ASK,PSK,FSK调制与解调实验

实验十四 2ASK调制与解调实验实验目的：1.了解数字调制与解调的概念。

2.掌握2ASK调制的原理与实现方法。

3.掌握2ASK解调的原理与实现方法。

实验内容：1.采用数字键控法2ASK调制，观测2ASK调制信号的波形。

示波器双踪观察NRZ输入与调制输出测试点波形。

其中NRZ输入码型为000011111101100011110101，调制输出符合2ASK调制波形。

由频谱图可知，2ASK调制带宽为190KHz，满足分析结果192KHz。

实验现象记录8-1 方波频率8KHz，占空比50% 8-2 方波频率16KHz，占空比50%8-3 方波频率为4KHz时的还原信号8-4 方波频率为16KHz时的还原信号8-5 方波频率8KHz，占空比10% 8-6 方波频率8KHz，占空比20%8-7 方波频率8KHz，占空比50% 8-8 方波占空比为10%时的还原波形8-9 方波占空比为20%时的还原波形实验分析1、由于采样信号的频谱以Sample函数为包络，并以采样频率为周期进行延拓，因此，对于图8-1，当方波频率为8KHz，占空比为50%时，Sample函数的第一个过零点在16KHz处；而当方波频率为16KHz，占空比为50%时，Sample函数的第一个过零点在32KHz处。

且两种情况下原信号的频谱均以采样频率8KHz为周期进行延拓。

2、由图8-3和8-4可知，当抽样频率大于奈奎斯特频率时，PAM信号通过低通滤波器后能很好地还原出原信号，且随着抽样频率的升高，恢复得到的波形越接近原波形，但当抽样频率高过一定值时，再提高抽样频率也不会使信号得到更好的恢复，而此时对抽样脉冲的要求则大大提高了，因此过高的采样频率是没有必要的。

3、由图8-5,8-6和8-7可看出，随着抽样占空比的增加，采样信号频谱包络的第一个过零点逐渐减小，且两个过零点之间包含的延拓信号的周期数也随之减小。

4、由图8-8和8-9可以看出，在抽样频率满足抽样定理的前提下，随着抽样信号占空比的增大，恢复出来的信号越接近于原波形。

实验思考：1.简述抽样定理。

答：一个频带限制在（0，H f）的连续时间信号，若用大于2H f的频率对其进行等间隔采样，则可以不失真地利用这些采样值恢复出原信号。

2.在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？答：包含。

这是因为采样后的信号频谱为原信号频谱以采样频率为间隔的周期延拓，故包含直流分量，该分量也是我们最终用低通滤波器来恢复原信号的关键。

3.改变抽样频率对“PAM输出信号”有何影响？改变抽样脉冲占空比对“PAM输出信号”有何影响，试比较分析之。

答：（1）当抽样频率小于奈奎斯特频率时，“PAM输出信号”的频谱产生混叠；而当采样频率大于奈奎斯特频率时，该信号的频谱则呈现为被采样信号频谱的周期延拓，且随着抽样频率的升高，每个周期间的信号频谱的间隔逐渐增大，能被很好地区分开来。

（2）随着抽样占空比的增大，采样信号频谱包络的第一个过零点逐渐减小，两个过零点之间包含的延拓信号的周期数也随之减小。

4.为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？答：因为当抽样脉冲的频率高于输入信号的频率时，通过低通滤波器之后高频的延拓信号被滤掉了，同时高频的抽样时钟信号也被滤除，因此，只需通过低通滤波器便能完成PAM解调，恢复出原信号。

实验九脉冲编码调制与解调实验（PCM）实验目的：1.掌握抽样信号的量化原理。

2.掌握脉冲编码调制的基本原理。

3.了解PCM系统中噪声的影响。

实验内容:1.对模拟信号脉冲编码调制，观察PCM编码。

实验现象记录9-1 “FRAM-IN”和”PCM-OUT”的波形9-2 “S-IN”和”PCM-OUT”的波形9-3 PCM解调信号与原信号的对比实验分析1、由图9-1可知，由于帧信号”FRAM-IN”的频率为8KHz，而被编码的输入信号”S-IN”的频率为2KHz，因此每四帧编码为一个周期，图9-2很好地阐述了这一点。

图9-1还显示了编码后的PCM信号”PCM-OUT”。

2、由图9-3可知，经过PCM编码和解码后的输出信号与原输入信号波形基本一致，即原信号通过此编解码系统后能很好地被恢复出来。

实验思考：1.分析脉冲编码调制与解调的基本工作原理，画出其流程框图，并解释每一步的作用。

答：脉冲编码调制（PCM）与解调的工作原理：PCM是一种对模拟信号数字化的取样技术，一般要经过采样、量化、编码三个步骤。

抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号；量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号；编码过程将量化后的信号用一组二进制码表示出来。

最后，通过一低通平滑滤波器，滤除高频成分后，即可将译码后的信号恢复成原信号。

2.阅读附录的TP3067芯片数据手册，思考实验中观测到的帧信号对应的那一位PCM编码，为什么会出现半位为0，半位为1的情况？答：该芯片既可以用短帧，也可以用长帧来同步脉冲。

当用长帧进行同步时，随着FSx或者BCLKx上升沿的来到，Dx三态输出缓冲器启动，于是被时钟移出的第一比特为符号位，以后到来的BCLKx的7个上升沿以时钟移出剩余的7位码。

