2 相位调制器的结构
2psk
2PSK分析1 一般原理与实现方法数字相位调制又称相移键控，记作PSK (Phase Shift Keying)。
二进制相移键控记作2PSK。
它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。
在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控（2PSK）信号。
绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。
二进制相移键控中，通常用相位0和π来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为（1）这里，s(t)与2ASK及2FSK时不同，为双极性数字基带信号，即（2）式中，g(t)是高度为1，宽度为的门函数；（3）因此，在某一个码元持续时间内观察时，有，或π（4）当码元宽度为载波周期的整数倍时，2PSK信号的典型波形如图1所示。
图1 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图2示。
图（a）是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图（b）是产生2PSK信号的键控法框图。
图2 2PSK调制器框图就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。
而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。
2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调，其方框图如图3。
工作原理简要分析如下。
图3 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为（5）式中为2PSK信号某一码元的初相。
时，代表数字“0”；时，代表数字“1”。
与同步载波相乘后，输出为（6）经低通滤波器滤除高频分量，得解调器输出为（7）根据发端产生2PSK信号时（0或π）代表数字信息（“1”或“0”）的规定，以及收端x(t)与的关系的特性，抽样判决器的判决准则为（8）其中x为x(t)在抽样时刻的值。
实验三 二相BPSK(DPSK)调制解调实验(已完成)
实验三二相BPSK(DPSK)调制解调实验一. 实验目的1.掌握二相BPSK（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。
二. 实验电路工作原理（一）调制实验：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。
DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，按键SW301，用来将D触发器Q 端输出置“1”。
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。
（二）解调实验：二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图9-6所示。
二相PSK(DPSK)的载波为1.024MHz，数字基带信号的码元速率有32Kbit/s。
从图9-6可见，该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
1.二相(PSK，DPSK)信号输入电路由BG701(3DG6)组成射随器电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离，由U701(LM311)组成模拟信号放大电路，进一步对输入小信号的二相(PSK、DPSK)信号进行放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。
图9-6 解调器总方框图三. 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～TP307各测量点的波形。
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。
3.二相BPSK解调实验4.二相DPSK解调实验5.PSK解调载波提取实验四. 实验步骤及注意事项1.按下按键开关：K01、K02、K700。
2.跳线开关设置：K3012–3、K3021–2、K3031-2与3-4、K3042–3、K7012-3。
2dpsk调制解调原理框图
2dpsk调制解调原理框图2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。
现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定:Φ,0表示0码，Φ,π表示1码。
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，当可见，在接收端采用相干解调时，即使本地载波的相位与发送端的载波相位反相，只要前后码元的相对相位关系不破坏，仍然可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。
2DPSK的调制与解调原理框图如图3-1 所示:载波信号从“DPSK载波输入”端输入，一路直接送入选相器，另一路经反相器反相后送入选相开关;调制的基带信号经差分变换后，作为模拟选相开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，并从“DPSK调制信号”端点输出。
DPSK调制信号经过无限带宽的信道后(信道含可调功率的加性噪声)，送入DPSK解调器的输入端，对DPSK信号进行相干解调，原理图见图3-1的解调部分。
