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PSK调制解调实验报告范文
一、实验目的
1. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；
2. 掌握二相相位键控调制解调的工作原理及性能测试；
3. 学习二相相位调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：G
2．PSK 调制模块，位号A
3．PSK 解调模块，位号C
4．噪声模块，位号B
5．复接/解复接、同步技术模块，位号I
6．20M 双踪示波器1 台
7．小平口螺丝刀1 只
8．频率计1 台（选用）
9．信号连接线4 根
三、实验原理
相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（PSK 或CPSK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。
（一） PSK 调制电路工作原理
二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s 伪随机码、及其相对码、32KHz 方波、外加数字信号等。相位键控调制解调电原理框图，如图6-1 所示。
1．载波倒相器
模拟信号的倒相通常采用运放来实现。来自1.024MHz 载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即π相载波信号。为了使0 相载波与π相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01 和37W02 调节。
2．模拟开关相乘器
对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。0 相载波与π相载波分别加到模拟开关A：CD4066 的输入端（1 脚）、模拟开关B：CD4066 的输入端（11 脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A 的输入控制端（13 脚），它反极性加到模拟开关B 的输入控制端（12 脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关
A 的输入控制端为高电平，模拟开关A 导通，输出0 相载波，而模拟开关B 的输入控制端为低电平，模拟开关B 截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A 的输入控制端为低电平，模拟开关A 截止。而模拟开关B 的输入控制端却为高电平，模拟开关B 导通。输出π相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02 合路叠加后输出为二相PSK 调制信号。另外，DPSK 调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列{an}，通过码型变换器变成相对码序列{bn}，然后再用相对码序列{bn}，进行绝
对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK 已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01 为PSK 调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01 点的绝对码信（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01 点的数字信号来说，此调制即为DPSK 调制)。
（二）相位键控解调电路工作原理
二相PSK(DPSK) 解调器的总电路方框图如图6-2 所示。
该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：N 次方环、科斯塔斯环(Constas 环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。
1．二相(PSK，DPSK)信号输入电路
由整形电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1 与鉴相器2分别进行鉴相。
图6-2 解调器原理方框图
2．科斯塔斯环提取载波原理
经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1 与鉴相器2 的控制信号输入端的控制信号分别为0 相载波信号与π/2 相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位
之差的误差电压Ud, Ud 经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO 压控振荡器74S124。它的中心振荡输出频率范围从1Hz 到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V 时，74S124 的输出频率表达式为： f0 = 5×10-4/Cext，在实验电路中，调节精密电位器38W01(10KΩ)的阻值，使频率控制输入电压(74LS124 的2 脚)与范围控制输入电压(74LS124 的3 脚)基本相等，此时，当电源电压为+5V 时，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再改变4、5 脚间电容,使74S124 的7 脚输出为2.048NHZ 方波信号。74S124 的6 脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74S124 的第7 脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节38W01，用频率计监视测量点38TP02 上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz 的同步时钟信号。该2.048MHz 的载波信号经过分频(÷2)电路：一次分频变成1.024MHz 载波信号，并完成π/2 相移相。 这样就完成了载波恢复的功能。
从图中可看出该解调环路的优点是：
①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。
②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。
但该解调环路的缺点是：存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。DPSK 调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。
四、各测量点及可调元件的作用
1．PSK 调制模块
37K02：两调制信号叠加。1-2 脚连，输出“1”的调制信号；2-3 脚连，输出“0”的调制信号。
37W01：调节0 相载波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。
37W02：调节π相载波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。
37P01：外加数字基带信号输入铆孔。
37TP01：频率为1.024MHz 方波信号，由4U01 芯片(EPM240)编程产生。
37TP02：0 相1.024MHZ 载波正弦波信号，调节电位器37W01 改变幅度（2～4V 左右）。 37TP03：π 相1.024MHZ 载波正弦波信号，调节电位器37W02 改变幅度（2～4V 左右）。 37P02：PSK 调制信号输出铆孔。由开关37K02 决定。
1-2 相连3-4 断开时，37P02 为0 相载波输出；
1-2 断开3-4 相连时，37P02 为π相载波输出；
1-2 和3-4 相连时，37P02 为PSK 调制信号叠加输出。注意两相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真。
2．PSK 解调模块
38W01：载波提取电路中压控振荡器调节电位器。
38P01：PSK 解调信号输入铆孔。
38TP01：压控振荡器输出2.048MHz 的载波信号，建议用频率计监视测量该点上的频 率值 有偏差时，此时可调节38W01，使其准确而稳定地输出2.048MHz 的载波信号，即可解调输 出数字基带信号。
38TP02：频率为1.024MHz 的0 相载波输出信号。
38TP03：频率为1.024MHz 的π/2 相载波输出信号，对比38TP02。
38P02：PSK 解调输出铆孔。PSK 方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DPSK 方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。
3．复接/解复接、同步技术模块
39SW01：功能设置开关。设置“0010”，为32K 相对码、绝对码转换。
39P01：外加基带信号输入铆孔。
39P07：相绝码转换输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK 调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．PSK、DPSK 信号线连接：
绝对码调制时的连接（PSK）：用专用导线将4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01 连接。 相对码调制时的连接（DPSK）：用专用导线将4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01连接。
注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。
3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
4．基带输入信号码型设置：
拨码器4SW02 设置为“00001 “，4P01 产生32K 的 15 位m 序列输出；4P03 输出为4P01 波形的相对码。
5. 跳线开关设置：
跳线开关37K02 1-2、3-4 相连。
6．载波幅度调节：
37W01：调节0 相载波幅度大小，使37TP02 峰峰值2～4V。(用示波器观测37TP02 的幅度，载波幅度不宜过大，否则会引起波形失真)
37W02：调节π相载波幅度大小，使37TP03 峰峰值2～4V。（用示波器观测37TP03 的幅度）。
7.相位调制信号观察：
（1）PSK 调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P01 点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察BPSK 调制输出波形，记录实验数据。
（2）DPSK 调制信号观察：双踪示波器，触发测量探头测试4P03 点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察DPSK 调制输出波形，记录实验数据。
8．噪声模块调节：
调节3W01，将3TP01 噪声电平调为0；调节3W02，使3P02 信号峰峰值2～4V。
9．PSK 解调参数调节：
调节38W01 电位器，使压控振荡器工作在2048KHZ，同时可用频率计鉴测38TP01 点。注意观察38TP02和38TP03 两测量点波形的相位关系。
10．相位解调信号观测：
（1）PSK 调制方式
观察38P02 点PSK 解调输出波形，并作记录，并同时观察PSK 调制端37P01 的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38W01）。
（2）DPSK 调制方式
“同步提取模块”的拨码器39SW01 设置为“0010”。观察38P02 和37P01 的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39P07 和4P01 的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。作记录。
11．加入噪声相位解调信号观测：
调节3W01 逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。
12. 关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验数据
1．基带输入信号码型设置：
拨码器4SW02 设置为“00001 “，4P01 产生32K 的 15 位m 序列输出；4P03 输出为4P01 波形的相对码。
2.基带信号与调制信号（绝对码）
3.基带信号与调制信号（相对码）
4.基准电平
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