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.\ 通信原理实验报告 ---基本数字调制实验 范晨晨 201300800596 13级通信工程二班 实验一 ASK调制及解调实验 （一）实验目的 1、掌握用键控产生ASK信号的方法。 2、掌握ASK非相干解调的原理。 （二）实验器材 1、主控&信号源、9号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 （三）实验原理 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。在本次实验中，采用键控法进行调制，解调则采用非相干解调，即将基带信号和载波直接相乘，已调信号经过半波整流、低通滤波后，通过门限判决电路解调出原始基带信号。 （四）实验过程&波形分析 实验项目一 ASK调制 1、 连线，设置主控菜单，将模块9的开关S1拨为0000。 2、 此时系统的初始状态为：PN序列输出频率为32kHz，调节128kHz载波信号峰峰值为3V。 由图可知，纵向每一大格代表500mV，共有6个大格，即峰峰值为3V。 3、以9号模块TH1为触发，用示波器同时观测9号模块TH1和TH4，验证ASK调制原理。 右图是左图的局部放大图像。由上图观察可知，在调制输入信号为0时，调制输出信号幅值为0；在调制输入信号为1时，调制输出信号为余弦载波，由此可验证ASK的调制原理。 因为PN序列输出频率为32kHz，载波信号频率为128kHz，所以一个码元应对应4个载波周期。读图可知，横向一个大格为20μS，则一个码元占据约1.5个大格，恰好对应4个载波周期。 4、 将PN序列输出频率改为64kHz，观察载波个数是否发生变化。 左图为更改PN输出频率的界面，右图为更改频率后的调制输入信号与调制输出信号。因为PN序列输出频率为64kHz，载波信号频率为128kHz，所以一个码元应对应2个载波周期。读图可知，横轴中一个大格为10μS，则一个码元占据约1.5个大格，恰好对应2个载波周期。 由此可知，PN序列输出频率（即码元发送频率）从32kHz变为64kHz，使得码元周期的长度减小为原来的1/2。又因为载波的频率未变，其对应的周期长度不变，所以一个码元对应的载波个数减少为原来的1/2。 实验项目二 ASK解调 1、 保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、 以9号模块TH1为触发，用示波器同时观测9号模块TH1和TH6，调节W1直至二者波型相同；再观测TP4（整流输出）、TP5（LPF-ASK）两个中间过程测试点，验证ASK解调原理。 上图为调制输入信号（TH1）与解调输出信号（TH6）。最初得到的波形中，两者的码元宽度不太相同，通过调节9号模块中的W1，最终使得两者波型相同，如上图所示，但存在一定的延时。 CH1为TP4（整流输出）处的波形，CH2为TP5（LPF-ASK）处的波形。右图为左图的局部放大。在理论课程中已学过，整流器和低通滤波器起到包络检波的作用，前者将输入信号变为脉动直流信号，后者则转换为平缓变化的直流信号。从上图中也可观察到，经整流器和低通滤波器后，可避免载波的抖动对抽样判决的影响，减小判决误差。 由此可验证ASK的解调原理：已调信号经半波整流后变为脉动直流信号，再经低通滤波后变为平缓的直流信号，然后用门限判决电平进行判定。若信号幅值大于门限电平则判为“1”，若小于门限电平则判为“0”。 3、 以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-ASK，观测眼图。 通过查阅课本可知：眼图，是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。其具体做法是用一个示波器跨接在抽样判决器的输入端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。此时可以从示波器显示的图形上，观察码间干扰和信道噪声等因素影响的情况，从而估计系统性能的优劣程度。因为在传输二进制信号波形时，示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。 若存在码间串扰，则形成的眼图线迹杂乱，“眼睛”张开的较小，且眼图不端正。眼图中“眼睛”张开越大，眼图越端正，则码间串扰越小；反之，码间串扰越大。当存在噪声时，眼图的线迹会变成比较模糊的带状的线，且噪声越大，线条越粗，越模糊。“眼睛”张开得越小。 除了定性反映码间串扰和噪声的大小，从眼图中还可以得知：最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻；定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率；图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度；图中央的横轴位置对应于判决门限电平等等。 观察在实验中得到的眼图，可发现此图中“眼睛”张开较大，眼图端正，线迹也比较清晰，因此基本上没有受到码间串扰和噪声的影响。 （5） 实验报告题目 1、 分析实验电路的工作原理，简述其工作过程； 从信号源发出频率为32kHz的PN序列，即为单极性非归零码。