DPSK调制信号经过乘法器U09相干载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，得到OUT4信号，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的OUT 信号，然后对此信号进行抽样判决(抽样判决器的判决电平可调节，其时钟为基带信号的位同步信号)后，得到OUT5信号，最后经过逆差分变换电路，就可以恢复基带信号，并从“解调信号”端点输出。
四、实验内容与步骤l 必做内容:仔细观察分析2DPSK的调制与解调过程中的相关波形，并成对记录每个模块的输入与输出波形。
实验步骤如下:1、检查并确保实验仪器项目中所列各实验模块齐全、完好。
2、调节信号源模块中64KHZ单频正弦信号的幅值大小，使其峰-峰值为3V 。
3、设置信号源模块的拨码开关SW04、SW05为128分频(具体设置方法详见信号源模块使用说明中数字信号源部分)，使位同步信号频率为16KHz(实际频率为15.625KHZ)。
2 相位调制器的结构
2 相位调制器的结构2.1 “lxl”形式的光相位调制器传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。
图3 相位调制器的基本结构图当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为：()()0+2+=A=Am j t jf t j f t jf t LWLWout E eeωπ （4）本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即：()()()00sin 2sin RFRFm m f t A f t At πϕωϕ=+=+ （5）2.1.1 体相位调制器我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO) 以及与之同类型的 3L iT aO、3BaTaO酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。
它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。
并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。
以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式:情况1:入射光沿1x 方向入射精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振 情况1.2：入射光沿2x 方向偏振情况2:入射光沿3x方向入射这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:图4 体相位调制器的基本结构图如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为:'32333312e e n n n n E γ==-（7）光通过该调制器后的相位变化为:()323312z e e V t n l n n l cc d ωωϕγ⎛⎫==- ⎪⎝⎭（8）体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。
为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。
2.1.2 波导相位调制器光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。
数字调制器的结构及工作原理
数字调制器的结构及工作原理侯体康S1207W301在实际的通信系统中不少都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的某些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。
用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换过程称为数字解调。
通常把数字调制及数字解调合起来统称为数字调制。
下面我们大致来介绍一下数字调制器的结构及其工作原理。
（一）调制器的定义及结构原理调制器是邻频调制器的简称，也常被称作射频调制器或电视调制器,现也有俗被称为共享器、是有线前端电视机房的主要设备之一。
调制器是调制式直流放大电路中的一个重要环节。
由图1-1可见：欲放大的直流信号ui经过调制器后，变为交流信号UA；再经过交流放大器放大后，最后由解调器转换成直流输出信号UO；振荡器产生开关信号UC；用于控制调制器的取样动作。
由于信号的放大任务主要由交流放大器完成，而交流放大器的零点漂移小到可以忽略不计，调制器与解调器的零漂也可以做得很小，所以，调制式直流放大器可用来放大微弱的直流信号。
图1-1图1-2为调制器的原理图，如图所示：图1-2因为开关K 负载并联，故称为并联制器。
工作过程如下：若在0-T/2时间内K 断开，则A 点取得电平UmA ；若在（T/2）-T 时间内K 接通，则A 点接地；以后随差开关K 周期地通断动作，在A 点将得到一脉动的直流电压UA （如下图），UA 可以分解为直流分量UAO 和交流分量UA-O ，经过隔直电容C 后，UAO 降落在电容器上，而交流分UA-被送到负载RL 上去，即UO=UA-O调制器最基本功能是信号调制功能。
即将视频/音频信号尽可能不失真地调制到载波上，以满足长距离传送和分配的要求。
所以，国标规定正常的调制度为87.5%。
伴音信号要于图像信号同时调制。
为避免对图像信号的干扰，将伴音信号先调制在调频副载波上，然后放在图像频率的6.5MHz 频点上，组成一个完整的电视频道。
