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二相BPSK(DPSK)调制实验


通信原理综合实验

实验九

二相 BPSK(DPSK)调制实验
实验内容
1.二相 BPSK 调制实验 2.二相 DPSK 调制实验

一. 实验目的
1.掌握二相 BPSK(DPSK)调制的工作原理及电路组成. 2.了解载频信号的产生方法. 3.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法.

二. 实验电路工作原理
在本实验中,绝对移相键控(PSK)是采用直接调相法来实现的,也就是用输入的基 带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相位键控. 图 9-1 是二相 PSK(DPSK)调制器电路框图.图 9-2 是它的电原理图. 数字相位调制又称为移相键控.它是利用载波相位的变化来传递数字信息的.通常又 可把它分成绝对相移与相对相移两种方式.绝对移相就是利用载波不同相位的绝对值来传 递信息.那么,怎样才能让载波不同相位的绝对值来传递信息呢?如果让所传输的数字基 带信号控制载波相位的改变,而载波的幅度和频率都不变,那么就得到载波相位发生变化 的已调信号.这种调制方式称为数字相位调制.即移相键控 PSK 调制. 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.因此,PSK 技术在中,高速数据传输中 得到了十分广泛的应用. 当传送的消息为一随机序列时,例如话音信号经过编码后的数字信号或其它数据信 号,则传送的调相信号也相应的为一随机振荡序列,其相位与传送消息相对应,如图 9-3 所示. 下面对图 9-2 中的电路作一分析.

图 9-3

二相 PSK 调制信号波形
54

TP301 TP302 TP303 TP309 K303 2 1 3 4 TP308 TP307 0相载波 2 π相载波 开关2 反相器 2 5 K302 TP306 TP304 TP305 绝对码与 相对码 转换电路 1 3 4 6 载波 反相 器 开关1 K304 1 3

1.024MHz方波入

512KHz方波入

32kHz时钟入

去K701的1脚 相 加 PSK 器 调制 输出

CLK

电路

32KHz伪码 1

2 3 K301 来至增量调制ΔM码数字信号输出

55

128KHz方波(1010码) 64KHz方波(1010码)

CPU中央控制处理器

实验九 二相 BPSK(DPSK)调制实验

图9-1 PSK调制及测量点分布原理框图

通信原理综合实验

TPSK+5 -5 TP305 2 12 13 6PIN E302 47uF -5 5 U305C 74LS04 6 SW301 SW-PB 66-1 +12 W302 104 TP302 C308 104 +12 7 C305 333 R303 1K R304 10K C309 104 3 2 4 1 5 -12 8 TP303 6 U304 LM318 11 E301 47uF R307 1K R306 150 12 U302B 4066 10 1 +12 L301 L-330uH R302 47K C304 333 66-13 13 U302A 4066 R309 100 2 R308 150 1 3 TP307 TP309 R310 1K C307 104 1 TP304 14 3 32K 2 TP306 U305A U305B 74LS04 74LS04 3 4 2 1 6 D CD Vcc CLK SD D 4 5 O U303A 74LS74 128K 64K DIGITAL SIGNAL U107D 74LS86 11
1 2 3 4 5 6

PN32K DS

1 3

K301 3PIN K302

K300 PA +5 R311 1K

D301 LED

C306 104

TP300

56
7 8 U301 LM318 3 6 2 4 -12 C302 91P C303 3-10P 1 5 BG301 9013 W301 104

TP301

K303 4PIN 2 4 TP308 PSK OUT

U305E 74LS04

1024K

11

10

K304 1 3PIN 2 3

C301 333

R301 1K

512K

13

12

U305F 74LS04

R305 100

图9-2 PSK调制电路电原理图

实验九 二相 BPSK(DPSK)调制实验

1.内载波发生器

图 9-4 1.024MHz 内载波发生器 电路如图 9-4 所示, 来自信号发生器的 1.024MHz 或 512KHz 方波信号输入至开关 K304, 经过由 U301 等元件组成反相运算变换器,将方波信号变换成正弦波信号,调节 W301 可改 变输出信号的幅度.由 BG301 等元件组成的是射随器电路,它起隔离作用. 2.载波倒相器 模拟信号的倒相通常采用运放作倒相器,如图 9-2 所示,电路由 U304 等组成,来自 1.024MHz 载波信号输入到 U304 的反相输入端 2 脚,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 W302. 3.信码反相器 由 U305:C(74LS04)组成. 4.模拟开关相乘器 对载波的相移键控是用乘法器来实现的,常用的乘法器有环行调制器,模拟乘法器集 成电路以及模拟开关电路等,本实验用的是模拟开关 4066 作乘法器,如图 9-2 右半部分. TP302 TP307 U1入 U1出 0相 波 载 U1入 U1出 0 0 t t

TP303 π载 相波 0

U2入 t U2入 U2出

TP308 0

U2出 t

TP305 信 码 1 1 1 00 1 0 1 0 t 信输 码入

TP309 0

U合 t

图 9-5 模拟开关相乘器工作波形 从图中可知,0 相载波与π相载波分别加到模拟开关 1:U302:A 的输入端(1 脚) ,模
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通信原理综合实验

拟开关 2:U302:B 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 1 的输入控制端(13 脚) ,它反极性加到模拟开关 2 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 1 的输入控制端为高电平,模 拟开关 1 导通,输出 0 相载波,而模拟开关 2 的输入控制端为低电平,模拟开关 2 截止. 反之,当信码为"0"码时,模拟开关 1 的输入控制端为低电平,模拟开关 1 截止.而模 拟开关 2 的输入控制端却为高电平,模拟开关 2 导通.输出π相载波,两个模拟开关的输 出通过载波输出控制开关 K303 合路叠加后输出,即为二相 PSK 调制信号,如图 9-5 所示. 在数据传输系统中,由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强,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,因而这种方式广泛应 用在实际通信系统中. 上面已对绝对相移作了分析,那么相对移相的含义是什么? 所谓相对移相,就是利用载波相位的相对值来传递信息,也就是利用前后码元载波相 位的相对变化来传递信息,所以也称为"差分移相" .理论分析和实际试验证明:在恒参 信道下,移相键控比振幅键控,频率键控,不但具有较高的抗干扰性能,而且可更经济有 效地利用频带.所以说它是一种比较优越的调制方式,因而在实际中得到了广泛的应用. 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. 9-6 是绝对与相对码转换电路. 图 按键SW301, 用来将D触发器Q端输出置"1" .

