數字通信原理實驗箱二相BPSK（DPSK）調制解調實驗

一、數字通信原理實驗箱實驗目的
1.掌控把握二相BPSK（DPSK）調制解調的作業(yè)原理及電子回路構成
2.理解載頻信號的產生方法
3.掌控把握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法

二、數字通信原理實驗箱實驗電子回路作業(yè)原理
（一）調制實驗：
在本實驗中，絕對移相鍵控（PSK）是應用直接調相法來完成的，也就是用寫入的基帶信號直接控制已寫入載波相位的改變來完成相移鍵控。
PSK調制在數字通信系統中是一種極重要的調制方法，它設定有優(yōu)越的抗干擾噪聲功能及較高的頻帶運用率。因此，PSK在許多場合下得到了十分廣泛的應用。
本實驗中PSK調制模型塊原理框圖（如圖10-1）。從圖10-1可見，二相PSK(DPSK)的載波為1.024MHz，數字基帶信號有32Kbit/s偽隨機碼、2KHz方波、CVSD編碼信號、PC數值等。
1.載波倒相器
模仿信號的倒相通常應用運放來完成。電子回路由U301B等構成，來自1.024MHz載波信號寫入到U301的反相寫入端6腳，在輸出端即可得到一個反相的載波信號，即相載波信號。為了使0相載波與相載波的幅度相等，在電子回路中加了電位器W301和W302。
2.模仿開關相乘器
對載波的相移鍵控是用模仿開關電子回路完成的。
0相載波與相載波分別加到模仿開關1：U302：A的寫入端（1腳）、模仿開關2：U302：B的寫入端（11腳），在數字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模仿開關1的寫入控制端（13腳），它反極性加到模仿開關2的寫入控制端（12腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為"1"碼時，模仿開關1的寫入控制端為高電平，模仿開關1導通，輸出0相載波，而模仿開關2的寫入控制端為低電平，模仿開關2截止。反之，當信碼為"0"碼時，模仿開關1的寫入控制端為低電平，模仿開關1截止。而模仿開關2的寫入控制端卻為高電平，模仿開關2導通。輸出相載波，兩個模仿開關的輸出經過載波輸出開關K301合路疊加后輸出為二相PSK調制信號，如圖10-2所示。
在數值傳輸系統中，由于相對移相鍵控調制設定有較強的抗干擾噪聲能力，在相同的信噪比條件下，可獲取比其他調制方法（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實際通信系統中。
相對移相，就是運用前后碼元載波相位的相對改變來傳遞信息，所以也稱為"差分移相"。





圖10-2 模仿開關相乘器作業(yè)波動線

DPSK調制是應用碼型變換加絕對調相來完成，即把數值信息源（如偽隨機碼序列、增量調制編碼器輸出的數字信號）作為絕對碼序列an，經過碼型變換器變成相對碼序列bn，然后再用相對碼序列bn，實行絕對移相鍵控，此時該調制的輸出就是DPSK已調信號。
DPSK是運用前后相鄰碼元對應的載波相對相移來表示數字信息的一種相移鍵控方法。
絕對碼是以基帶信號碼元的電平直接表示數字信息的，如規(guī)定高電平代表"1"，低電平代表"0"。
相對碼是用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無改變來表示數字信息的，如規(guī)定：相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。



圖10-3 BPSK、DPSK編碼波動線
圖10-4（a）是相對碼編碼器電子回路，可用模二加法器延時器（延時一個碼元寬度Tb）來完成這兩種碼的互相變換。


圖10-4（a） 相對碼編碼器電子回路 圖10-4（b） 作業(yè)波動線
設寫入的相對碼an為1110010碼，則經過相對碼編碼器后輸出的相對碼bn為1011100，即bn= an bn–1。 圖10-4（b）是它的作業(yè)波動線圖。
（二）解調實驗
二相BPSK(DPSK)解調器的總電子回路方框圖如圖10-5所示。該解調器由三部分構成：載波提取電子回路、位定時恢復電子回路與信碼再生整形電子回路。載波恢復和位定時提取，是數字載波傳輸系統必不可少的重要構成部分。載波恢復的具體完成方案是和發(fā)送端的調制方法有關的，以相移鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(Constas環(huán))、逆調制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來由于數字電子回路技術和包括電子回路的迅速發(fā)展，又出現了基帶數字處置整理載波跟蹤環(huán)，并而且已在實際應用領域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學生基礎知識的學習掌控把握及對基礎課程課程理論的理解，我們從實際出發(fā)，選用科斯塔斯環(huán)解調電子回路作為基礎實驗。

