实验八 移相键控调制与解调实验

实验八移相键控调制与解调实验
一、实验目的
1．掌握二相PSK（DPSK）调制解调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。

4．掌握伪随机序列的产生过程。

二、实验内容
1．PSK调制
用内时钟信号源产生的31位的伪随机码做输入信号来观察TP701∽TP707各测量点的波形。

2．PSK解调
依次测量TP708∽TP714各测量点的波形，画出波形图并做记录，注意时间、相位、幅度之间的关系。

3．观察眼图，并作记录分析。

三、实验原理
1．PSK调制
PSK系统的调制部分框图及原理电路分别如图8-1和图8-2所示。

图8-1 PSK调制部分框图
（1） m序列发生器
m序列发生器产生一个伪随机序列作为数字基带信号源。

根据本原多项式f（x）=X5+X3+1组成五级移位寄存器，可得到31位码长的m序列。

图8-3中码元速率约为1Mb/s，由实验1产生。

U703：74LS164为移位寄存器，反相器U704A：74LS04、U704B：74LS04、U704C：74LS04、U704D：74LS04、U704E：74LS04、U704A：74LS04和异或门U706C：74LS86、U706D：74LS86以及与门U705：74LS30
共同形成移位寄存器74LS164的复位电路，防止全零码，反相器U704D：74LS04、U704E：74LS04起放大、整形作用。

图8-2 PSK调制电路原理图
（2）绝对相移和相对相移
移相键控分为绝对相移和相对相移两种。

以未调载波的相位作为基准的相位调制叫做绝对移相。

以二进制为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相：“1”和“0”时调制后载波相位差180o。

绝对移相的波形如图8-3所示。

在同步解调的PSK系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至解调后的信码出现“0”、“1”倒置，发送为“1”码时，解调后得“0”码；发送“0”码时，解调后得“1”码，为了克服这种现象，需相对相移方式。

相对相移的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位为基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。

例如，当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波反相。

相对相移的波形如图8-3所示。

通常，相对移相可以通过对信码进行变换和绝对移相来实现。

将信码经过差分编码变换成新的码组——相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相，使输出的已调载波相位满足相对移相的相位关系。

设绝对码为{a
i }，相对码为{b
i
}，则二相编码的逻辑关系为：b
i
=a
i
+b
i-1。

图8-2中，U708B：
74LS74为锁存器，形成一级移位寄存器，异或门U706A：74LS86 为模二和电路，两者构成绝对码到相对码的转换电路。

（3）0相载波、π相载波产生电路
晶振J701：10.000MHz与反相器U707E：74LS04、U707F：74LS04共同产生10.000MHz 的方波，U708A：74LS74为二分频电路，在5脚和6脚分别输出5.000MHz的0相载波和π相载波。

（4）调相电路
调相电路是由数字选择器U709：74LS153完成。

当2脚和14脚同时为高电平时，7脚输出与3脚输入的0相载波相同；当2脚和14脚同时为低电平时，7脚输出与6脚输入的π相载波相同，这样就完成了差分信码对载波的相位调制。

图8-3示出了一个数字序列的相对移相的过程。

对应于差分编码，在解调部分采用差分译码，差分译码的逻辑为：c
i =b
i
+b
i-1
U(t)
绝对码
Uˊ(t)
绝对码
图8-3 数字序列的相对移相过程
2． PSK 解调
2PSK 系统的解调部分框图及原理电路图分别如图8-4和图8-5所示。

（1）同相正交环U m2cos(ω0+ф2)
图8-4 PSK 解调部分框图
绝大多数二相PSK 信号采用对称的移相键控，因而在码元“1”、“0”等概率条件下都是抑制载波的，即在调制信号的频谱中不含载波线谱，这样就无法用窄带滤波器从调制信号中直接提取参考相位载波。