图 9-6

绝对与相对码转换电路

在绝对相移方式,由于发端是以两个可能出现的相位之中的一个相位作基准的.因而 在收端也必须有这样一个相同的基准相位作参考,如果这个参考相位发生变化(0 相变π 相或π相变 0 相) ,则恢复的数字信息就会发生 0 变 1 或 1 变 0,从而造成错误的恢复.在 实际通信时参考基准相位的随机跳变是有可能发生的, 而且在通信过程中不易被发现. 如, 由于某种突然的骚动,系统中的触发器可能发生状态的转移,锁相环路稳定状态也可能发 生转移,等等,出现这种可能时,采用绝对移相就会使接收端恢复的数据极性相反.如果 这时传输的是经增量调制的编码后话音数字信号,则不影响话音的正常恢复,只是在相位 发生跳变的瞬间,有噪声出现,但如果传输的是计算机输出的数据信号,将会使恢复的数
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实验九 二相 BPSK(DPSK)调制实验

据面目全非,为了克服这种现象,通常在传输数据信号时采用二相相对移相(DPSK)方式. DPSK 是利用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式. TP305 数字信息序列 0 0 1 1 1 0 0 1 t 0
TP309 BPSK波形 0 TP309 DPSK波形 t

0

0

1

1

1

0

0

1

(绝对码)

(相对码) t

基准相位载波 0

0

0

1

0

1

1

1

0

图 9-7

PSK DPSK 编码波形

绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的,如规定高电平代表"1" ,低电 平代表"0" . 相对码(差分码)是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信 息的,如规定:相对码中有跳变表示 1,无跳变表示 0. 图 9-8(a)是差分编码器电路,可用模二加法器延时器(延时一个码元宽度Tb)来实 现这两种码的互相转换. 设输入的相对码an为 1110010 码,则经过差分编码器后输出的相对码bn为 1011100,即 bn= an⊕ bn–1. 图 9-8(b)是它的工作波形图.
TP305

an
0 1 1 1 0 0 1 0 0 t 0 1 1 1 0 t

TP305

an bn-1

+ 延迟-码元 Tb

TP306

bn
当K3022-3时

bn-1
0
TP306

bn-1
t

bn
0 1 0 1 1 1 0 0 t

图 9-8(a) 差分编码器电路

图 9-8(b) 工作波形

三. 实验内容
1.二相 BPSK 调制实验 用内载波发生器产生的信号作输入载波信号来观察 TP301∽ TP309 各测量点的波形.
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通信原理综合实验

2.二相 DPSK 调制实验 加入差分编码器电路来传输二相 DPSK 信号,即将开关 K302 置成 2 脚与 3 脚相连,其 它开关设置不变,重做上述内容.

四. 实验步骤及注意事项
1.按下按键开关:K2,K3,K100,K300,K700. 2.按一下"开始"与"PSK"功能键,显示代码"5" . 3.跳线开关设置: K3041–2,K3011–2,K3021–2或K3022–3或K3024–5或K3025–6,K3031-2与3-4. 4.跳线开关设置功能如下: K3021-2:伪随机码,码序列为 1110010,速率为 32KHz的绝对码. K3022-3:伪随机码,码序列为 1110010,速率为 32KHz的相对码. K3024-5:128KHz方波,码序列为 1010 码. K3025-6:64KHz方波, 码序列为 1010 码. K3041-2:1.024MHz方波,作为载波输入. K3042-3:512KHz方波, 作为载波输入. 5.做二相 BPSK 实验时,必须把开关 K302 的 1 脚与 2 脚相连接. 做二相 DPSK 实验时,必须把开关 K302 的 2 脚与 3 脚相连接.

五. 测量点说明
1.TP301:输入方波信号,K304 的 1 与 2 相连,频率为 1024KHz 方波信号. 2 与 3 相连,频率为 512KHz 方波信号. 2.TP302:输入载波信号,频率同 TP301.当波形不好时,可调节电位器 W301. 3.TP303:波形同 TP302 反相,波形不好时,可调节电位器 W302. 4.TP304:32KHz 工作时钟信号. 5.TP305:数字基带信号绝对码输出波形,码型是:1110010 码. 6.TP306:输出波形由开关 K302 选择: a. K302 的 2 与 3 相连,数字基带信号相对码输出波形,码型为 1110010; b. K302 的 4 与 5 相连,128KHz 方波,码序列为 1010 码. c. K302 的 5 与 6 相连,64KHz 方波, 码序列为 1010 码. 7.TP307:PSK 的 0 相载波输出,当 K303 都断开时. 8.TP308:PSK 的π相载波输出,当 K303 都断开时. 9.TP309:PSK 调制信号输出波形,当 K303 都相连时,即 1 与 2,3 与 4 脚都相接.

六. 实验报告要求
1.简述 DPSK 调制电路的工作原理及工作过程. 2.根据实验测试记录(波形,频率,相位,幅度以及时间对应关系)依此画出调制器各 测量点的工作波形,并给以必要的说明.

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