实验七 振幅键控

实验七振幅键控（ASK）调制与解调实验一、实验目的1、掌握用键控法产生ASK信号的方法。2、掌握ASK非相干解调的原理。二、实验内容1、观察ASK调制信号波形2、观察ASK解调信号波形。三、实验器材1、信号源模块一块2、③号模块一块3、④号模块一块4、⑦号模块一块5、60M双踪示波器一台6、连接线若干四、实验原理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—断键控（OOK）。2ASK信号典型的时域波形如图7-1所示，其时域数学表达式为：2()cosASKncStaAt式中，A为未调载波幅度，c为载波角频率0Ts2Ts3Ts4Ts1011S2ASK(t)A-A0ar2tt图7-12ASK信号的典型时域波形2ASK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－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()St控制门的通断，()St＝1时开关导通；()St＝0时开关截止，这种调制方式称为通－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。2、2ASK解调原理。2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，相应的接收系统原理框图如图7-2所示：耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入半波整流器（a）非相干方式耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入相乘器相干载波（b）相干方式图7-22ASK解调原理框图3、ASK调制电路在这里，我们采用的是通－断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ”和“ASK载波”输入，其实验框图和电路原理图分别如图9-3、图9-4所示。信号源CPLD隔离电路模拟开关4066PN64K同步正弦波(8K)（载波输入）ASK载波ASK-OUTASK调制电路ASK-NRZ（基带信号输入）图7-3ASK调制实验框图图7-4ASK调制原理图4、ASK解调电路信号源CPLDPN64K同步正弦波(8K)输出ASK载波ASK-NRZ（基带信号输入）ASK调制电路耦合电路低通滤波器抽样判决器半波整流器ASK-OUT输入ASKIN位同步信号（7号板）DIN输入BS输出输入ASK-BSASK解调电路TH2输出OUT1ASK-DOUT输出图7-5ASK解调实验框图我们采用的是包络检波法。实验框图如图7-5所示。ASK调制信号从“ASKIN”输入，经C1和R1组成的耦合电路至半波整流器（由D4、D5组成），半波整流后的信号经低通滤波器U4（TL082）、电压比较器U1（LM339）与参考电位比较后送入抽样判决器进行抽样判决，最后得到解调输出的二进制信号。电位器W1用来调节电压比较器U1的判决电压。判决电压过高，将会导致正确的解调结果的丢失；判决电压过低，将会导致解调结果中含有大量错码，因此，只有合理选择判决电压，才能得到正确的解调结果。抽样判决用的时钟信号就是2ASK基带信号的位同步信号，该信号从“ASK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。五、实验步骤ASK调制实验1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上。双踪示波器，设置CH1通道为同步源。2、关闭电源，按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（8K）模块3：ASK-NRZS4拨为1100，PN是8K伪随机序列，码型：111100010011010信号源：64K同步正弦波模块3：ASK载波提供ASK调制载波，幅度为2V3、打开电源，观察并记录ASK载波、ASK-NRZ（ASK基带信号输入）。CH1接ASK-NRZ信号做示波器的触发源，CH2接ASK-OUT输出波形（即为PN码经过ASK调制后的波形）。图7-164K同步正弦波（ASK载波）图7-2ASK调制输出波形CH1是8K伪随机码，CH2是ASK调制输出波形分析：ASK调制输出波形是PN与载波相乘后得到的，载波的振幅随着PN信号而变化；信号源PN产生的波形与载波经过乘法器相乘后，再经过滤波就形成了ASK调制波形。ASK解调实验（包络）1、关闭电源。接着上面ASK调制实验继续连线：源端口目的端口连线说明模块3：ASK-OUT模块4：ASKINASK解调输入模块3：ASK-OUT模块7：DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7：BS模块4：ASK-BS提取的位同步信号2、打开电源，将模块7上的拨码开关S2拨为“ASK-NRZ”频率的16倍，如本例“ASK-NRZ”选8K时，S2应选128K，即拨“1000”。观察模块4上信号输出点“ASK-DOUT”处的波形，把电位器W3逆时针拧到最大，并缓慢调节电位器W1（改变判决门限），直到在“ASK-DOUT”处观察到稳定的PN码。图7-3提取的位同步信号图7-4非相干解调检波-低通输出CH1是8K伪随机码，CH1是ASK，CH2是半波整流输出CH2是提取的位同步信号分析：由图7-4可知半波整流就是在交流电的半个周期有电流输出，另半个周期没有电流，即只有半个周期的波形。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。图7-5稳定的ASK解调比较输出波形图7-6解调判决输出波形CH1是8K伪随机码，CH1是8K伪随机码，CH2是稳定的ASK解调-比较输出波形。CH2是恢复的基带信号。分析：ASK-NRZ与OUT1在波形上基本一样，相位上有一点偏移，幅度上有差别，可能是由于量化误差引起的。本实验采用的是包络检波法，ASK调制信号从“ASKIN”输入，经C1和R1组成的耦合电路至半波整流器，半波整流后的信号经低通滤波器、电压比较器与参考电位比较后送入抽样判决器进行抽样判决，最后得到解调输出的二进制信号。