性应为0.如果 传输信道不理想，产生传输畸变，就会很明显的有这几个参数显示出来其后果可以看成有 效信号的损失可以推到出，等效信号信噪比的损失显Eb/N0与眼图开启度(U-2A U) /U 有如下关系：△ Eb/No=20log[(U-2A U)/U](dB)⑤ 同样，交叉点发散度对信噪比损失的影响，也可以等效为眼图开启度对信噪比损失的 影响，这里不再详叙三、实验内容(一) PSK 调制用内时钟信号产生31为伪随机码做输入信号来观察TP701-TP707各测量点波形二) PSK 解调1. 依次测量TP708-TP714各测量点波形，画出波形图并作记录，注意时间、相位、幅度之间 的关系2. 观察眼图，并作记录分析四、实验步骤1、 接通电源，按下按键开关：K1、K2、K700，使电路工作2、 跳线开关设置： K701(1-2)、 K702(1-2)3、 依次观察TP701-TP714各测量点波形4、 用频率计测量TP704的频率，记录下来，然后将频率计接TP711，调节W701、W702， 使TP711处信号的频率锁定在10MHz左右(与TP704频率完全相同)，用双示波器同时观察 TP714和TP702的波形，如果这两处的波形不一致，则微调W701使两个波形一致为止(两个 波形的相位差并不为0)。

5、 用TP701作为同步信号，观察解调后的基带信号(TP714)，利用双示波器观察眼图波形五、测量点参考波形TP701 :输出频率为1MHz、占空比为50%的方波TP702：输出频率为5MHz的31位为随即序列TP703：输出经差分变换后的为随即序列TP704：输出频率为10MHz的近似方波TP705： 0相载波，频率为5MHz的近似方波TP706： n相载波，频率为5MHz的近似方波，波形与TP705反相TP707： PSK调制信号输出TP708： PSK 解调信号输入TP709：输出频率为5MHz的近似方波TP710：波形同 TP709TP711 :调节电位器W701、W702，使频率锁定在100MHzTP712:输出频率为1MHz，占空比为50%的方波TP713:波形同 TP712TP714：波形同 TP702六、实验仪器1、 频率计 一台2、 双中示波器 一台3、 三用表 一台。