二相(PSK,DPSK)解调器
二相（PSK，DPSK）解调器（含载波提取与位定时恢复）系统实验一、实验目的1、掌握二相（PSK、DPSK）解调器的工作原理与系统电路组成。
2、熟悉二相相对移相与绝对移相的转换方法。
3、掌握载波锁相环技术指标（同步带、捕捉带）的测试方法。
4、掌握二相（PSK、DPSK）系统的主要性能指标的测试方法。
5、了解以二相（PSK、DPSK）解调的基带数字信号中提取位同步的方法。
二、实验仪器材（一）实验用仪器仪表1、+5V、+12V、-12V三路直流稳压电源一台2、示波器一台3、信号源一台4、频率计一台5、三用表一块（二）实验所用集成电路芯片简介1、74LS123双可再触发单稳态多谐振荡器外引线排列表2、74LS124双压控振荡器外引线排列表三、 实验电路工作原理二相PSK （DPSK ）解调器的总电路方框图如图9-1所示。
二相PSK （DPSK ）的载波为1.024MHz ，码元速率有32kbit/s 、16kbit/s 可选择。
图9-1 解调器总方框图从图9-1可见，该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
载波恢复和位定时提取，是数学载波传输系统必不可少的重要组成部分。
载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关，以相位键控为例，有：N 次方环、科斯塔斯环(Constas 环)、逆调制环和判决反馈环等。
近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。
但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择有代表性的基本实验作为训练目的，下面对实验电路的基本原理作一分析。
（一）同相正交环锁相环解调电路二相PSK 输入图9-2 同相正交环提取载波电原理方框图数字调相信号的解调有多种方法，如相干解调法（极性比较法）、相位比较法、锁相环法。
本实验采用的是同相正交环锁相环提取载波电路。
图9-3 同相正交环提取载波电原理图图9-2是同相正交环提取载波电原理方框图。
光调制器_基本原理与结构
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Optical fiber communications 1-14 2011-10-30
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1. 工作原理：延迟器 工作原理： 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 为n1,n2。 n1,n2。 外加电场E 外加电场E
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（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
介电抗渗参数20121031opticalfibercommunications压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗c
Optical fiber communications 1-1
2011-10-30
第六节 光调制器
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φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
Optical fiber communications 1-6
2011-10-30
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二进制数字相位调制
s2DPSK (t) s(t) cosct s(t) bn g(t nTb )
n
实现相对调相的最常用方法如图所示。
Байду номын сангаас
{an}
{bn}
s2DPSK(t)
码变换
×
载波
载 波
～
移相
0
k
s2DPSK(t)
π
{bn}
码变换
{an}
(a)
(b)
2DPSK的解调有两种，一种是差分相干 解调，另一种是相干解调-码变换法。
{ an}
1 0 1× 1× 0 0 1 0 1
{ bn} 0 1 1 0× 1× 1 1 0 0 1
{ an}
1 0 1× 1 0× 0 1 0 1
{ bn} 0 1 1 0× 1× 1× 1× 0× 0 1
{ an}
1 0 1× 1 0 0 1 0× 1
（a） （b） （c） （d）
以这方式解调时的误码率为：
2PSK信号功率谱示意图如图5-21所示：
Pe ( f )
fcfb fc fcfb
0
fc fb fc fcfb
f
因此，2PSK信号的带宽、频带利用率也
与2ASK信号的相同。
2
B2 PSK
B2 ASK
2Bs
Tb
2 fb
2PSK
2ASK
1 (Baud / Hz) 2
在数字调相中，由于表征信息的相位变化
2PSK信号的典型波形如图所示：
1 0 1 1 0 01
s(t)
s (t) 2PSK
2PSK信号的调制方框图如图所示：
s (t )
s 2 PSK (t )
PSK移相键控调制电路设计与制作
PSK移相键控调制电路设计与制作一、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型变换方法。
二、、原理绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现，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1是二相PSK（DPSK）调制器电路框图，图2是它的电原理图。
