PSK調製解調實驗報告範文

一、實驗目的

1. 掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法；

2. 掌握二相相位鍵控調製解調的工作原理及性能測試；

3. 學習二相相位調製、解調硬件實現，掌握電路調整測試方法。

二、實驗儀器

1．時鐘與基帶數據發生模塊，位號：G

2．PSK 調製模塊，位號A

3．PSK 解調模塊，位號C

4．噪聲模塊，位號B

5．復接/解復接、同步技術模塊，位號I

6．20M 雙蹤示波器1 台

7．小平口螺絲刀1 只

8．頻率計1 台（選用）

9．信號連接線4 根

三、實驗原理

相位鍵控調製在數字通信系統中是一種極重要的調製方式，它具有優良的抗干擾噪聲性能及較高的頻帶利用率。在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調製方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實際通信系統中。本實驗箱採用相位選擇法實現相位調製（二進制），絕對移相鍵控（PSK 或CPSK）是用輸入的基帶信號（絕對碼）選擇開關通斷控制載波相位的變化來實現。相對移相鍵控（DPSK）採用絕對碼與相對碼變換後，用相對碼控制選擇開關通斷來實現。

（一） PSK 調製電路工作原理

二相相位鍵控的載波為1.024MHz，數字基帶信號有32Kb/s 偽隨機碼、及其相對碼、32KHz 方波、外加數字信號等。相位鍵控調製解調電原理框圖，如圖6-1 所示。

1．載波倒相器

模擬信號的倒相通常採用運放來實現。來自1.024MHz 載波信號輸入到運放的反相輸入端，在輸出端即可得到一個反相的載波信號，即π相載波信號。為了使0 相載波與π相載波的幅度相等，在電路中加了電位器37W01 和37W02 調節。

2．模擬開關相乘器

對載波的相移鍵控是用模擬開關電路實現的。0 相載波與π相載波分別加到模擬開關A：CD4066 的輸入端（1 腳）、模擬開關B：CD4066 的輸入端（11 腳），在數字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模擬開關A 的輸入控制端（13 腳），它反極性加到模擬開關B 的輸入控制端（12 腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關

A 的輸入控制端為高電平，模擬開關A 導通，輸出0 相載波，而模擬開關B 的輸入控制端為低電平，模擬開關B 截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬開關A 的輸入控制端為低電平，模擬開關A 截止。而模擬開關B 的輸入控制端卻為高電平，模擬開關B 導通。輸出π相載波，兩個模擬開關輸出通過載波輸出開關37K02 合路疊加後輸出為二相PSK 調製信號。另外，DPSK 調製是採用碼型變換加絕對調相來實現，即把數據信息源（偽隨機碼序列）作為絕對碼序列{an}，通過碼型變換器變成相對碼序列{bn}，然後再用相對碼序列{bn}，進行絕

對移相鍵控，此時該調製的輸出就是DPSK 已調信號。本模塊對應的操作是這樣的（詳細見圖6-1），37P01 為PSK 調製模塊的基帶信號輸入鉚孔，可以送入4P01 點的絕對碼信（PSK），也可以送入相對碼基帶信號(相對4P01 點的數字信號來説，此調製即為DPSK 調製)。

（二）相位鍵控解調電路工作原理

二相PSK(DPSK) 解調器的總電路方框圖如圖6-2 所示。

該解調器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復電路與信碼再生整形電路。載波恢復和位定時提取，是數字載波傳輸系統必不可少的重要組成部分。載波恢復的具體實現方案是和發送端的調製方式有關的，以相移鍵控為例，有：N 次方環、科斯塔斯環(Constas 環)、逆調製環和判決反饋環等。近幾年來由於數字電路技術和集成電路的迅速發展，又出現了基帶數字處理載波跟蹤環，並且已在實際應用領域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學生基礎知識的學習及對基本理論的理解，我們從實際出發，選擇科斯塔斯環解調電路作為基本實驗。

