实验三 振幅键控

实验三振幅键控、移频键控、移相键控调制实验一、实验目的1．掌握用键控法产生2ASK信号的方法。

2．掌握ASK非想干解调信号波形。

3．掌握用键控法产生FSK信号的方法。

4．掌握FSK过零检测解调的原理。

5．掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的转换关系和变换方法。

6．掌握用键控法产生PSK/DPSK信号的方法。

7．掌握PSK/DPSK想干解调的原理。

8．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ASK调制信号波形。

2、观察ASK调节信号波形。

3、观察FSK调制信号波形。

4、观察FSK解调信号波形。

5、观察FSK过零检测解调器各点波形。

6、观察绝对码和相对码的波形和转换关系。

7、观察PSK/DPSK调制信号波形。

8、观察PSK/DPSK解调信号波形。

三、实验器材1．信号源模块2．数字调制模块3．频谱分析模块4．20M双踪示波器一台5．频率计（选用）一台6．连接线四、实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。

由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控（2PSK）三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。

1．2ASK调制原理。

在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。

将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或者是“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一断键控（OOK）。

2ASK信号典型的时域波形如图3-1所示，其时域数学表达式为：()t A a t s c n ASK ωcos 2⋅= （3-1）式中，A 为未调载波幅度，c ω为载波角频率，n a 为符合下列关系的二进制序列的第n 个码元：⎩⎨⎧-=P P a n 110出现概率为出现概率为 （3-2）综合式15-1和式15-2，令A=1，则2ASK 信号的一般时域表达式为：()()t nT t g a t s c n s n ASK ωcos 2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑()t t s c ωcos = （3-3）式中，s T 为码元间隔，()t g 为持续时间[]2,2s s T T -内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而()t s 就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。

0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1S 2A SK (t )A-Aa r 2tt图3-1 2ASK 信号的典型时域波 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“通一断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进序列()t s 控制门的通断，()1=t s 时开关导通；()0=t s 时开关截止，这种调制方式称为通一断键控法。

其次，2ASK 信号可视为()t S 与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK 调制也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3-2所示图3-2 2ASK 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、电路原理图如下图ASK 调制实验框图ASK 调制原理图ASK 解调电路64K 同步正弦波PN 8K隔离电路模 拟 开 关 4066ASK-out4、2FSK 调制原理。

2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为0f 时代表传0，载频为1f 时代表传1。

显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以0f 和1f 为载频、以n a 和 n a 为被传二进制序列的两种2ASK 信号的合成。

2FSK 信号的典型时域波形如图3-3所示，其一般时域数学表达式为()()t nT t g a t S n s n FSK 02cos ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑()t nT t g a n s n 1cos ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+∑ （3-7）式中，002f πω=，112f πω=，n a 是n a 的反码，即⎩⎨⎧-=PP a n 110概率为概率为⎩⎨⎧-=P P a n 101概率为概率为信 号 源 CPLD64k 同步正弦波PN 8KASK 调 制 电 路ASK 输入ASK-out输出耦合电路半波整流器低通滤波器抽样判决器输出位同步信号BS 输出ASK-BS 输入S 2FSK (t )A-A0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1a r 2tt图3-3 2FSK 信号的典型时域波形因为2FSK 属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为s s R f f T f f h /0101-=-= （3-8） 显然，h 与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽很大影响。

2FSK 信号与2ASK 信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是域，二者均可以采用非相干方式进行解调。

可以看出，当h<1时，2FSK 信号的功率谱与2ASK 的极为相似，呈单峰状：当h>1时，2FSK 信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为S FSK R f f B 2012+-= ()Z H （3-9）2FSK 信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。

由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（0→1或1→0）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。

载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载波变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣的收敛，使信号功率更集于信号带宽内。

在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图3－4所示：信号源CPLD隔离电路模拟开关1PN (8K)（基带信号输入）(载波A 输入)模拟开关264K 同步正弦波128K 同步正弦波FSK 载波A 倒相电路相加器隔离电路FSK 载波B (载波B 输入)FSK-NRZFSK-OUTFSK 调制电路TH7图3-42FSK 调制原理框图由图可知，从“FSK 基带输入”输入的基带信号分成两路，1路经U404（LM339）反相后接至U405B （4066）的控制端，另1路直接接至U405A （4066）的控制端。

从“FSK 载波输入1”和“FSK 载波输入2”输入的载波信号分别接至U405A 和U405B 的输入端。

当基带信号为“1”时，模拟开关U405A 打开，U405B 关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A 关闭，U405B 打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK 调制信号。

5、2FSK 解调原理FSK 有很多种方法解调，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3-5.这里采用的是过零检测法对FSK 调制信号进行解调。

图3-5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10-3（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“FSKIN ”输入。

U6（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FSK 信号变为TTL 电平；整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过电位器W2进行调节。

单稳1（74LS123）和单稳2（74LS123）分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器U7（74LS32）一起共同对TTL 电平的FSK 信号进行微分、整流处理。

电阻R30与R31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FSK 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。

6、2PSK/2DPSK 调制原理2PSK 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3-6所示。

设二进制单极性码为n a ，其对应的双极性二进制码为n b ，则2PSK 信号的一般时域数学表达式为：()()t nT t g b t S c n s n PSK ωcos 2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑ （3-10）其中：⎩⎨⎧-=+=-=P a Pa b n n n 11101时，概率为当时，概率为当则式（3-10）可变为：()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑10cos 0cos 2n c ns n c n s PSK b t nT t g b t nT t g t S 当当ωπω （3-11） 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1S 2PSK (t)A-A0a r2tt图3-6 2PSK 信号的典型时域波形由（3－10）式可见，2PSK 信号是一种双边带信号，比较（3-10）式于（3-3）式可知，其双边功率谱表达式为2ASK 的几乎相同，即为：()()()()[]+-++-=2221c c s PSK f f G f f G P P f f P()()()()[]c c s f f f f G P f -++-δδ2220141 （3-12） 2PSK 信号的谱零点带宽与2ASK 的相同，即()()[]s s s c s c PSK T R R f R f B 222==--+= ()Z H （3-13）我们知道，2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应数字信号的，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。

例如，假设相位值用相位偏移∆Φ表示（∆Φ定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设→=∆Φπ 数字信息“1” →=∆Φ0 数字信息“0”则数字信息序列与2DPSK 信号的码元相位关系可举例表示如下：0 0 0 1 0 1 1 1 00 0 1 1 1 0 0 1数字信息（绝对码）PSK 波形DPSK 波形相对码图3-7 2PSK 与2DPSK 波形对比图3-7为对同一组二进制信号调制后的2PSK 与2DPSK 波形。