实验九移相键控（PSK/DPSK）调制与解调实验一、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法。2、掌握用键控法产生PSK/DPSK信号的方法。3、掌握PSK/DPSK相干解调的原理。4、掌握绝对码波形与DPSK信号波形之间的关系。二、实验内容1、观察绝对码和相对码的波形和转换关系。2、观察PSK/DPSK调制信号波形。3、观察PSK/DPSK解调信号波形。三、实验器材1、信号源模块一块2、③号模块一块3、④号模块一块4、⑦号模块一块5、60M双踪示波器一台6、连接线若干四、实验原理1、2PSK/2DPSK调制原理PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。PSK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9-1所示。0Ts2Ts3Ts4Ts1011S2PSK(t)A-A0ar2tt图9-12PSK信号的典型时域波形我们知道，2PSK信号是一种双边带信号,2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒π”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。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信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-NRZ”和“PSK载波”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS”点输入，其原理框图如图11-4所示：载载载载载载载载载载载载载载载载K3载载载图11-４2DPSK调制原理框图DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列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。2、2DPSK解调原理相乘器低通滤波器逆差分变换抽样判决器运放调制信号输入本地载波解调信号输出位同步信号延迟低通滤波器抽样判决器位同步信号带通滤波器相乘器调制信号输入解调信号输出(a)(b)（a）极性比较法（b）相位比较法图9-32DPSK解调原理框图2DPSK解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPSK信号进行解调，原理框图如图9-3（a）所示。2PSK调制信号从“PSKIN”输入，位同步信号从“PSK-BS”输入，同步载波从“载波输入”点输入。调制信号经过U11（MC1496）与载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，对此信号进行抽样判决（抽样判决器由U15（74LS74）构成，其时钟为基带信号的位同步信号），将K1的2、3脚相连，即可得到基带信号，对于2DPSK信号，将K1的1、2脚相连，即将PSK解调信号再经过逆差分变换电路（由U15（74LS74）、U13（74LS86）组成），就可以得到基带信号了五、实验步骤PSK/DPSK调制实验1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，双踪示波器，设置CH1通道为同步源。2、关闭电源。按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（32K）模块3：PSK-NRZS4拨为“1010”，PN是32K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3：PSK载波提供PSK调制载波，幅度为4V3、打开电源，将开关K3拨到“PSK”端，观察PSK调制过程。图9-1128K同步正弦波观察PSK调制波形，CH1接“PSK-NRZ”的信号为内触发源，CH2接“PSK-OUT”输出的波形。图9-2PSK调制波形CH1是32kb/sPN基带信号，CH2是PSK调制波形分析:PSK调制波形的相位随基带信号发生变化，在下降沿或上升沿的地方相位发生变化。4、关闭电源。不改变PSK调制实验连线。将开关K3拨到“DPSK”端，增加连线：源端口目的端口连线说明信号源：CLK1（32K）模块3：PSK-BSDPSK位同步时钟输入5、打开电源，观察DPSK调制。图9-3绝对码与相对码（CH1是绝对码，CH2是PSK相对码）分析：相对码就等于绝对码与它前一位的码异或得到的。图9-4DPSK调制信号（CH1是相对码，CH2是DPSK调制信号）分析：相对码的调制比绝对码多了一个差分编码器，其它的都一样。二、PSK/DPSK解调实验（极性比较）1、关闭电源。恢复PSK调制实验的连线，K3拨到“PSK”端，然后增加以下连线：源端口目的端口连线说明模块3：PSK-OUT模块4：PSKINPSK解调输入(32K伪随机码调制128K载波)模块3：PSK-OUT模块7：PSKIN载波同步提取输入模块3：PSK-OUT模块7：DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7：载波输出模块4：载波输入提供同步解调载波模块7：BS模块3：PSK-BS提取的位同步信号2、打开电源，将模块7上的拨码开关S2选512k，拨为“0110”。观察模块4上信号输出点“PSK-DOUT”（PSK解调信号经电压比较器后的信号）处的波形。并调节模块4上的电位器W4（逆时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PSK-DOUT。CH1接PSK-NRZ信号做示波器的触发源，CH2接PSK-DOUT输出的波形。图9-5PSK解调稳定的PN码CH1是32K伪随机PN码，CH2是PSK解调时得到的稳定PN码3、观察PSK的极性比较法解调过程。用示波器