1．二相(PSK，DPSK)信號輸入電路

由整形電路，對發送端送來的二相(PSK、DPSK)信號進行前後級隔離、放大後送至鑑相器1 與鑑相器2分別進行鑑相。

圖6-2 解調器原理方框圖

2．科斯塔斯環提取載波原理

經整形電路放大後的信號分兩路輸出至兩鑑相器的輸入端，鑑相器1 與鑑相器2 的控制信號輸入端的控制信號分別為0 相載波信號與π/2 相載波信號。這樣經過兩鑑相器輸出的鑑相信號再通過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調出數字基帶信碼，由相乘器電路，去掉數字基帶信號中的數字信息。得到反映恢復載波與輸入載波相位

之差的誤差電壓Ud, Ud 經過環路低通濾波器濾波後，輸出了一個平滑的誤差控制電壓，去控制VCO 壓控振盪器74S124。它的中心振盪輸出頻率範圍從1Hz 到60MHz，工作環境温度在0～70℃，當電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與範圍控制電壓都為+2V 時，74S124 的輸出頻率表達式為： f0 = 5×10-4/Cext，在實驗電路中，調節精密電位器38W01(10KΩ)的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124 的2 腳)與範圍控制輸入電壓(74LS124 的3 腳)基本相等，此時，當電源電壓為+5V 時，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再改變4、5 腳間電容,使74S124 的7 腳輸出為2.048NHZ 方波信號。74S124 的6 腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振盪器工作；當74S124 的第7 腳輸出的中心振盪頻率偏離2.048MHz時，此時可調節38W01，用頻率計監視測量點38TP02 上的頻率值，使其準確而穩定地輸出2.048MHz 的同步時鐘信號。該2.048MHz 的載波信號經過分頻(÷2)電路：一次分頻變成1.024MHz 載波信號，並完成π/2 相移相。 這樣就完成了載波恢復的功能。

從圖中可看出該解調環路的優點是：

①該解調環在載波恢復的同時，即可解調出數字信息。

②該解調環電路結構簡單，整個載波恢復環路可用模擬和數字集成電路實現。

但該解調環路的缺點是：存在相位模糊，即解調的數字基帶信號容易出現反向問題。DPSK 調製解調就可以解決這個問題，相絕碼轉換在“復接/解復接、同步技術模塊”上完成。

四、各測量點及可調元件的作用

1．PSK 調製模塊

37K02：兩調製信號疊加。1-2 腳連，輸出“1”的調製信號；2-3 腳連，輸出“0”的調製信號。

37W01：調節0 相載波幅度大小，使37TP02 峯峯值2～4V。

37W02：調節π相載波幅度大小，使37TP03 峯峯值2～4V。

37P01：外加數字基帶信號輸入鉚孔。

37TP01：頻率為1.024MHz 方波信號，由4U01 芯片(EPM240)編程產生。

37TP02：0 相1.024MHZ 載波正弦波信號，調節電位器37W01 改變幅度（2～4V 左右）。 37TP03：π 相1.024MHZ 載波正弦波信號，調節電位器37W02 改變幅度（2～4V 左右）。 37P02：PSK 調製信號輸出鉚孔。由開關37K02 決定。

1-2 相連3-4 斷開時，37P02 為0 相載波輸出；

1-2 斷開3-4 相連時，37P02 為π相載波輸出；

1-2 和3-4 相連時，37P02 為PSK 調製信號疊加輸出。注意兩相位載波幅度需調整相同，否則調製信號在相位跳變處易失真。

2．PSK 解調模塊

38W01：載波提取電路中壓控振盪器調節電位器。

38P01：PSK 解調信號輸入鉚孔。

38TP01：壓控振盪器輸出2.048MHz 的載波信號，建議用頻率計監視測量該點上的頻 率值 有偏差時，此時可調節38W01，使其準確而穩定地輸出2.048MHz 的載波信號，即可解調輸 出數字基帶信號。