图1 二相PSK（DPSK）调制器电路框图（一）电路基本工作原理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移相与相对移相两种方式。
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数字信息呢？如果让所需传输的数字基带信号控制载波相位改变，而载波的振幅和频率都不变，那么就得到载波的相位发生变化的已调信号，我们把这种调制方式称为数字相位调制。
即移相键控PSK调制。
PSK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的振荡序列，其相位与传送消息相对应，如图3所示。
下面对图2中的电路作一分析：图2 PSK 移相键控调制实验电原理图图3 二相PSK 调制信号波形1． 内载波发生器 电路如图4所示。
图4 1.024MHz 内载发生器C491pC160.1uC170.1uC30.033u C60.033uC110.033u R13150R161KR12100R171KR14100R847KR1010KR15150BG19013TP5TP4TP10TP9TP8TP7R11100KSW1R510KC37-25p1110U1E74LS0456U1C 74LS0434U1B 74LS0412U1A 74LS04123U2A74LS861213U5A 4066111012U5B 4066D2Q 5Q6CLK341P R EC L RU3A 74LS74(PN32K)+5V(32K)SW21234K3PSKOUT32615874U4LM318123K1+12V-12V+12VR41KR91K(1024K)TP6C12200pC22200pL1330uHC12100p载波一入TP1J1C8150pC70.033uC100.033uR710KC97-25p 1312U1F74LS04R61K(512K)L2560uH载波二入TP2J2信码输入TP3J3123K2J5相对码时钟入调制波输出TP11J4R15.6KD1LED(R)+12V R21K D2LED(O)+5V R330KD3LED(B)-12VC150.1uC180.1uC130.1uC140.1u+5V图4从电路中可知，来自信号发生器的1.024MHz方波信号输入至C3的耦合电容上，由L1、C4、C5可调电容，将1.024MHz方波信号变换成1.024MHz的正弦波信号，其中调节R5可改变输出信号的幅波，由BG1等组件组成的是射随器电器，它起隔离作用。
电光调制器强度调制器相位调制器EOM原理课件
应用领域与优势
应用领域
相位调制器广泛应用于光纤通信、光学传感、光学测量 等领域。
优势
相位调制器具有调制速度快、调制效率高、易于集成等 优点。
04
电光调制器强度调制器相位调制器EOM 比较
工作原理比较
电光调制器 (EOM)
通过施加电场改变晶体的折射率，从而实现 光的调制。
强度调制器 (IM)
通过改变光的传输损耗或反射系数，实现对 光强的控制。
类型与分类
类型
电光调制器可分为泡克耳斯调制器和 双折射调制器等。
分类
根据调制方式的不同，电光调制器可 分为单级调制器和双级调制器等。
应用领域与优势
应用领域
强度调制器广泛应用于光纤通信、光信息处理、光谱分析等 领域。
优势
电光调制器具有调制速度快、调制效率高、稳定性好等优点 ，能够实现高速、高精度、高稳定性的光信号调制。
特性。
IM
结构简单、易于集成、低成本； 但调制速度相对较慢，且带宽受限 。
PM
调制速度高、带宽大、易于实现高 精度相位编码；但插入损耗较大， 且对温度和波长敏感。
05
电光调制器强度调制器相位调制器EOM 发展前景
技术发展趋势
集成化与小型化
随着微纳加工技术的发展，电光调制器将趋向于集成化和微型化， 以提高稳定性和降低成本。
相位调制器 (PM)
通过改变光的相位，实现对光束相位的控制 。
应用领域比较
EOM
主要用于高速光通信、光信号处理和光传感等领 域。
IM
广泛应用于光开关、光限幅器和光放大器等器件 。
PM
适用于光学干涉、光学相位编码和光学相干检测 等领域。
优缺点比较
通信原理实验——2PSK调制与解调
贵州大学实验报告学院：计信学院专业：网络工程班级：101 姓名学号实验组实验时间2013.06.16 指导教师成绩实验项目名称实验二2PSK调制与解调实验目的1、掌握2PSK调制的原理及实现方法。
2、掌握2PSK解调的原理及实现方法。
实验原理1、2PSK调制2PSK信号产生的方法有两种：模拟调制法和数字调制法。
码型变换乘法器NRZ输入双极性NRZ调制输出载波输入图16-1 2PSK调制模拟相乘法原理框图上图16-1是2PSK调制模拟相乘法原理框图。
信号源模块提供码速率96K的NRZ 码和384K正弦载波。
在2ASK中数字基带信号是单极性的，而在2PSK中数字基带信号是双极性的。
故先将单极性NRZ码经码型变换电路转换为双极性NRZ码，然后与384K正弦载波相乘，便得2PSK调制信号。
乘法器的调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调节。
载波1384K开关电路2调制输出NRZ输入开关电路1反相器图16-2 2PSK调制数字键控法原理框图上图16-2是2PSK调制数字键控法原理框图。
为便于实验观测，由信号源模块提供码速率为96Kbit/s的NRZ码数字基带信号和384KHz正弦载波信号，NRZ码为“1”的一个码元对应0相位起始的正弦载波的4个周期，NRZ码为“0”的一个码元对应π相位起始的正弦载波的4个周期。
实验中采用模拟开关作为正弦载波的输出通/断控制门，数字基带信号NRZ码用来控制门的通/断。
