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1、 实验名称数字解调与眼图学 院信息科学与工程学院专业班级 姓 名 学 号数字解调与眼图一、 实验目的 1. 掌握2DPSK相干解调原理。2. 掌握2FSK过零检测解调原理。二、 实验内容 1. 用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。2. 用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。3用示波器观察眼图。三、 基本原理 可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。在相位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率的13倍，两种解调方法都可用。实际工程中相干解调法用得最多。2FSK信号的解调方法有：包络括检
2、波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。图4-1 数字解调方框图（a） 2DPSK相干解调 （b）2FSK过零检测解调 本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。2DPSK模块内部使用+5V、+12V和-12V电压，2FSK模块内部仅使用+5V电压。图4-1为两个解调器的原理方框图，其电原理图如图4-2所示（见附录）。 2DPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点： MU相乘器输出信号测试点 LPF低通、运放输出信号测试点 Vc比较器比较电压测试点 CM比较器输出信号的输出点/测试点 BK解调输出相对码测试点 AK-OUT解调输出绝对码的输出点/测试点（3个） B
3、S-IN位同步信号输入点 2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点： FD2FSK过零检测输出信号测试点 LPF低通滤波器输出点/测试点 CM整形输出输出点/测试点 BS-IN位同步信号输入点 AK-OUT解调输出信号的输出点/测试点（3个） 2DPSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件的对应关系如下： 相乘器U29：模拟乘法器MC1496 低通滤波器R31；C2 运放U30：运算放大器UA741 比较器U31：比较器LM710 抽样器U32:A：双D触发器7474 码反变换器U32:B：双D触发器7474；U33:A：异或门7486 2FSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件对应关系如
4、下： 整形1U34:A：反相器74HC04 单稳1、单稳2U35：单稳态触发器74123 相加器U36：或门7432 低通滤波器U37：运算放大器LM318；若干电阻、电容 整形2U34:B：反相器74HC04 抽样器U38:A：双D触发器7474 在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。 下面对2DPSK相干解调电路中的一些具体问题加以说明。 MU的波形接近图4-3所示的理论波形，略有区别。 信源是周期
5、为24bit的周期信号，当24bit的相对码BK中“1”码和“0”码个数不相等时，相乘器U29的输出信号MU及低通滤波器输出信号LPF是正负不对称的信号。在实际的2DPSK通信系统中，抽样判决器输入信号是一个均值为0且正负对称的信号，因此最佳判决电平为0。本实验系统中，Vc决定判决电平。当Vc=0而相对码BK中“1”码和“0”码个数差别太大时，可能出现误判决，即解调器出现误码。因为此时LPF信号的正电平或负电平非常接近0电平，抽样脉冲（位同步信号）稍不理想就会造成误码。电位器R39用来调节判决电平，当BK中“1”码与“0”码个数差别比较大时出现误码时，可调节R39使Vc等于LPF信号的中值（最
6、佳判决门限）。实际通信系统中的2DPSK相干解调器（或差分相干解调器）不需要调节判决电平。 比较器的输出CM为TTL电平信号，它不能作为相对码直接送给码反变器，因为它并不是一个标准的单极性非归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。另外，当LPF中有噪声时，CM中还会出现噪声脉冲。 异或门74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有小的干扰信号，经U34整形后即可去掉。DPSK相干解调器模块各点波形示意图如图4-3所示。图4-3 2DPSK相干解调波形示意图 2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下： 图4-4为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“
7、1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。 整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。图4-4 2FSK过零检测解调器各点波形示意图 单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（应基本相等）。 R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不
8、是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。U34对抽样判决输出信号进行整形。四、 实验步骤本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2DPSK解调单元及2FSK解调单元，它们之间的信号连结方式如图4-5所示,其中实线是指已在电路板上布好的,虚线是实验中要手工连接的。实际通信系统中，解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。在做2DPSK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调单元，做2FSK解调实验时则送到2FSK解调单元。图4-5 数字解调实验连接图 1. 复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调单元及2
9、FSK解调单元的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。 2. 检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态！ 3. 2DPSK解调实验（1）将数字信源单元的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调单元的BS-IN点,以信源单元的FS信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1接数字调制单元的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调单元的MU。MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-3所示的理论波形。BK与MU（2）示波器的CH2接2DPSK解调单元的LPF，可看到LPF与MU同相。当一帧内BK中
10、“1”码“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称。BK与LPF（3）示波器的CH1接VC，调节电位器R39，保证VC处在0电平（当BK中“1”与“0”等概时LPF的中值即为0电平），此即为抽样判决器的最佳门限。（4）观察数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字信源单元中AK信号与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间的关系。BK与BK结论：2DPSK解调单元的BK相对于数字调制单元的BK滞后一个码元。BK与MU结论：2DPSK解调单元的MU与数字调制单元的BK同相。BK与LPF结论：2DPSK解调单元的
11、LPF与数字调制单元的BK同相。AK与MU结论：2DPSK解调单元的MU是数字信源单元中的AK的绝对码波形。AK与LPF结论：2DPSK解调单元的LPF是数字信源单元中的AK的绝对码波形。AK与LPF结论：2DPSK解调单元的LPF是数字信源单元中的AK的绝对码波形，且LPF滞后一个码元。AK与AK-OUT结论：2DPSK解调单元的AK-OUT是数字信源单元中的AK的绝对码波形，且AK-OUT滞后一个码元。（5）断开、接通电源若干次，使发端CAR信号与载波同步CAR-OUT信号的相位关系出现跳变，重新进行步骤（4）中的观察。BK与MU结论：2DPSK解调单元的MU与数字调制单元的BK反相。BK
12、与LFT结论：2DPSK解调单元的LFT与数字调制单元的BK反相。BK与BK结论：2DPSK解调单元的BK与数字调制单元的BK反相，且滞后一个码元。AK与MU结论：数字信源单元中的AK是2DPSK解调单元的MU的绝对码波形。AK与LPF结论：数字信源单元中的AK是2DPSK解调单元的LPF的绝对码波形。AK与BK结论：数字信源单元中的AK是2DPSK解调单元的BK的绝对码波形。AK与A-OUT结论：数字信源单元中的AK与2DPSK解调单元的AK-OUT同相，且AK-OUT滞后一个码元。（6）将数字调制单元单刀双掷开关K7置于右方（M序列）端，此时数字调制器输入的基带信号是伪随机序列（本系统中是
13、M序列）信号。用示波器观察2DPSK解调单元LPF点，即可看到无噪声状态下的眼图。眼图 4. 2FSK解调实验将数字调制单元单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。将数字信源单元的BS-OUT用信号连线换接到2FSK解调单元的BS-IN点,示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2FSK过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形应接近图4-4所示的理论波形。AK与FDAK与LPFAK与CMAK与AK-OUT五、 实验报告要求 1. 设绝对码为1001101，根据实验观察得到的规律，画出如果相干载波
14、频率等于码速率的1.5倍，在CAR-OUT与CAR同相、反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。 答：当相干载波为-cosC t 时，MU、LPF 及 BK 与载波为 cosC t 时的状态反相，但AK 仍不变（第一位与 BK 的起始电平有关）。2DPSK 系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。2. 设信息代码为1001101，2FSK的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的规律，画出2FSK过零检测解调器输入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形（设低通滤波器及整形2都无倒相作用）。
