二相BPSK (DPSK)调制解调技术

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

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1是二相PSK（DPSK）调制器电路框图。
    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。

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，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即p相载波信号。为了使0相载波与p相载波的幅度相等，在电路中加了电位器W302。

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。

    0相载波与p相载波分别加到模拟开关1：U302：A的输入端（1脚）、模拟开关2：U302：B的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关1的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关2的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关1的输入控制端为高电平，模拟开关1导通，输出0相载波，而模拟开关2的输入控制端为低电平，模拟开关2截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关1的输入控制端为低电平，模拟开关1截止。而模拟开关2的输入控制端却为高电平，模拟开关2导通。输出p相载波，两个模拟开关的输出通过载波输出开关K303合路叠加后输出为二相PSK调制信号，如图8-3所示。

在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。

相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。理论分析和实际试验证明：在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到了广泛的应用。

（二）解调实验：

二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图8-4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8-4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，是数字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采用同相正交环解调。

  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2   解调器总方框图

2.同相正交环锁相环提取载波电路

    在这种环路里，误差信号是由两个鉴相器提供的。VCO压控振荡器给出两路互相正交的载波信号分别送至两鉴相器，输入的二相(PSK，DPSK)信号经过两个鉴相器分别鉴相后，由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，分别送入两判决器进行判决后得到基带信号Ud1与Ud2，其中Ud1中包含着码元信息，但无法对VCO压控振荡器进行控制。只有将Ud1、Ud2经过基带模拟相乘器相乘后，就可以去掉码元信息，得到反映VCO输出信号与输入载波间的相位差的误差控制电压，从而实现了对VCO压控振荡器的控制。见图8-5所示。

当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离4.096MHz时，此时一方面可改变CA701中的电容值，另一方面也可调节W701和W702，用频率计监视测量点TP704上的频率值，使其准确而稳定地输出4.096MHz的载波信号。

该4.096MHz的载波信号经过分频(÷4)电路：U709与U710(74LS74)两次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。由U710∶B的9脚输出π/2相去鉴相器2的控制信号输入端U302∶D(4066)的6脚，由U710∶A的5脚输出0相载波信号去鉴相器1的控制信号输入端U302∶C(4066)的5脚。这样就完成了载波恢复的功能。

图8-6是该解调环各输出测量点波形图。

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

详细内容如下：

将实验中二相PSK(DPSK)的电路调整好后，再将本实验电路调整到最佳状态，逐一测量TP701～TP704各点处的波形，画出波形图并作记录，注意相位、幅度之间的关系。

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或K3022–3或K3025–6或K3026–7、K3031-2与3-4、 K3042–3、K7012-3。

  3．调节W301，使TP301约为VPP=2∽3V的正弦波。调节W302，使TP302为TP301的反相波形，两者幅度相等，相位相反。

  4.跳线开关设置功能如下：
    K3011-2：输入CVSD（ΔM）编码的数字输出信号；
    K3012-3：32KB/s伪随机码，码型为000011101100101。
    K3021-2：伪随机码，码序列为000011101100101，速率为32KHz的绝对码。
    K3022-3：伪随机码，码序列为000011101100101，速率为32KHz的相对码。
    K3025-6：128KHz方波，码序列为1010码。
    K3026-7：64KHz方波，码序列为1010码。
    K303  ：合路叠加开关。
    K3042-3：1.024MHz方波，作为载波输入。K3041-2：断开。
    K7012-3：输入PSK调制信号。K7011-2：断开。

  5.做二相BPSK实验时，必须把开关K302的1脚与2脚相连接。
 做二相DPSK实验时，必须把开关K302的2脚与3脚相连接。

  6．PSK解调时：

  (1)首先要使PSK调制电路正常工作。
  (2)在CA701上插上电容，使振荡器工作频率为4.096MHz，电容在80Pf～120Pf之间。

五. 测量点说明

  TP301：输入载波信号，K304的2与3相连，频率为1.024MHz方波信号。当波形不
         好时，可调节电位器W301。                                     
    TP302：波形同TP301反相，波形不好时，可调节电位器W302。             
    TP303：32KHz调制工作时钟信号。
    TP304：数字基带信号伪随机码输出波形，码型有：
         (1)K3021-2：伪随机码，码元序列为000011101100101，速率为32KHz的绝对码。
     (2)K3022-3：伪随机码，码元序列为000011101100101，速率为32KHz的相对码。
     (3)K3025-6：128KHz方波，码元序列为1010码。
     (4)K3026-7：64KHz方波， 码元序列为1010码。
       TP305：PSK的0相载波输出，当K303都断开时。
    TP306：PSK的π相载波输出，当K303都断开时。
    TP307：PSK调制信号输出波形，当K303都相连时，即1与2、3与4脚都相接。
    TP701：PSK解调信号输入波形，当K701的2与3相接。
  TP702：压控振荡器输出4.096MHz的载波信号，用频率计监视测量点TP704上的频
         率值有偏差时，此时一方面可改变CA701中的电容值，另一方面也可调节W701
          和W702，使其准确而稳定地输出4.096MHz的载波信号。
    TP703：频率为1.024MHz的0相载波输出信号。
    TP704：频率为1.024MHz的π/2相载波输出信号。

    TP705：PSK解调输出波形，即数字基带信号。