數(shù)字調(diào)制實驗

圖2-1? 數(shù)字調(diào)制方框圖

??? 本單元有以下測試點及輸入輸出點：
?? CAR?????2DPSK信號載波測試點
?? BK??????相對碼測試點
?? 2DPSK?????2DPSK信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V
?? 2FSK?????2FSK信號測試點/輸出點，VP-P>0.5V
?? 2ASK?????2ASK信號測試點，VP-P>0.5V
??? 用2-1中晶體振蕩器與信源共用，位于信源單元，其它各部分與電路板上主要元器件對應(yīng)關(guān)系如下：
?? ?2（A）????U8：雙D觸發(fā)器74LS74
?? ?2（B）????U9：雙D觸發(fā)器74LS74
?? 濾波器A????V6：三極管9013，調(diào)諧回路
?? 濾波器B????V1：三極管9013，調(diào)諧回路
?? 碼變換?????U18：雙D觸發(fā)器74LS74；U19：異或門74LS86
?? 2ASK調(diào)制????U22：三路二選一模擬開關(guān)4053
?? 2FSK調(diào)制????U22：三路二選一模擬開關(guān)4053
?? 2PSK調(diào)制????U21：八選一模擬開關(guān)4051
?? 放大器?????V5：三極管9013
?? 射隨器?????V3：三極管9013
將晶振信號進行2分頻、濾波后，得到2ASK的載頻2.2165MHZ。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個頻率相等、相位相反的信號，這兩個信號就是2PSK、2DPSK的兩個載波，2FSK信號的兩個載波頻率分別為晶振頻率的1/2和1/4，也是通過分頻和濾波得到的。
??? 下面重點介紹2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖2-3所示。

圖2-3? 2PSK、2DPSK波形

??? 圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍。2PSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時，2PSK信號相位變化180?，相同時2PSK信號相位不變，可簡稱為“異變同不變”。2DPSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時，2DPSK信號的相位變化180?。碼元為“0”時，2DPSK信號的相位不變，可簡稱為“1變0不變”。
??? 應(yīng)該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號的初相與上一碼元內(nèi)信號的末相進行比較，而不是將相鄰碼元信號的初相進行比較。實際工程中，2PSK或2DPSK信號載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。
??? 本單元用碼變換——2PSK調(diào)制方法產(chǎn)生2DPSK信號，原理框圖及波形圖如圖2-4所示。相對于絕對碼AK、2PSK調(diào)制器的輸出就是2DPSK信號，相對于相對碼、2PSK調(diào)制器的輸出是2PSK信號。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號的相位變化與AK、BK的關(guān)系當然也是符合上述規(guī)律的，即對于AK來說是“1變0不變”關(guān)系，對于BK來說是“異變同不變”關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變”規(guī)律。
??? 圖2-4中調(diào)制后的信號波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。
??? 2DPSK通信系統(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實際通信中采用2DPSK而不用2PSK（多進制下亦如此，采用多進制差分相位調(diào)制MDPSK），此問題將在數(shù)字解調(diào)實驗中再詳細介紹。

圖2-4? 2DPSK調(diào)制器

2PSK信號的時域表達式為 ??S(t)= m(t)Cosωct
式中m(t)為雙極性不歸零碼BNRZ，當“0”、“1”等概時m(t)中無直流分量，S(t)中無載頻分量，2DPSK信號的頻譜與2PSK相同。
??? 2ASK信號的時域表達式與2PSK相同，但m(t)為單極性不歸零碼NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信號中有載頻分量。
??? 2FSK信號（相位不連續(xù)2FSK）可看成是AK與 調(diào)制不同載頻信號形成的兩個2ASK信號相加。時域表達式為 ，式中m(t)為NRZ碼。

圖2-5? 2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK信號功率譜

??? 設(shè)碼元寬度為TS，fS =1／TS在數(shù)值上等于碼速率，2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK的功率譜密度如圖2-5所示?？梢?，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率譜是數(shù)字基帶信號m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK（2DPSK）為線性調(diào)制信號。多進制的MASK、MPSK（MDPSK）、MFSK信號的功率譜與二進制信號功率譜類似。
??? 本實驗系統(tǒng)中m(t)是一個周期信號，故m(t)有離散譜，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK也具有離散譜。

四、?實驗步驟

??? 本實驗使用數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元。
??? 1、熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于N端。
??? 2、用數(shù)字信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號，示波器CH1接信源單元的(NRZ-OUT)AK，CH2接數(shù)字調(diào)制單元的BK，信源單元的K1、K2、K3置于任意狀態(tài)（非全0），觀察AK、BK波形，總結(jié)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。
3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且信號本身幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。
??? 4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對應(yīng)的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的）。
??? 5、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜（條件不具備時不進行此項觀察）。

五、?實驗報告要求

??? 1、設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。
??? 2、設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。
??? 3、設(shè)信息代碼為1001 1010，載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號波形。
??? 4、總結(jié)絕對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律并設(shè)計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。
5、總結(jié)2DPSK信號的相位變化與信息代碼(即絕對碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）。