当NRZ 码为高电平时，模拟开关1导通，模拟开关2截止，0相位起始的正弦载波通过门1输出；当NRZ 码为低电平时，模拟开关2导通，模拟开关1截止，π相位起始的正弦载波通过门2输出。
门的输出即为2FSK 调制信号，如下图16-3所示。
NRZ输入调制信号11001PSK图16-3 2PSK 调制信号波形2、2PSK 解调2PSK 信号的解调通常采用相干解调法，原理框图如下图16-4所示。
LPF 相乘器电压判决抽样判决调制输入BS输入PSK/DPSK 判决电压调节载波输入相乘输出滤波输出解调输出判压输出图16-4 2PSK 解调相干解调法原理框图设已调信号表达式为1()cos(())s t A t t ωϕ=⨯+（A 1为调制信号的幅值）， 经过模拟乘法器与载波信号A 2cos t ω（A2为载波的幅值）相乘，得0121()[cos(2())cos ()]2e t A A t t t ωϕϕ=++ 可知，相乘后包括二倍频分量121cos(2())2A A t t ωϕ+和cos ()t ϕ分量（()t ϕ为时间的函数）。
2dpsk调制解调原理框图
2dpsk调制解调原理框图2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。
现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定:Φ,0表示0码，Φ,π表示1码。
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，当可见，在接收端采用相干解调时，即使本地载波的相位与发送端的载波相位反相，只要前后码元的相对相位关系不破坏，仍然可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。
2DPSK的调制与解调原理框图如图3-1 所示:载波信号从“DPSK载波输入”端输入，一路直接送入选相器，另一路经反相器反相后送入选相开关;调制的基带信号经差分变换后，作为模拟选相开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，并从“DPSK调制信号”端点输出。
DPSK调制信号经过无限带宽的信道后(信道含可调功率的加性噪声)，送入DPSK解调器的输入端，对DPSK信号进行相干解调，原理图见图3-1的解调部分。
DPSK调制信号经过乘法器U09相干载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，得到OUT4信号，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的OUT 信号，然后对此信号进行抽样判决(抽样判决器的判决电平可调节，其时钟为基带信号的位同步信号)后，得到OUT5信号，最后经过逆差分变换电路，就可以恢复基带信号，并从“解调信号”端点输出。
四、实验内容与步骤l 必做内容:仔细观察分析2DPSK的调制与解调过程中的相关波形，并成对记录每个模块的输入与输出波形。
实验步骤如下:1、检查并确保实验仪器项目中所列各实验模块齐全、完好。
2、调节信号源模块中64KHZ单频正弦信号的幅值大小，使其峰-峰值为3V 。
3、设置信号源模块的拨码开关SW04、SW05为128分频(具体设置方法详见信号源模块使用说明中数字信号源部分)，使位同步信号频率为16KHz(实际频率为15.625KHZ)。
8.11二进制相位键控(PSK)调制器与解调器设计
绝对调相和相对调相
数字调相（相位键控）常分为： （ 1）绝对调相，记为 CPSK； （ 2）相对调相，记为 DPSK。 对于二进制的绝对调相记为2CPSK，相 对调相记为2DPSK。
1.绝对调相（ CPSK ）
所谓绝对调相即CPSK，是利用载波的不同 相位去直接传送数字信息的一种方式。
1.极性比较法
在极性比较法电路中，输入的CPSK信号经带通后加到 乘法器，乘法器将输入信号与载波极性比较。极性比 较电路符合绝对移相定义（因绝对移相信号的相位是 相对于载波而言的），经低通和取样判决电路后还原 基带信号。 若输入为DPSK信号，经极性比较法电路解调，还原的 是相对码。要得到原基带信号，还必须经相对码一绝 对码变换器，由相对码还原成绝对码，得到原绝对码 基带信号。 DPSK解调器由三部分组成，乘法器和载波提取电路 实际上就是相干检测器。后面的相对码（差分码）— 绝对码的变换电路，即相对码（差分码）译码器，其 余部分完成低通判决任务。
8.11二进制相位键控（PSK） 调制器与解调器设计
相移键控PSK
数字信号对载波相位调制称为相移键控（即相位 键控）PSK（ Phase－Shift Keying ）。 数字相位调制（相位键控）是用数字基带信号控 制载波的相位，使载波的相位发生跳变的一种调 制方式。 二进制相位键控用同一个载波的两种相位来代表 数字信号。 由于PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频 带利用率较高，所以，在中、高速数字通信中被 广泛采用。
CPSK调制VHDL程序仿真图及注释
（CPSK调制VHDL程序仿真全图）
注：a.载波信号f1、f2是通过系统时钟clk 分频得到的，且滞后系统 时钟一个clk。 b.调制输出信号y滞后载波一个clk；滞后系统时钟两个clk。 （CPSK调制VHDL程序仿真局部放大图）
2PSK调制解调
2PSK调制解调
2PSK调制解调的基本原理
• 相移键控是利用载波的不同相位来传递数字信息，而振幅和 频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制 “0”和“1”。因此，2PSK 信号的时域表达式为：
2PSK调制方法：
• 2PSK信号的解调一般采用相干解调，以下为原理图：
仿真结果：