1.二相(BPSK，DPSK)信號寫入電子回路
由BG701(3DG6)構成射隨器電子回路，對發(fā)送端送來的二相(BPSK、DPSK)信號實行前后級隔離，由U701(LM311)構成模仿信號放大電子回路，進一步對寫入小信號的二相(PSK、DPSK)信號實行放大后送至鑒相器1與鑒相器2分別實行鑒相。


圖10-5 解調器總方框圖
2. 科斯塔斯環(huán)提取載波原理
科斯塔斯環(huán)由U701(LM311)模仿運放放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的寫入端，鑒相器1與鑒相器2的控制信號寫入端的控制信號分別為0相載波信號與π/2相載波信號。這樣經過兩鑒相器輸出的鑒相信號再經過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩對比判決器完成判決解調出數字基帶信碼，由U706A與U707A包括的相乘器電子回路，去掉數字基帶信號中的數字信息。得到反映恢復載波與寫入載波相位之差的誤差電壓（V）Ud, Ud經過環(huán)路低通濾波器R718、R719、C706濾波后，輸出了一個平滑的誤差控制電壓（V），去控制VCO壓控振蕩器74S124。
它的中心振蕩輸出頻率界限從1Hz到60MHz，作業(yè)環(huán)境溫度（℃）在0～70℃，當電源電壓（V）作業(yè)在+5V、頻率控制電壓（V）與界限控制電壓（V）全部為+2V時，74S124的輸出頻率表達式為：
f0 = 5×10-4/Cext，在實驗電子回路中，調動精密電位器W701(100KΩ)的阻值，使頻率控制寫入電壓（V）(74LS124的2腳)與界限控制寫入電壓（V）(74LS124的3腳)基礎相等，此時，當電源電壓（V）為+5V時，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再變改電容CA701(80Pf～110Pf),使74S124的7腳輸出為2.048NHZ方波信號。74S124的6腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振蕩器作業(yè)；
當74S124的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離2.048MHz時，此時可調動W701，用頻率計監(jiān)視測量點TP702上的頻率值，使其準確而平穩(wěn)地輸出2.048MHz的載波信號。
該2.048MHz的載波信號經過分頻(÷2)電子回路：U709一次分頻變成1.024MHz載波信號，并完成π/2相移相。由U709B的9腳輸出π/2相去鑒相器2的控制信號寫入端U302D(4066)的6腳，由U709A的5腳輸出0相載波信號去鑒相器1的控制信號寫入端U302C(4066)的5腳。這樣就完成了載波恢復的功能，此時K701需選用1-2腳。

圖10-6是該解調環(huán)各輸出測量點波動線圖，從圖中可看出該解調環(huán)路的優(yōu)點是：
①該解調環(huán)在載波恢復的同時，即可解調出數字信息。
②該解調環(huán)電子回路構造簡便，整個載波恢復環(huán)路可用模仿和數字包括電子回路完成。
但該解調環(huán)路的缺點是：存在相位模糊。

三、實驗內容
1.二相PSK調制實驗
調節(jié)好載波幅度，查看TP301～TP306各測量點的波動線。
2.PSK解調實驗
3. PSK解調載波提取實驗
將PSK的電子回路調節(jié)到最佳狀態(tài)，逐一測量TP701～TP705各點處的波動線，畫出波動線圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關系。

四、實驗步驟及注意事項
1．打開實驗箱右側電源開關，電源指示燈亮。
2．跳線開關設定功能如下：
J301：1-2腳相連，偽隨機碼32KB/s碼型為111100010011010BPSK或其相對碼DPSK或2KHz偽隨機碼，由薄膜鍵盤選用輸出；當薄膜鍵盤選用"03 DPSK"時，可將TP304波動線與TP110點波動線實行對比，查看絕對碼與相對碼的變換關系；J701選用"PSK"，可在TP707點查看到變換過來的絕對碼波動線，同TP110。
5-6腳相連，寫入CVSD（ΔM）編碼的數字輸出信號；
9-10腳相連，傳輸PC機數值，可為PC機文件或短消息數值。
K301：1-2和3-4均相連時，疊加合成開關。
K302：1－2：在已調信號中加入噪音，電位器W101調節(jié)噪聲幅度,可在噪聲模型塊中TP108處測得波動線(模仿實際通信中的信道噪聲，噪聲幅度不能太大)；
2－3：不加入噪音。
SW02：1－2：PSK自環(huán)（自環(huán)實驗時必須選用）；
2－3：斷開自環(huán)，PSK可經過MODEM連接口完成兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續(xù)章節(jié)中完成）。
3． 將本實驗電子回路調節(jié)到最佳狀態(tài)，逐一測量TP301～TP306、TP701～TP705各點處的波動線，畫出波動線圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關系。


