振幅键控、移频键控、移相键控调制实验(1)

实验4振幅键控、移频键控、移相键控调制实验一、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式。2.掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。3.掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。4.掌握2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱特性。二、实验内容1.观察绝对码、相对码波形。2.观察2ASK、2FSK、2DPSK信号波形。3.观察2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱。三、实验仪器信号源模块数字调制模块频谱分析模块20M双踪示波器一台频率计一台连接线若干四、实验原理调制信号为二进制序列的数字频带调制称为二进制数值调制。由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控（2DPSK）三种最近本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。1.2ASK调制原理在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通一断键控（00K）。2ASK信号典型的时域波形如图10-1所示，其时域数学代表式为：S2ASK(t)=an▪Acoswct式中，A为未调载波幅度，wc为载波角频率，an为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：0出现概率为Pan=1出现概率为1-P2ASK信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通一断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列S（t）控制门的通断，S(t)=1是开关导通；S（t）=0是开关截止，这种调制方式称为通一断键控法。其次，2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。在这里，我们采用的是通一断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK基带输入”和“ASK载波输入“输入，其原理框图和电路原理图分别如图10-2、图10-3所示。2.2FSK调制原理2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f0时代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f0和f1为载频、以an和an为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图10-4所示，其一般时域数学表达式为S2FSK(t)=∑ang(t-nTs)cosw0t+∑ang(t-nT)cosw1t式中，w0=2π图2FSK调制原理框图2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。这里，采用频率选择法，其调制原理框图如图10-5所示由图可知，从“FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，一路经U404（LM339）反相后接至U405B(4066)的控制端，另一路直接接至U405A(4066)的控制端。从“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”输入的载波信号分别接至U405A和U405B的输入端。当基带信号为“1”时，U405打开，U405B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A关闭，U405B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。载波1开关1相加器基带信号倒相器开关2载波22FSK3.2PSK(2DPSK)调制原理2PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和π相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图10-6所示。设二进制单极性码为an，其对应的双极性二进制码为bn，则2PSK信号的一般时域数学表达式为：其中：2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK基带输入”和“PAK载波输入”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS输入”点输入，其原理框图如图10-7所示：五、实验步骤1.将信号源模块、数字调制模块、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，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2,对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、L1、L2发光按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。3.ASK调制实验①将信号源模块产生的码速率为15.625KHZ的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“ASK基带输入”和“ASK载波输入”。以信号输入点“ASK基带输入”的信号为内触发源，用示波器双踪同时观察点“ASK基带输入”和点“ASK调制输出”输出的波形。并将这两点的基带信号差分变换反相器选相开关载波输入已调信号信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。②改变送入的基带信号，重复上述实验。4.FSK调制实验①信号源模块产生的码速率为15.625KHZ的周期性NRZ码和32KHZ正弦波（幅度为3V左右）及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“FSK基带输入”、“FSK在波输入1”和“FSK载波输入2”。以信号输入点“FSK基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“FSK基带输入”和点“FSK调制输出”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。②改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。5.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”。以信号输入点“差分编码输出”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK基带输入”和点“差分编码输出”的波形。②用双踪示波器同时观察点““差分编码””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。六、输入、输出点参考说明1.信号输入点参考说明ASK基带输入：ASK基带信号输入点。ASK载波输入：ASK载波信号输入点。FSK基带输入：FSK基带信号输入点。FSK载波输入1：FSK第一路载波信号输入点。FSK载波输入2：FSK第二路载波信号输入点。PSK/DPSK基带输入：PSK/DPSK基带信号输入点。PSK/DPSK载波输入：PSK/DPSK载波信号输入点。DPSK-BS输入：PSK差分编码时钟输入点。2.信号输出点参考说明ASK调制输出：ASK调制信号输出点。FSK调制输出：FSK调制信号输出点。PSK/DPSK调制输出：PSK/DPSK基带信号输入点。差分编码输出：PSK基带信号经差分编码后的信号输出点。七、实验思考题1.分析2ASK、2FSK、2DPSK的调制原理。2.比较2ASK、2FSK、2DPSK调制信号的频谱并做分析，进而分析三种调制方式各自的优缺点。八、报告实验1.分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2.根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。3.对实验思考题加以分析，并画出路原理图与工作波形图。