4.通信原理振幅键控、移频键控、移相键控解调实验

实验十六振幅键控、移频键控、移相键控解调实验
一、实验目的
1．掌握2ASK相干解调的原理。

2．掌握2FSK过零检测解调的原理。

3．掌握2DPSK相干解调的原理。

二、实验内容
1．观察2ASK、2FSK、2DPSK解调信号波形。

2．观察2FSK过零检测解调器各点波形。

3．观察2DPSK相干解调器各点波形。

三、实验器材
1．信号源模块
2．数字调制模块
3．数字解调模块
4．同步信号提取模块
5．20M双踪示波器一台
四、实验原理
1．2ASK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16-1所示：
（a）
（b）
图16-1 2ASK解调原理框图
（a）非相干方式（b）相干方式
2． 2FSK 解调原理
(a)（a ）
cos ωt
1
(b) （b ）
（c ）
（a ）非相干方式；（b ）相干方式；（c ）过零检测法
图16-2 2FSK 解调原理框图
2FSK 有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图16-2所示。

这里采用的是过零检测法对2FSK 调制信号进行解调。

大家知道，2FSK 信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。

用过零检测法对FSK 信号进行解调的原理框图如图16-2（c ）所示。

其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在 2.5V 上。

2FSK 调制信号从“FSK-IN ”输入。

UA03（LM339）的判决电压设置在2.5V ，可把输入信号进行硬限幅处理。

这样，整形1将2FSK 信号变为TTL 电平；整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK 判决电压调节”的电位器进行调节。

单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器UA05（74HC32）一起共同对TTL 电平的2FSK 信号进行微分、整流处理。

电阻RA14与RA16决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。

抽样判决器的时钟信号就是2FSK 基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-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。

3． 2DPSK 解调原理
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16-3（a ）所示。

(a)
(b)
（a ）极性比较法
（b ）相位比较法
图16-3 2DPSK 解调原理框图
4． 二进制数字调制系统的性能比较
现在我们来比较一下2ASK 、2FSK 、2DPSK 这三种二进制数字调制系统的性能。

① 频带宽度
当码元宽度为Ts 时，2ASK 系统和2PSK 系统的频带宽度近似为2/Ts,2FSK 系统的
频带宽度近似为s
s
T
T f
f 2
212>+-。

因此，从频带宽度和从频带利用率上看，2FSK 系统最不可取。

② 表16-1中列出了2ASK 、2FSK 、2DPSK 数字调制系统的误码率e P 与输入信噪比r
的关系。

从该表清楚地看出，在每一对相干和非相干的键控系统中，相干方式略优于非相干方式。

它们基本上是exp()r -之间的关系，而且随着x →∞，它们将趋于同一极限值。

另外，三种相干（或非相干）方式之间，在相同误码率条件下，在信噪比要求上2PSK 比2FSK 小3dB 、2FSK 比2ASK 小3dB 。

由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK 性能最好，2FSK 次之，2ASK 最差。

表16-1二进制数字调制系统误码率公式表
③ 对于对信道特性变化的敏感性
在选择数字调制方式时，还应考虑它的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。

在2FSK 系统中，不需要人为地设置判决门限，它是直接比较两路解调输出的大小来作出判断的。

在2PSK 系统中，判决器的最佳判决门限电平为零，与接收机输出信号的幅度有关。

因此，它不随信道特性的变化而变化。

这时，接收机容易保持在最佳判决门限状态。

对于2ASK 系统，判决器的最佳判决门限为a/2 （当(1)(0)p p =时），它与接收机输入信号的幅度有关。

当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度a 将随着发生变化；相应地，判决器的最佳判决门限电平也将随之改变。

这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码率增大。

因此，就对信道特性变化的敏感性而言，2ASK 性能最差。

当信道存在严重的衰落时，通常采用非相干接收，因为这时在接收端不易得到相干解调所需的相干载波。

当发射机有严格的限制时，可考虑采用相干接收。

因为在给定的码元传输速率及误码率的条件下，相干接收所要求的信噪比要比非相干接收小。

④ 2ASK 、2FSK 、2PSK 来说，发送端设备的复杂程度差不多，而接收端的复杂程度
则与所选用的调制和解调方式有关。

对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非相干解调的复杂；而同为相干解调时，2PSK 的设备最复杂，2FSK 次之，2ASK 最简单。

五、实验步骤
1． 将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步信号提取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，再分别按下四个模块中的开关POWER1、
POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。

（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3． 将信号源模块的位同步信号（BS ）的频率设置为15.625KHz ，将信号源模块产生的
NRZ 码设置为01110010 11001100 10101010，将同步信号提取模块的拨码开关SW501的第一位拨上。

4． ASK 解调实验
① 用信号源模块产生的NRZ 码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，
使数字调制模块的信号输出点“ASK 调制输出”能输出正确的ASK 调制波形。

② 将“ASK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“ASK-IN ”，观
察信号输出点“ASK-OUT ”处的波形，并调节标号为“ASK 判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ 码为止。

将该点波形送入同步信号提取模块
的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“ASK-BS”，观察信号输出点“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”、“ASK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。

③改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。

5．FSK解调实验
①将信号源模块的位同步信号的频率恢复为15.625KHz，用信号源模块产生的NRZ
码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“FSK调制输出”能输出正确的FSK调制波形。

②将点“FSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观
察信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止。

将该点波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“FSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。

③改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。

6．PSK解调实验
①将信号源模块的位同步信号的频率恢复为15.625KHz，用信号源模块产生的NRZ
码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“PSK调制输出”能输出正确的PSK调制波形。

②将“PSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“PSK-IN”，将“PSK
调制输出”的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”，使信号输出点“载波输出”能输出提取出的正确的载波信号（方法请参考实验十四），再将该点的输出波形送入数字解调模块的信号输入点“载波输入”，观察信号输出点“PSK-OUT”
处的波形，并调节标号为“PSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止(电位器WA02可调节乘法器的平衡度，该处在出厂时已经调好，请勿自行调节)。

将点“PSK-OUT”输出的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”，再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“PSK-BS”，观察信号输出点“OUT4”、“OUT5”、“PSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。

③改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。

六、实验结果
15.625
62.5KHz
ASK OUT vs NRZ
ASK OUT
ASK 调制波形
FSK BS
FSK OUT
FSK 调制信号
NRZ 七、。