38TP02：頻率為1.024MHz 的0 相載波輸出信號。

38TP03：頻率為1.024MHz 的π/2 相載波輸出信號，對比38TP02。

38P02：PSK 解調輸出鉚孔。PSK 方式的科斯塔斯環解調時存在相位模糊問題，解調出的基帶信號可能會出現倒相情況；DPSK 方式解調後基帶信號為相對碼，相絕轉換由下面的“復接/解復接、同步技術模塊”完成。

3．復接/解復接、同步技術模塊

39SW01：功能設置開關。設置“0010”，為32K 相對碼、絕對碼轉換。

39P01：外加基帶信號輸入鉚孔。

39P07：相絕碼轉換輸出鉚孔。

五、實驗內容及步驟

1．插入有關實驗模塊：

在關閉系統電源的條件下，將“時鐘與基帶數據發生模塊”、“ PSK 調製模塊” 、“噪聲模塊”、“PSK解調模塊”、“同步提取模塊”，插到底板“G、A、B、C、I”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分佈表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。

2．PSK、DPSK 信號線連接：

絕對碼調製時的連接（PSK）：用專用導線將4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01 連接。 相對碼調製時的連接（DPSK）：用專用導線將4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01連接。

注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。

3．加電：

打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。

4．基帶輸入信號碼型設置：

撥碼器4SW02 設置為“00001 “，4P01 產生32K 的 15 位m 序列輸出；4P03 輸出為4P01 波形的相對碼。

5. 跳線開關設置：

跳線開關37K02 1-2、3-4 相連。

6．載波幅度調節：

37W01：調節0 相載波幅度大小，使37TP02 峯峯值2～4V。(用示波器觀測37TP02 的幅度，載波幅度不宜過大，否則會引起波形失真)

37W02：調節π相載波幅度大小，使37TP03 峯峯值2～4V。（用示波器觀測37TP03 的幅度）。

7.相位調製信號觀察：

（1）PSK 調製信號觀察：雙蹤示波器，觸發測量探頭測試4P01 點，另一測量探頭測試37P02，調節示波器使兩波形同步，觀察BPSK 調製輸出波形，記錄實驗數據。

（2）DPSK 調製信號觀察：雙蹤示波器，觸發測量探頭測試4P03 點，另一測量探頭測試37P02，調節示波器使兩波形同步，觀察DPSK 調製輸出波形，記錄實驗數據。

8．噪聲模塊調節：

調節3W01，將3TP01 噪聲電平調為0；調節3W02，使3P02 信號峯峯值2～4V。

9．PSK 解調參數調節：

調節38W01 電位器，使壓控振盪器工作在2048KHZ，同時可用頻率計鑑測38TP01 點。注意觀察38TP02和38TP03 兩測量點波形的相位關係。

10．相位解調信號觀測：

（1）PSK 調製方式

觀察38P02 點PSK 解調輸出波形，並作記錄，並同時觀察PSK 調製端37P01 的基帶信號，比較兩者波形相近為準（可能反向，如果波形不一致，可微調38W01）。

（2）DPSK 調製方式

“同步提取模塊”的撥碼器39SW01 設置為“0010”。觀察38P02 和37P01 的兩測試點，比較兩相對碼波形，觀察是否存在反向問題；觀察39P07 和4P01 的兩測試點，比較兩絕對碼波形，觀察是否還存在反向問題。作記錄。

11．加入噪聲相位解調信號觀測：

調節3W01 逐步增加調製信號的噪聲電平大小，看是否還能正確解調出基帶信號。

12. 關機拆線：

實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，並按要求放置好實驗模塊。

六、實驗數據

1．基帶輸入信號碼型設置：

撥碼器4SW02 設置為“00001 “，4P01 產生32K 的 15 位m 序列輸出；4P03 輸出為4P01 波形的相對碼。

2.基帶信號與調製信號（絕對碼）

3.基帶信號與調製信號（相對碼）

4.基準電平