• 上进制符号“0”时（na取＋1），)(2tePSK取0相位；发送 二进制符号“1”时（na取－1），取π相位。这种以载波的不同 相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝 对相移方式。调制方法有模拟调制和键控法，解调方法通常采用 的是相干解调法。下面是2PSK的调制解调原理框图。
• 其中，n表示第n个符号的绝对相位：
• 因此，式子可以改写为：
• 由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号一 般可以表述为一个双极性（bipolarity）全占空（100% duty ratio） 矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，即：
• 其中：
• 这里，g(t)是脉宽为sT的单个矩形脉冲，
实验八二相PSK(DPSK)调制实验
实验十五 BPSK/DPSK调制解调实验【实验内容】1.二相BPSK调制解调实验2.二相DPSK调制解调实验3.PSK解调载波提取实验【实验目的】1.掌握二相BPSK（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。
【实验环境】1 实验分组：两人一组或者单人2 设备：计算机，双通道数字存储示波器，通信原理实验平台3 软件：数字存储示波器相关软件【实验原理】（一）调制实验：调制实验中，绝对相移键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是输入的基带直接控制已输入载波相位的变化来实现相位键控的.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。
图9-3 是 PSK DPSK编码波形图。
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。
因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。
下面对图9-2中的电路作一分析。
1．载波倒相器模拟信号的倒相通常采用运放作倒相器，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，在输入端即可得到一个反相的载波信号，即Pi相载波信号。
为了使0相载波与Pi相载波的幅度相等，在电路中加了电位器W302。
K 302K 301绝对码与转换电路相对码512K H z 方波入32k H z 时钟入32K H z 伪码1.024M H z 方波入电路C L K231K 304132T P 305T P 303T P 302T P 301器T P 3040相载波载波反相3164π相载波开关1开关225反相器T P 309T P 307P S K 调制输出1K 303234相器加T P 308T P 306去K 701的1脚C P U 中央控制处理器来至增量调制ΔM 码数字信号输出128K H z 方波(1010码)64K H z 方波(1100码)图9-1 P S K 调制及测量点分布原理框图图9-3 PSK DPSK编码波形2.模拟开关相乘器对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。
二相位
有线、无线移动信号灯/两相控制器初步方案小警察/两相控制器分成两部分，分别是现场控制器部分和手持机部分；现场控制器部分负责控制红绿灯，手持机部分负责参数设置，双方通讯可以用手持机直接现场数传，也可以选择甲方提供的无线数传模块实现。
一、 现场控制器形成控制器内部结构如图所示：1、 电源给现场控制器提供各种电源（根据需要选择电源，MCU 的电源接口定为12V ，外部电源由电源转换器统一转换成12V ）移动、太阳能信号灯采用12V 蓄电池，；2、 MCU 是现场控制器的控制核心；看门狗及EEPROM 用于存储控制器所需的各种参数，同时保证MCU 正常运行；3、 输出电路用于控制现场红绿灯，输出电路根据不同的用处采用不同的输出电路（移动、太阳能信号灯采用大功率开关器件，移动信号灯6路灯具输出，加四个屏带显控制，每个带显控制10只发光管；太阳能信号灯无线主控制器有5路输出就可以了，两相控制器采用光耦隔离输出控制可控硅12路输出），输出电路与MCU 采用接查件，根据用途不同可以互换，4、 无线数传接口通过无线数传模块与手持机进行无线通讯。
也可以手持机通过无线数传接口直接与主机有线通讯。
5、 屏带显示输出：控制20只LED 发光，实现倒计时，LED 时间根据当前时间自动学习计算。
6、 感应接口：主要实现人行过街请求。
当有行人需要通过时，按下请求按钮。
具有3组输入接口，3组输出接口，7、面板如图：● 调整键；● 进入下一步；● 进入方案调整，其调整顺序依次为： 1. 时段调整（00：00—23：59），所调时间为该时段起始时间，此时指示灯全熄，（东西为时钟小时，南北为分钟），按确认键进入该时段终止时间调整（东西为时钟小时，南北为分钟），按确认键进入下一步； 2. 绿灯时间（0—99），此时绿灯指示灯亮，按确认键进入下一步； 3. 绿闪时间（0—10），此时绿灯指示闪烁，按确认键进入下一步； 4. 黄灯时间（0—10），此时黄灯指示亮，按确认键进入下一步； 5. 全红时间（0—10），此时红灯指示亮，按确认键进入下一步； 6. 车辆通行感应控制时间（0—99），此时车辆感应指示亮，此时人行请求指示亮，（东西为车辆感应时间调整，南北为行人请求过街延时时间调整），（ 00）不执行， 行人请求过街延时时间（0—99），（ 00）不执行，，按确认键进入下一步；7. 再按一次确认键保存，进入下一时段的方案设置，以此循环设定，直至设置好最后一时段的方案保存后关闭调整键，方案设定完成（共10时间段）00：（00：00—00：00）此时段跳过不执行。
4 - 2DPSK
d k b k d k 1