五、測量點說明
TP301：頻率為1.024MHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產生，
TP302：1.024MHZ載波正弦波信號，可調動電位器W301改變幅度（一般2V左右）。
TP303：1.024MHZ載波正弦波信號，與TP302反π相，可調動電位器W302改變幅度。
TP304：作為數字基帶信碼信號寫入波動線，由開關J301和薄膜鍵盤選用決定。
1-2腳相連，偽隨機碼32KB/s碼型為111100010011010BPSK或其相對碼DPSK或2KHz的方波，由薄膜鍵盤選用輸出；
5-6腳相連，寫入CVSD（ΔM）編碼模型塊的數字編碼信號輸出；
9-10腳相連，PC機數值。
TP305：PSK調制信號輸出波動線。由開關K301決定。
1-2相連3-4斷開時，TP305為0相載波輸出；
1-2斷開3-4相連時，TP305為π相載波輸出；
1-2和3-4均相連時，TP305為PSK調制信號疊加輸出。
TP306：衰減或放大的PSK調制信號輸出?？烧{動電位器W303改變幅度。
K302的1-2腳相連時，在調制信號中加入噪聲，模仿實際通信中的信道傳輸。
TP701：PSK解調信號寫入波動線。
由開關SW02決定。
1－2腳相連時：PSK自環(huán)，即同一平臺上PSK調制解調；
2－3相連時：PSK自環(huán)斷開，PSK可經過MODEM連接口完成兩個實驗平臺間的雙工通信。
TP702：壓控振蕩器輸出2.048MHz的載波信號，建議用頻率計監(jiān)視測量該點上的頻 率值有偏差時，此時可調動W701，使其準確而平穩(wěn)地輸出2.048MHz的載波信號，此時K701需選用1-2腳。
K701：1-2腳連為經過科斯塔斯環(huán)提取載波時鐘
2-3腳連為CPLD直接給解調電子回路送一個載波時鐘
TP703：頻率為1.024MHz的0相載波輸出信號。
TP704：頻率為1.024MHz的π/2相載波輸出信號，對比TP703。
TP705：PSK解調輸出波動線，即數字基帶信號（見"數字同步與眼圖查看"模型塊）。


圖10-7 PSK調制模型塊波動線示意圖

六、實驗報告要求
1.簡述DPSK調制解調電子回路的作業(yè)原理及作業(yè)過程。
2.按照實驗測量試驗記錄（波動線、頻率、相位、幅度以及時間對應關系）依此畫出調制解調器各測量點的作業(yè)波動線，并給以必要的說明。

--8621D 通信原理綜合實驗箱(增強型)

