实验三(2) 振幅键控、移频键控、移相键控解调实验01

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1、161 实验三（2）振幅键控、移频键控解调实验 一、实验目的 1 掌握 2ASK 相干解调的原理。 2 掌握 2FSK 过零检测解调的原理。 二、实验内容 1 观察 2ASK、2FSK、2DPSK 解调信号波形。 2 观察 2FSK 过零检测解调器各点波形。 三、实验器材 1 信号源模块 2 数字调制模块 3 数字解调模块 4 20M 双踪示波器 一台 四、实验原理 1 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 16-1 所示： 耦合 电路 低通 滤波 器 抽 样 判 决器 位 同 步信号 解 调 信号输 出

2、调 制 信号输 入 半 波 整 流器 （a ） 耦合 电路 低通 滤波 器 抽 样 判 决器 位 同 步信号 解 调 信号输 出 调 制 信号输 入 相 乘器 相 干载波 （b） 图 16-1 2ASK 解调原理框图 （a）非相干方式；（b ）相干方式 我们采用的是包络检波法。2ASK 调制信号从“ASK-IN”输入，经 CA03 和 RA02 组 成的耦合电路至半波整流器（由 DA02、DA03 组成），半波整流后的信号经电压比较器 UA01（LM339 ）与参考电位比较后送入抽样判决器进行抽样判决，最后得到解调输出的二 进制信号。标号为“ASK 判决电压调节”的电位器用来调节电压比较器 U

3、A01 的判决电压。162 判决电压过高，将会导致正确的解调结果的丢失；判决电压过低，将会导致解调结果中含 有大量错码，因此，只有合理选择判决电压，才能得到正确的解调结果。抽样判决用的时 钟信号就是 2ASK 基带信号的位同步信号，该信号从“ASK-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。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的条件。 本实验中为了简化实验设备，在调制部分的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道是理 想的，所以在解调部分的输入端也没有加带通滤波器。 2 2FSK 解调原理 带通

4、滤波器 带通 滤波器 包络 检 波器 包络 检 波器 抽样 判决器 位同 步信号 调制信号输入 解调信号输出 (a) （a ） 低通 滤波器 低通 滤波器 抽样 判决器 位同步信号 解 调信号输出 相乘器 相乘器 带通 滤波器 带通 滤波器 调制信号输 入cos 2 tcos 1 t (b)（b） 单稳1 整形2 整 形1 低通 滤波器 单稳2 相 加 器 抽样 判决 位同步信号 解调 信号 输出 调 制信号输入（c ） （a）非相干方式；（b）相干方式；（c）过零检测法 图 16-2 2FSK 解调原理框图 2FSK 有多种方法解调，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

5、等，相应的接收系统的框图如图 16-2 所示。 这里采用的是过零检测法对 2FSK 调制信号进行解调。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163 本思想。用过零检测法对 FSK 信号进行解调的原理框图如图 16-2（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“FSK-IN”输入。UA03（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 2FSK 信号变为 TTL 电平；整形 2 和抽样电路共同构成抽

6、样判决器， 其判决电压可通过标号为“2FSK 判决电压调节”的电位器进行调节。单稳 1 和单稳 2 分 别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器 UA05 （74HC32 ）一起共同对 TTL 电 平的 2FSK 信号进行微分、整流处理。电阻 RA14 与 RA16 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 2FSK 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。 3 二进制数字调制系统的性能比较 现在我们来比较一下 2ASK、2FSK 、2DPSK 这三种二进制数字调制系统的性能。 频带宽度 当码元宽度

7、为 Ts 时，2ASK 系统和 2PSK 系统的频带宽度近似为 2/T,2FSK 系统的 频带宽度近似为 。因此，从频带宽度和从频带利用率上看， s s T T f f 2 2 1 2 2FSK 系统最不可取。 表 16-1 中列出了 2ASK、2FSK、2DPSK 数字调制系统的误码率 与输入信噪比 r e P 的关系。从该表清楚地看出，在每一对相干和非相干的键控系统中，相干方式略 优于非相干方式。它们基本上是 和 之间的关系，而且随着 ， erfc r exp( ) r x 它们将趋于同一极限值。另外，三种相干（或非相干）方式之间，在相同误码率 条件下，在信噪比要求上 2PSK 比 2FS

8、K 小 3dB 、2FSK 比 2ASK 小 3dB。由此看 来，在抗加性高斯白噪声方面，相干 2PSK 性能最好，2FSK 次之，2ASK 最差。 表 16-1 二进制数字调制系统误码率公式表 名称 P e 与 r 的关系 相干 2ASK = e P 2 1 r erfc 非相干 2ASK = e P 2 1 4 / r e 相干 2FSK = e P 2 1 r erfc 非相干 2FSK = e P 2 1 2 / r e 相干 2PSK = e P 2 1 r erfc 差分相干 2PSK = e P 2 1 r e 对信道特性变化地敏感性164 在选择数字调制方式时，还应考虑它的最佳