将其与128kHz的载波相乘，便完成ASK的调制；将调制后信号进行半波整流和低通滤波，然后根据门限电平进行抽样判决，便可完成ASK的解调。 2、 分析ASK调制解调原理。 ASK调制即用载波的幅度变化来传递数字信息。对于2ASK，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。调制的方式包括模拟调制法（相乘器法）和键控法。 ASK的解调是将调制后信号进行包络检波或相干解调。本次实验中采用前者，即将载波的振幅提取出来，并转换为直流信号进行门限判决，以恢复原始的基带信号。 实验二 FSK调制及解调实验 （一）实验目的 1、掌握用键控产生FSK信号的方法。 2、掌握FSK非相干解调的原理。 （二）实验器材 1、主控&信号源、9号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 （三）实验原理 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息，而其振幅和初始相位保持不变。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。在本次的实验中，基带信号与一路载波相乘得到“1”电平的ASK调制信号，基带信号取反后再与二路载波相乘得到“0”电平的ASK调制信号，然后将两者相加便可合成FSK的调制输出。已调信号采用过零检测法识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决，得到原始基带信号。 （四）实验过程&波形分析 实验项目一 FSK调制 1、连线，设置主控菜单，将模块9的开关S1拨为0000。 2、调节信号源模块的W2使128kHz载波信号峰峰值为3V，调节W3使256kHz载波信号峰峰值也为3V。 由图可知，两者的纵轴中一个大格分别代表500mV和1V，因此峰峰值为3V的信号分别占据6个大格和3个大格。 3、 此时系统的初始状态为：PN序列输出频率为32kHz。 4、 示波器CH1接9号模块TH1基带信号，CH2接9号模块TH4调制输出，以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出，验证FSK调制原理。 右图为左图的局部放大。由上图观察可知，基带信号为“0”和“1”时分别对应一种频率的载波。在右图中，横轴一个大格代表10μS，码元的发送频率为32kHz，则一个码元占据约3个大格。由此可知，当基带信号为“0”时，一个码元对应4个载波周期，则载波的频率为128kHz；当基带信号为“1”时，一个码元对应8个载波周期，则载波频率为256kHz。综上，FSK调制原理得以验证。 5、 将PN序列输出频率改为64kHz，观察载波个数是否发生变化。 右图为左图的局部放大。观察右图可知，横轴的一个大格代表10μS，则一个码元占据约1.5个大格（PN序列频率变为原来的两倍，所以周期减小为1/2）。图中，当基带信号为“0”时，一个码元对应2个载波周期（载波频率为128kHz）；当基带信号为“1”时，一个码元对应4个载波周期（载波频率为256kHz）。 由此可知，PN序列频率（即码元发送频率）从32kHz变为64kHz，使得码元周期的长度减小为原来的1/2，而“0”码元所对应的仍为128kHz的载波，“1”码元对应的仍为256kHz的载波。由于载波频率未变化，其各自的周期也就未变化，所以一个码元对应的载波个数减小为原来的1/2。 实验项目二 FSK解调 1、 保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、 对比观测调制信号输入以及解调输出：以9号模块TH1为触发，用示波器分别观测9号模块TH1和TP6（单稳相加输出）、TP7（LPF-FSK）、TH8（FSK解调输出），验证FSK解调原理。 左图中的CH1为9号模块的TH1，即输入基带信号，CH2为TP6，即单稳相加输出。右图为输入基带信号与调制输出信号。将左图中的单稳相加输出信号与右图中的调制输出波形比较可知，进行单稳相加后，载波的负向波形向上翻折成正向波形，并由原来的余弦脉冲变为矩形脉冲。矩形脉冲的个数即为信号的过零点数，因此它们的密集程度反映了信号的频率高低。而且变为矩形脉冲后直流分量增大，其大小和信号频率的高低成正比。 上图中的CH1为TP7（LPF-FSK），CH2为TH8（FSK解调输出）。由图可知，经低通滤波器后，将矩形脉冲中的直流分量提取出来。又因为直流分量的大小和信号频率的高低成正比，所以完成了频率-幅度的变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“0”和“1”，如图中CH2所示。 3、 以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-FSK，观测眼图。 由观察可知，眼图中“眼睛”张开得比较大，但是眼图不太端正，线条也有些模糊，因此信号中存在码间串扰和噪声，但影响比较小。 （5） 实验报告题目 1、 分析实验电路的原理，简述其工作过程； 实验电路的原理及工作过程已在第（三）部分中分析过。 2、 分析FSK调制解调原理。 FSK调制是用载波的频率变化来传递数字信息，例如2FSK中基带信号为“0”时，对应载波频率为f1，基带信号为“1”时，对应载波频率为f2。2FSK信号的产生方法主要有两种：模拟调频电路和键控法，在本次实验中采用的是键控法。 