对PSK 而言，只要用某种非线性处理的方法去掉相位调制，就能产生与载波有一定关系的分量，恢复出同步解调所需要的参考相位载波，实现对被抑制掉的载波跟踪。

从PSK 信号中提取载波的常用方法是采用载波跟踪锁相环，如平方环、同相正交环、逆调制环和判决反馈环等。

本实验采用同相正交环，同相正交环又叫科斯塔斯（Costas ）环。

在这种环路里，误差信号由两个鉴相器提供。

压控振荡器（VCO ）给出两路相互正交的载波到鉴相器，输入的2PSK 信号经鉴相后在低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，得到基带信号U d1、U d2，这时的基带信号包含着码元信号，无法对压控振荡器（VCO ）进行控制，将U d1和U d2经过基带模拟相乘器相乘，就可以去掉码元信息，得到反映VCO 输出信号与输入载波间相位差的控制电压。

（2）压控振荡器（VCO ）
压控振荡器是锁相环的关键部件，它的频率调节灵敏度和压控灵敏度决定了锁相环的跟踪性能。

本实验采用集成压控振荡器74LS124，其每一个振荡器都有两个电压控制器，V r （14脚）用于控制频率范围，V f （1脚）用于控制频率范围调节,外接电容C ext 用于选择振荡器的中心频率。

选取适当的V r 值和C ext 值，将误差电压经线形变换后充当控制电压V r ，这样就可以实现由误差电压控制VCO ，当F 0 10MHz 时，一组典型的实验数据为C ext =27.5pf ， V r =3.76V ，这时在2.8V 左右移动。

（3）传输畸变和眼图
数字信号经过非理想的传输系统必定产生畸变，为了衡量这种畸变的严重程度，一般都采用观察眼图的方式。

眼图是示波器重复扫描所显示的波形，示波器的输入信号是解调后经低通滤波器恢复的未经再生的基带信号，同步信号是位定时。

图8-5 PSK解调电路原理图
五、实验步骤
1．接通电源，按下按键开关：K1、K2、K700，使电路工作。

2．跳线开关设置：K701（1-2）、K702（1-2）。

3．依次观察TP701∽TP714各测量点的波形。

4．用频率计测量TP704的频率，记录下来，然后将频率计接TP711，调节W701、W702，使TP711处信号的频率锁定在10MHz左右（与TP704频率完全相同），用双踪示波器同时观察TP714和TP702的波形，如果这两处波形不一致，则微调W701使两个波形一致为止（两个波形间的相位差并不为0）。

5．用TP701作为同步信号，观察解调后的基带信号（TP714），利用双踪示波器观察眼图波形（注：本实验观察到的眼图为方波的眼图，因此现象并没有正弦波的眼图那么明显）。

五、测量点参考波形
TP701：输出频率为1MHz、占空比为50%的方波。

TP702：输出31位的伪随机码序列。

TP703：输出经差分变换后的伪随机码序列。

TP704：输出频率为10MHz的近似方波。

TP705：0相载波，频率为5MHz的近似方波。

TP706：π相载波，频率为5MHz的近似方波，波形与TP705反相。

TP707：PSK调制信号输出（用TP703做同步信号）。

TP708：PSK解调信号输入。

TP709：输出频率为5MHz的近似方波。

（作为载波）
TP710：波形同TP709。

TP711：调节电位器W701、W702，使频率锁定在10MHz左右。

TP712：输出频率为1MHz、占空比为50%的方波。

TP713：波形与TP712反相。

（位同步信号）
TP714：波形同TP702解调输出（有两个码元宽度的相移）。

六、实验仪器仪表
1. 40M数字示波器 1台
2. 现代通信原理实验系统实验箱 1台
3. 三用表 1块
七、实验思考题
1．PSK解调器系统由哪几大部分组成？简述各部分的作用。

2．为什么利用眼图能大致估算接收系统性能的好坏程度？
八、实验报告要求
1．根据实验结果，画出PSK相干解调的波形图，在图上标上相位关系。

2．根据实验结果，记录并画出眼图的波形图，标明眼图的各项参数。