d k b k ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ d k 1
通过差分译码后，可以恢复原来的码。 或
可以证明如果接收端由于参考载波不同产生相位模糊，则
2DPSK调制器波形图
二相差分编译码器电路原理图
{bk}
D CP Q
{dk}
D CP Q
{bk}
二相差分编码电路
二相差分译码电路
采用模拟乘法器实现2DPSK调制器——实验框图
DPSK调制器框图
{bk}
差分编码 （NRZ码） 电平变换
D(t)=
1
S(t)
Sc(t)=ACOS Wct
二相差分编码器原理
DPSK与BPSK相比较，在具体电路实现时仅在BPSK调制器 增加一个差分编码器就构成了DPSK调制器。差分编码器的作用 是把绝对二进制序列{b k}变换成相对二进制序列{d k},即：
R29 I W3 R28
来自基带信码 （FPGA40脚）
R33 5 2
R37 J20
4
去滤波器 J19 13 W4 15 12 R38
模拟乘法 器2
R31 Q R32
R36
载波90度
+5V
实验步骤 5
主要测试波形
使用模拟乘法器1
5
载波振荡器
2 4
载波振荡 频率调整
实验七
2DPSK调制器
实验目的
学习2DPSK中频调制器原理 了解二相差分编译码原理和作用
采用模拟乘法器实现2DPSK中频调制器
数字中频调制方式与频带利用率
实验原理
数字通信最简单的调制器是2DPSK调制器，也称二相相移键控，这 种调制器把数字信息“1”和“0”分别用载波的相位0和π 这两个离散值
电光调制器强度调制器相位调制器EOM原理课件
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平方电光效应
电场引起的折射率变化与电场 强度的平方成正比。
电光效应的物理机制
与晶体的内部结构、电子云分 布和能带结构有关。
电光调制器的工作原理
01
调制信号输入
将需要调制的信号输入到电光调制 器中。
光学调制
折射率的变化导致光波的相位和振 幅发生变化，从而实现调制。
03
02
电场作用
通过施加电场，改变晶体的折射率 。
04
EOM（电光调制器）原理
EOM的基本结构和工作原理
基本结构
EOM通常由电光晶体和电极组成。电光 晶体具有特殊的电光效应，当施加电压 时，能够改变其折射率，从而改变光的 传播方向或振幅。电极用于施加电信号 。
VS
工作原理
在EOM中，当电信号施加到电光晶体上 时，由于电光效应，电光晶体的折射率发 生变化，导致通过的光的相位或偏振态发 生改变。这种相位或偏振态的变化可以通 过检测器检测，从而实现对光的调制。
相位调制器的应用
光纤通信系统
相位调制器在光纤通信系统中有着广泛的应用。通过将信息编码为光波的相位变化，可以实现高速、 大容量的光纤通信系统。相位调制器可以提高通信系统的传输速率和传输距离，同时降低噪声和干扰 的影响。
光学干涉仪
相位调制器在光学干涉仪中也有着重要的应用。通过将光波的相位变化引入干涉仪中，可以实现对光 波干涉图样的控制和测量。相位调制器可以提高干涉仪的测量精度和稳定性，广泛应用于光学测量、 光学传感等领域。
强度调制器
广泛应用于高速光信号处 理、光强调制、光功率控 制等领域。
相位调制器
广泛应用于光学干涉、光 学成像、量子通信等领域 。
优缺点的比较
马赫曾德尔调制器和电吸收调制器原理性能
m 1,2 =
π
V π 1,2
ϕ1 (t ) = m1u1 (t ) = ϕ bias1 + ∆ϕ1 cos ω m1t
π Vbias1,2
Vπ
ϕ bias1,2 = m1,2 ⋅ Vbias1,2 =
ϕ 2 (t ) = m2 u 2 (t ) = ϕ bias 2 + ∆ϕ 2 cos ω m 2 t
电吸收调制器
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电吸收调制器特性
• 吸收特性——吸收系数是外加电压、入射光子 能量的函数，同时又是与波长相关的函数。 • 消光特性（通断状态下的光强度比）——不加 偏压时，光吸收最小，on,输出功率最大。入 射波长越小，消光比越大。 • 偏压特性——调制电压反向偏置，随着偏压增 大，量子阱电场增大，“断”，输出功率最小 • 插入损耗特性——通时的损耗 • 啁啾特性——折射率实部变化量比上虚部变化 量
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优缺点
• 马赫一增德尔干涉仪型强度调制器是比较常用的外 调制器，其输出功率为两臂光场干涉的结果。这种 调制器的缺点是工作在线性偏置点时，引入了固有 的3dB损耗。此外调制器半波电压目前还较高，调 制效率较低。它是一个铌酸锂器件，无法做到全光 纤化。 • 电吸收型强度调制器基于器件的各种电吸收效应。 相比与MZM来说，其优点是易集成、驱动电压低 并且调制速率高，但是损耗比较高，作为模拟调制 器性能也不是很理想。
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电吸收调制器（EAM）
• 电吸收调制器是一种P-I-N半导体器件，其I层由 多量子阱（MQW）波导构成。当调制电压使PI-N反向偏置时，入射光完全被I层吸收，入射光 不能通过I层，相当于“0”码；反之，当偏置电压 为零时，势垒小时，入射光不被I层吸收而通过 它，相当于“1”码，从而实现对入射光的调制。 对不同波长的吸收峰不同，对同一波长不同能量 的脉冲吸收不同
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2 相位调制器的结构
2.1 “lxl”形式的光相位调制器
传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。
图3 相位调制器的基本结构图