随着第8个上升沿或FSx贬低，Dx输出由BCLKx的下降沿来阻塞。

因此会出现半位为0，半位为1的情况。

这可以使下一个编码信号的符号位更稳定，有助于减小系统误差。

实验十连续可变斜率增量调制与解调实验（CVSD）实验目的：1.掌握增量调制的原理。

2.掌握连续可变斜率增量调制的原理。

3.了解增量调制系统中的量化噪声。

实验内容：1.对模拟信号连续可变斜率增量调制，观察各中间过程的波形。

示波器观测比较输出测试点波形。

2.将CVSD编码信号解调还原。

实验波形纪录10-1 “模拟输入”和“本地译码”10-2 “比较输出”测试点波形10-3 “比较输出”和“编码输出”10-4 “编码输出”和“一致脉冲”10-5 “模拟输入”和“一致脉冲”10-6 “本地译码”与“解调成形”10-7 “模拟输入”与“解调输出”实验分析1、图10-1为“模拟输入”和“本地译码”信号的波形，调节量阶旋钮使二者基本一致。

中间的信号为二者相减的结果，为“比较输出”信号的判决依据，判决结果如图10-2所示。

2、由图10-3可知，“编码输出”为对“比较输出”进行增量调制后的结果。

3、由图10-4可看出，“一致脉冲”是“编码输出”经四连码检测的结果，当连续检测到四个相同的码时，“一致脉冲”输出“1”电平。

换一个角度，从图10-5观察，可看到当信号的斜率较大时，“一致脉冲”信号会持续输出“1”电平。

4、由图10—6可知，通过适当地调节四个量阶旋钮以后，“本地译码”信号和“解调成形”信号的变化趋势基本一致，在此情况下，最终“解调输出”的信号与原输入模拟信号的波形一致的，如图10-7所示。

实验数据纪录如上表，利用Matlab 的绘图命令，可得到如下所示的过载特性曲线。

图10-8 系统的过载特性曲线由所得的过载特性曲线可知，在时钟频率一定的前提下，随着输入信号频率的提高，系统的临界过载电平逐渐减小，最后趋于一恒定值；且在输入频率较小的部分，过载特性曲线基本呈线性递减。

另外，时钟频率较大时，系统的过载特性也较好。

这是因为系统时钟频率较大时，对输入波形的采样点变密，因此能够较好地跟踪上输入信号的变化，从而获得较好的过载特性。

实验思考：1. 增量调制与解调的基本原理答：增量调制是由PCM 发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM 的一种特例。

增量调制编码基本原理是指用一位编码，这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。

输出的“1”，“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。

实验原理图如图1所示： 增量调制示意图：10002000300040000123456输入信号频率(KHz)临界过载电平(V )时钟速率：64KHz10002000300040000123456输入信号频率(KHz)临界过载电平(V )时钟速率：32KHz(a) 抽样脉冲(b)样值信号t(d) 积分器输出信号∆t02∆t3∆t4∆t5∆t6∆t7∆t8∆t9∆t10∆t11∆t12∆t13∆t14∆t增量解调：与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到“1”码上升一个量化阶(跳变)，收到“0”码下降一个量化阶(跳变)，这样就可以把二进制代码经过译码变成x’(t)这样的阶梯波。

另一种是收到“1”码后产生一个正斜变电压，在时间内上升一个量化阶，收到一个“0”码产生一个负的斜变电压，在时间内均匀下降一个量化阶。

这样，二进制码经过译码后变为如x0(t)这样的锯齿波。

考虑电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。

这种方法可用一个简单RC积分电路把二进制码变为x0(t)波形，如图6-17所示。

图中假设二进制双极性代码为1010111时x0(t)与p(x)的波形。

2.增量调制方式有什么优点和缺点？答：(1) 在比特率较低的场合，量化信噪比高于PCM。

(2) 抗误码性能好。

能工作在误比特率为102～103的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为104～106。

(3) 设备简单、制造容易。

增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：一个是一般量化噪声问题;另一个是过载噪声问题。

3.要改善增量调制系统的过载特性，可采用哪些方法？它们各有何特点？答：当出现过载时，量化噪声将急剧增加，因此，在实际应用中要尽量防止出现过载现象。

为此，需要对系统中的量化过程和系统的有关参数进行分析。

设抽样时间间隔为Δt，则上升或下降一个量化阶σ，可以达到的最大斜率K(这里仅考虑上升的情况)，可以表示为：K=σΔt=σf s这也就是译码器的最大跟踪斜率。

显然，当译码器的最大跟踪斜率大于或等于模拟信号x(t)的最大变化斜率时，即K=σΔt=σf s≥|dx(t)dt|max采用大的σ虽然能减小过载噪声，但却增大了一般量化噪声。

因此，σ值应适当选取，不能太大。

不过，对于系统而言，可以选择较高的抽样频率，因为这样，既能减小过载噪声，又能进一步降低一般量化噪声，从而使系统的量化噪声减小到给定的容许数值。

通常，系统中的抽样频率要比PCM系统的抽样频率高得多(通常要高两倍以上)。

4.提高系统的动态范围有哪些方法？答：系统的动态范围为20lg()()scmfD dBfπ=，因此，可以通过提高系统的采样率或者减小输入信号的最大频率分量来提高系统的动态范围。

5.无信号输入时，是否能听到量化噪声产生的沙沙声，为什么？答：不能。

因为量化噪声是依赖于输入信号的，若无信号输入，则没有编码过程的发生，也就不会产生量化噪声。