FSK的解调方式包括包络检波、相干解调和过零检测。在本实验中采用的是过零检测法，其基本原理是识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决来恢复原始基带信号。 实验三 BPSK调制及解调实验 （一）实验目的 1、掌握BPSK调制和解调的基本原理； 2、掌握BPSK数据传输过程，熟悉典型电路； 3、了解数字基带波形时域形成的原理和方法，掌握滚降系数的概念； 4、熟悉BPSK调制载波包络的变化； 5、掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法。 （二）实验器材 1、主控&信号源、9号、13号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 （三）实验原理 在9号模块中，基带信号的“1”电平和“0”电平信号分别与256kHz载波及256kHz反相载波相乘，叠加后得到BPSK调制输出。已调信号送入到13模块载波提取单元得到同步载波。已调信号与相干载波相乘后，经过低通滤波和门限判决后，便可解调出原始基带信号。 （四）实验过程&波形分析 实验项目一 BPSK调制信号观测（9号模块） 1、连线，设置主控菜单，将模块9的开关S1拨为0000。 2、调节信号源模块的W3使256kHz载波信号峰峰值为3V。 由图可知，纵向每一大格代表500mV，共有6个大格，即峰峰值为3V。 3、 此时系统的初始状态为：PN序列输出频率为32kHz。 4、 （1）以9号模块“NRZ-I”为触发，观测“I”。 右图为左图的局部放大。 （2） 以9号模块“NRZ-Q”为触发，观测“Q”。 （3） 以9号模块“基带信号”为触发，观测“调制输出”。 思考：分析以上观测的波形，分析与ASK有何关系？ 分析实验框图可知，基带信号分成两路，一路信号是NRZ_I分量，其直接与256kHz的载波相乘，从观测点I可观察到两者相乘后的波形情况；另一路信号取反后构成NRZ_Q分量，再与反相的256kHz载波相乘，从观测点Q可观察到两者相乘后的波形情况。经过I、Q观测点后的两路信号相加便可得到调制输出信号。 对比（1）、（2）中的载波波形，可发现两者相位相反。在两路信号相加得到的已调信号波形（3）中，也可观察到“1”、“0”对应的载波幅度、频率相同，但相位相反。 ASK为振幅调制，当基带信号为“0”时，对应的已调信号载波幅值若为0，则当基带信号为“1”时，对应的已调信号载波幅值不为0。在以上的各图中，从“I”、“Q”处观测到的波形类似于ASK信号，即不同的二进制码元对应载波的不同幅度。但两路信号相加后便得到了BPSK调制信号。 实验项目二 BPSK解调 1、保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、以9号模块的“基带信号”为触发，观测13号模块的“SIN”，调节13号模块的W1使“SIN”的波形稳定，即恢复出载波。 3、 以9号模块的“基带信号”为触发，观测“BPSK解调输出”，多次单击13号模块的“复位”按键。观测“BPSK解调输出”的变化。 由上图观察可知，一开始观测到的BPSK解调输出信号（CH2）与输入基带信号（CH1）中的“0”、“1”恰相反，即出现了相位模糊现象，但通过多次单击13号模块的“复位”按键，BPSK解调输出的信号逐渐接近基带信号，最终基本上相同，消除了“0”、“1”相反的现象。 4、 以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-BPSK，观测眼图。 观察上图可知，“眼睛”张开得较大，线迹清晰，但眼图不端正，因此存在码间串扰和噪声的影响。 思考：“BPSK解调输出”是否存在相位模糊的情况？为什么会有相位模糊的情况？ 存在相位模糊现象。相位模糊是因为恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相。这种相位相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“0”变为“1”，“1”变为“0”，判决器输出的数字信号全部出错。 （五）实验报告题目 1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程； 在本次实验中，基带信号分成两路，一路信号是NRZ_I分量，其直接与256kHz的载波相乘，从观测点I可观察到两者相乘后的波形情况；另一路信号取反后构成NRZ_Q分量，再与反相的256kHz载波相乘，从观测点Q可观察到两者相乘后的波形情况。经过I、Q观测点后的两路信号相加便可得到调制输出信号。 调制信号送入13号模块后，可以提取到同步载波。利用相干解调法，即已调信号与相干载波相乘，再经低通滤波和门限判决便可得到BPSK解调输出信号。 2、分析BPSK调制解调的原理。 PSK调制是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在BPSK中，通常用初始相位0和pi分别表示二进制“0”和“1”。BPSK的调制包括模拟调制（相乘器）法和键控法。 BPSK的解调通常采用相干解调法，即将已调信号与恢复出的相干载波相乘，经过低通滤波、抽样判决后便可得到原始基带信号。但此法的关键在于同频同相相干载波的提取，否则将会出现相位模糊现象。