当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为：
()
()
0+2+=A
=A
m j t jf t j f t jf t LW
LW
out E e
e
ωπ （4）
本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即：
()()()
00sin 2sin RF
RF
m m f t A f t A
t πϕωϕ=+=+ （5）
2.1.1 体相位调制器
我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO
) 以及与之同类型的 3L iT aO
、3
BaTaO
酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。
它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。
并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。
以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式:
情况1:入射光沿
1
x 方向入射
精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振 情况1.2：入射光沿
2
x 方向偏振
情况2:入射光沿3x
方向入射
这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:
图4 体相位调制器的基本结构图
如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为:
'
3
23333
12
e e n n n n E γ==-
（7）
光通过该调制器后的相位变化为:
()3
23312z e e V t n l n n l c
c d ω
ωϕγ⎛
⎫=
=
- ⎪⎝⎭
（8）
体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。
为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。
2.1.2 波导相位调制器
光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。
光波导相位调制器是通过使用电光材料(如 lithium niobate(LN)， lithium tantalate(LT)，gallium arsenide(GaAs)等等)的电光特性以及一定的光波导结构，来实现光的相位调制的。
光波导相位调制器能使介质的介电张量(折射率)产生微小的变化，从而使两传播模式之间有一定的相位差，并且由于外场的作用导致波导中本征模传播特性的变化以及两不同模式之间的藕合。
以
3
LiNbO 晶体为例子，实际应用中常见的光波导相位调制器结构如下图(图5)所示:
图5 波导相位调制器的结构示意图
2.2 “2x2”形式的相位调制网络
如2.1.2节中所示的的相位调制结构，可以构造波导干涉器，也可以构造Phase Shifter Pairs。
下图(图6)描述了PS Pairs的基本结构。
图6 Phase Shifter Pairs 的结构示意图。
图中的Etched slot 将两个平行的波导隔开，从而避免了两条光路之间的藕合。
在电信号的控制下，两路光具有可以控制的相位差。
方向耦合器(Directional coupler switches (DC))与PS Pairs 具有类似的结构，不同的是两路波导之间没有Etched slot 用来阻止在两路波导之间传播的光之间的藕合。
下图(图7)描述了方向耦合器的基本结构。
图7 方向藕合器的结构示意图
利用PS (phase shifter pairs)和DC (Directional Coupler，方向性藕合器)组成的相位调制网络，我们称之为“2x2”形式的相位调制网络(如图8所示)。
图8 相位调制网络的结构示意图
图8中，上一路光路为x路，下一路光路为y路。
如果相位调制网络中的两路光具有相同的频率，只是具有不同的相位，我们只需将上一路的光类比于某x方向上的偏振光，而将另一路的光类比于y方向上的偏振光。
这样，相位调制网络的结构，就可以用相应的Jones矩阵和Stocks矩阵来表示。
2.3 平面波导结构的相位调制
平行波导结构中，最简单最基本的结构，便是常见的MZ(Mach-Zehnder)结构。
该类结构中，每一路波导上都存在一个基本的相位调制器和一个Phase Shifter。
在下图(图3)中，描述了N=8路平行波导的结构。
图3 N=8路平行平面波导的结构示意图
设每一路上的相位调制信号表示为：
()cos 2RF
m m m
A f t πϕ+ （5）
每一路上的Phase Shifter 表示为l
m
ϕ (下标m 表示第m 路)，假设每一路具有相同的调制
频率
m
f ，则输出的合成的光场的表达式可以表示为:
()()
01
1exp cos 2c N
j t
RF
L
out m
m m
m
m E E e
j A f t N
ωπϕϕ
=⎡⎤=++⎣
⎦
∑ ()()
011exp 2c N j t
k
RF
L
k m m m m m k E e i J A ik f t N ωπϕϕ+∞
==-∞=∙++∑∑
()()()
01
1exp 2exp c N
j t
k
RF
L
k
m
m m m m k E e
J A ik f t i jk j N
ωπ
ϕϕ+∞
==-∞
=∙∙
+∑∑
（6）
从上式可以看出，输出的光场具有无穷多个频谱分量，显然，在特定的N 路波导中，
通过合理的选择
R F
m
ϕ和
L
m
ϕ，可以使得第k 个频谱的电场幅度为0。