9、判决门限对信道特性的变化是否敏感。 在 2FSK 系统中，不需要人为地设置判决门限，它是直接比较两路解调输出的大小 来作出判断的。在 2PSK 系统中，判决器的最佳判决门限电平为零，与接收机输出 信号的幅度有关。因此，它不随信道特性的变化而变化。这时，接收机容易保持 在最佳判决门限状态。对于 2ASK 系统，判决器的最佳判决门限为 a/2 （当 时），它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接 (1) (0) p p 收机输入信号的幅度 a 将随着发生变化；相应地，判决器的最佳判决门限电平也 将随之改变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码率增 大。因此，就对信道

10、特性变化的敏感性而言，2ASK 性能最差。 当信道存在严重的衰落时，通常采用非相干接收，因为这时在接收端不易得到相 干解调所需的相干载波。当发射机有严格的限制时，可考虑采用相干接收。因为 在给定的码元传输速率及误码率的条件下，相干接收所要求的信噪比要比非相干 接收小。 对于 2ASK 、2FSK 、2PSK 来说，发送端设备的复杂程度差不多，而接收端的复杂 程度则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调的设备 要比非相干解调的复杂；而同为相干解调时，2PSK 的设备最复杂，2FSK 次之， 2ASK 最简单。 五、实验步骤 1 将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块小心地固

11、定在主机箱中，确保电源接 触良好。 2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关 POWER1、POWER2，对应的发光二极管 LED001、LED002 、D400、D401、DA00、DA01 发光，按一下信号源模块的复位键， 四个模块均开始工作。 3 将信号源模块的位同步信号（BS）的频率设置位 15.625KHz ，将信号源模块产生的 NRZ 码设置为 01110010 11001100 10101010。 4 ASK 解调实验 用信号源模块产生的 NRZ 码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块， 使数字调制模块的信号输出点“ASK 调制输出”能输出正确

12、的 ASK 调制波形。 将“ASK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“ASK-IN”，观 察信号输出点“ASK-OUT”处的波形，并调节标号为“ASK 判决电压调节”的电 位器，直到在该点观察到稳定的 NRZ 码。将信号源的“位同步 BS”输出的波形 送入数字解调模块的信号输入点“ASK-BS”，观察信号输出点“OUT1”、 “OUT2”、“OUT3”、“ASK 解调输出”处的波形，并与信号源产生的 NRZ 码进行比较。 5 FSK 解调实验 将信号源模块的位同步信号的频率恢复为 15.625KHz，用信号源模块产生的 NRZ 码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使

13、数字调制模块的信号输 出点“FSK 调制输出”能输出正确的 FSK 调制波形。 将“FSK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观 察信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK 判决电压调节”的电 位器，直到在该点观察到稳定的 NRZ 码。将信号源的 “位同步 BS”输出的波形165 送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点 “单稳输出 1”、 “单稳输出 2”、“过零检测”、“FSK 解调输出”处的波形，并与信号源产生的 NRZ 码进行比较。 六、输入、输出点参考说明 1 输入点参考说明 ASK-IN：ASK 调制信号输入点。

14、 ASK-BS：ASK 解调位同步信号输入点。 FSK-IN：FSK 调制信号输入点。 FSK-FS：ASK 解调位同步信号输入点。 载波输入：PSK 解调同步载波信号输入点。 2 输出点参考说明 OUT1：ASK 调制信号经耦合电路后的信号输出点。 OUT2：ASK 信号经二极管检波电路后的信号输出点。 OUT3：ASK 检波后的信号经低通滤波器后的信号输出点。 ASK-OUT：ASK 解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决) 。 ASK 解调输出：ASK 解调信号输出点。 单稳输出 1：FSK 调制信号经单稳(UA04A 74HC123)的信号输出点。 单稳输出 2：FSK 调制

15、信号经单稳(UA04B 74HC123) 的信号输出点。 过零检测： FSK 解调信号经过零检测后的信号输出点。 FSK-OUT： FSK 解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决)。 FSK 解调输出：FSK 解调信号输出点。166 7、实验数据及数据处理 （1）ASK 解调实验OUT1 OUT2“OUT3” “ASK 解调输出”167 （2）FSK 解调实验“单稳输出 1” “单稳输出 2”“过零检测” “FSK 解调输出 八、实验思考题 1 用过零检测法进行FSK 解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生了延 迟？ 答：通过观察过零检测法输入和解调的波形图，可以看出实际上是产生了一点延迟的 延迟。168 九、参考文献 现代通信技术 电子信息专业实验教程 十、心得体会 3 答：本实验让我又一次熟悉了 2ASK 相干解调的原理和 2FSK 过零检测解调的原理。 也使我对通信系统中的解调这一块有了新的认识，当初上课没好好听过零检测的相 关内容，但通过此次实验得以弥补回来。