《振幅键控、移频键控、移相键控调制与解调实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《振幅键控、移频键控、移相键控调制与解调实验（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验四 . 振幅键控、移频键控、移相键控调制和解调实验、实验目的1. 掌握绝对码、相对码概念以及它们之间的变换关系和变换方法2. 掌握用键控法产生 2ASK 2FSK信号的方法，以及2ASK相干解调、2FSK过零检测解调 的原理3. 掌握相对码波形与 2FSK信号波形之间的关系4. 掌握2ASK 2FSK信号的频谱特性、实验内容 （ 含技术指标 ）1. 观察绝对码和相对码的波形2. 观察2ASK 2FSK信号波形3. 观察2ASK 2FSK信号频谱4. 观察2ASK 2FSK解调信号波形5. 观察2FSK过零检测解调器各点波形三 实验器材信号源模块数字调制模块频谱分析模块数字解调模块同步信号提
2、取模块数字示波器一台连接线若干四 实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。由于被调载波有幅度频率 相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二 进制振幅键控 （2ASK） 二进制移频键控（ 2FSK） 二进制移相键控 （2PSK） 三种最基本的 数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。1. 2ASK调制原理。在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号1或 0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通一断键控（00
3、）。2ASK信号典型的时域波形如图 15-1 所示，其时域数学表达式为：S2ASK（t） an Acos ct（151）式中，A为未调载波幅度，c为载波角频率，an为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：0 出现概率为 Pan（152）n 1 出现概率为 1 P综合式15- 1和式15-2,令A= 1,则2ASK信号的一般时域表达式为:S2ASK ang(t nTs) cos ctn式中，Ts为码元间隔,S(t)cos ct(15 3)g(t)为持续时间Ts/2，Ts/2内任意波形形状的脉冲(分析时一般设为归一化矩形脉冲)，而ar21011S(t)就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。Ts2
4、Ts3Ts4Ts图15-1 2ASK信号的典型时域波形为了更深入掌握2ASK信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序 列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。设g(t)为归一化矩形脉冲，若g(t)的傅氏变换为G(f) , S(t)则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P,则S(t)的功率谱密度表达式为：Ps(f)fsP(1 P)G(f)2 fs2(1 P)2|G(0)2 (f)(15 4)式中，G(f) Tssin兀Ts； Hz,并与二进制序列的码元速率TsRs在数值上相等。可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。 式为：2ASK信号的双边
5、功率谱密度表达1沧哉；fsP P)G(ffc)|G(ffc)122I 2-fs (1 P)2G(0) (f fc) (ffc)(15 5)4式(15 5)表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成：(1)由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；(2)由被调载波分量确定的载频离散谱。图15-2为2ASK信号的单边功率谱示意图。图15-2 2ASK信号的单边功率谱密度示意图对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的 这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然， 点带宽为
6、“谱零点带宽”，2ASK信号的谱零B2ASK ( fcRs) ( fc艮)f02Rs2/ Ts ( Hz)(15 6)式中，Rs为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率(比特率)Rb( bit/s )在数值上相等。图15-3 2ASK调制原理框图2ASK信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通断键控”， 用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列 S(t)控制门的通断，S(t)=1时开关导通；S(t) = 0时开关截止，这种调制方式称为通断键控法。其次，2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式
7、，称其为乘积法。在这里，我们采用的是通-断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ ASK基带输入”和“ ASK载波输入”输入，其原理框图和电路原理图分别如图15-3、图15-4所示。2. 2FSK调制原理。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为 fo时代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以 fo和f1为载频、以an和an为被传二进制序列的两种 2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图 15-5所示，其一般时域数学表达式为S2 FSK (t)ang(t nTs) cos tn
8、ang(t nTs) cos 我n(15 7)式中， 00 ,12 f1 , an是an的反码，即an概率为P概率为1- Pan概率为P概率为1 P耳210110TsS2FSK(t)2Ts3Ts4Ts0-AAAA i 1I 1J 11AA/ A1AflI1 A AI i j 1uar.i f I /11jI 1111iIi111 I11 1/ii I :(1 1 111111 1 11Eii 1 11 1 I11 1 1 111 11 1/ 1 /V V1 11 11 11 1 1 111 11 /卜11 11 J 1It IVVVVk 1 V1 1 1V vV M1 111 VVA图15-5
9、 2FSK信号的典型时域波形因为2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为hf1 fTsf1f/Rs（ 15 8）显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相 干方式进行解调。可以看出，当h1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为B2FSKf 1 f02 Rs （Hz）（15 9）2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选 择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（01或10
10、）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图15-6所示:图15-6 2FSK调制原理框图由图可知，从“ FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，1路经U404 (LM339)反相后接至U405B( 4066)的控制端，另 1路直接接至 U405A (4066)的控制端。从“ FSK载波 输入1 ”和“ FSK载波输入2”输入
11、的载波信号分别接至U405A和U405B的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关 U405A打开，U405B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A关闭，U405B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。3. 2PSK调制原理。2PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和n相位载波分别代表传1和传0,其时域波形示意图如图 15-7所示。设二进制单极性码为 an,其对应的双极性二进制码为bn,则2PSK信号的一般时域数学表达式为：(1510)S2PSK(t)bng(t nTs) cos ctn其中：bn当an 0时，概率为P 当
12、an=1时，概率为1- P则(15 10)式可变为:g(tnTs)cos ct当an 0S2PSK(t)=(1511)g(tnTs)cos ct 0当an 1nA0-A图15-7 2PSK信号的典型时域波形由（15 10）式可见， 可知，其双边功率谱表达式与2PSK信号是一种双边带信号，比较2ASK的几乎相同，即为：15 10)式于（15 3）式P2PSK(f)fsP(1 P)G(ffc)G(ffc)4 fs2（1 P）2G（0）2 （f2PSK信号的谱零点带宽与 2ASK的相同，即fc)(f fc)(1512)B2PSK(fcRs)(fcRs)2Rs2/Ts(Hz)(1513)我们知道，2P
13、SK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，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的 数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒n”现象，因此，实际中一般不采用 2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK方式。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如,假设相位值用相位偏移 x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设数字信息“ 1 ”0 数字信息“ 0”则数字信息序列与2DPSK信号的码兀相位关系可举例表示如下:数字信息：0 0 1110 010 12DPSKW号相位：000n 0nnn 00n或：nnn0n000nn0图15-8为对同一组二进制信号调制后的2PSK与 2DPSK波形。从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码 元相对相位的差才唯一决定信息符号。这说明，解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值。只要前后码