一、設備簡介
--8621D通信原理綜合實驗箱是針對電子和通信工程類專業(yè)學生，系統完成《通信原理》等現代通信技術相關課程實驗專門研制的實驗平臺。
該實驗平臺最大的特別點是系統性強，它真實再現了：信源的模數變換、模仿調制、信道擬真、模仿解調、信宿的數模變換的頻帶傳輸過程；光纖傳輸、幀同步位同步、糾錯譯碼、解復接、信宿的數模變換的基帶傳輸過程；信源、信源編碼、碼分復用、傳輸、碼分解復用、信源譯碼、信宿的位移傳輸過程；
通信原理綜合實驗箱全部應用模型塊化構造，各模型塊既能完成完整通信系統中對應單元部分實驗，又能由學生用單元模型塊組建一個完整通信系統實行系統實驗，從而有助于學生理解通信系統中各要素的作用；實驗平臺把通信系統中涉及的基礎電子回路、終端編譯碼、調制解調、信道傳輸等重要的課程課程理論安排了相應的實驗內容；實驗平臺既有基礎性實驗，又有應用新技術新器件（FPGA、DSP）等提升型實驗，從而完成一個課程課程理論檢驗性、綜合性、二次研發(fā)性，由低向高的系統學習掌控把握過程。經過這些實驗能夠促進學生對《通信原理》課程內容的理解、掌控把握，并使學生對通信系統、當今新技術、工程完成有一個較全面的理解。系統應用"主板+實驗模型塊"相集合的靈活構造，方便學校選用、定制、多加功能、硬件升級。
二、技術功能數值參考規(guī)格
1、應用了"底層基板+實驗模型塊"的構造，不僅按實驗內容與功能將電子回路模型塊化，而而且各個模型塊單單獨設計，能便利地結合實行單元實驗和多種單/雙工通信系統實驗。
2、實驗模型塊的寫入輸出信號全部應用鉚孔開放出來，由實驗者按照實驗需要實行連接結合，增強實驗者的參與性。
4、每個實驗模型塊全部應用有機玻璃覆蓋保護，便利實驗室管理。
5、實驗中的重要功能數值全部可以調動或設定，便利實驗者解析對比。
6、可完成單元、系統實驗幾十項，涵蓋了終端編譯碼、線路編譯碼、調制解調、光纖、位移等方面的內容。
7、內置函數信號源、數字信號源、電話連接口、計算機數值數值連接口、同軸電纜信道、兩個收發(fā)一體光端機信道、音頻功放等功能模型塊，詳細見"系統構成" 項。
8、內置4組穩(wěn)壓電源，全部設定有短路軟截至保護自動恢復功能，并提供電源輸出連接口。
9、系統涉及了計算機數值數值通信、MS51、DSP、CPLD等多種技術，并留有研發(fā)連接口，二次研發(fā)性強。
三、實驗類型
A.通信原理部分
第一部分 基礎實驗
實驗1 DDS信號發(fā)生器實驗
實驗2 模仿信號源實驗
實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗
實驗4 接收濾波放大器實驗
實驗5 數值通信實驗
第二部分 原理實驗
實驗1 基帶信號的常見碼型變換實驗
實驗2 抽樣定理及其應用實驗
實驗3 PCM編譯碼系統實驗
實驗4 ADPCM編譯碼系統實驗
實驗5 CVSD編譯碼系統實驗
實驗6 FSK（ASK）調制解調實驗
實驗7 相位鍵控PSK（DPSK）調制解調實驗
實驗8 數字同步技術實驗
實驗9 眼圖查看測量實驗
實驗10 線路成形與頻分復用
實驗11 時分復用與解復用
實驗12 碼分復用與解復用
實驗13 數字頻率合成實驗
實驗14 AMI/H-3編譯碼實驗
實驗15 卷積編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗16 漢明碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗17 漢明、交織碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
實驗18 循環(huán)碼編譯碼及糾錯能力檢驗實驗
第三部分 綜合實驗
實驗1 信源、PCM、H-3傳輸系統實驗
實驗2 信源、PCM、漢明碼傳輸系統實驗
實驗3 信源、PCM、漢明、交織碼傳輸系統實驗
實驗4 信源、CVSD、漢明碼傳輸系統實驗
實驗5 信源、CVSD、漢明、交織碼傳輸系統實驗
實驗6 信源、時分復接/解復接系統實驗
實驗7 信源、碼分復接/解復接系統實驗
第四部分 設計實驗
實驗1 PCM時序控制實驗
實驗2 CMI編譯碼完成實驗
實驗3 絕對/相對碼變換實驗PC機數值、PSK傳輸系統實驗
實驗4 PC機數值、FSK傳輸系統實驗
實驗5 碼型變換、基帶編碼研發(fā)實驗
四、標準配備表

序號	分類	硬件名稱	標號	說明
1	主 板 硬 件 模 塊	函數發(fā)生器（正弦波、三角波、方波）	模型塊一	頻率0.3～10KHZ連續(xù)可調，幅度0～10V連續(xù)可調
2		同步信號發(fā)生器	模型塊二	頻率2KHZ，幅度0～10V連續(xù)可調
3		抽樣脈沖產生模型塊	模型塊三	頻率8KHZ, 頻率2～35KHZ連續(xù)可調
4		計算機數值數值連接口模型塊	模型塊四	提供發(fā)送輸出、接收寫入的連接連接口
5		電源引接模型塊	模型塊五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系統電源，另提供輸出連接口
6		同軸電纜傳輸模型塊	模型塊六	同軸電纜傳輸
7		眼圖查看模型塊	模型塊七	可查看噪聲、串擾、理想眼圖
8		PCM編碼記錄模型塊	模型塊八	自動處置整理PCM編碼數值
9		功放模型塊	模型塊十	提供多組濾波器、音頻功放、喇叭
10		話筒模型塊	模型塊十一	提供話音寫入
11	系統 及 備品備件 部分	PPT多媒體課件	贈送	擬真電子回路和實驗箱電子回路相一致
12		實驗指導書電子文檔（Word）	贈送
13		實驗指導書	贈送
14		電源線	贈送
15		USB線	贈送
16		信號連接線	贈送

實驗模型塊：標準配備

1	時鐘與基帶數值發(fā)生模型塊	提供系統時鐘和各類數字信號源
2	PAM脈沖幅度調制模型塊	完成抽樣定理、PAM調制、傳輸模仿實驗
3	PCM/ADPCM編譯碼模型塊	完成PCM、ADPCM編譯碼單元實驗
4	CVSD增量調制編譯碼模型塊	完成CVSD編譯碼單元實驗
5	AMI /H-3編譯碼模型塊	完成AMI /H-3編譯碼單元實驗
6	噪聲模型塊	模仿白噪聲信道
7	數字頻率合成模型塊	完成壓控振蕩器、頻率合成實驗
8	FSK(MSK)調制模型塊	完成MSK、FSK調制實驗
9	FSK(MSK)解調模型塊	完成MSK、FSK解調實驗
10	BPSK(DPSK)調制模型塊	完成BPSK、DPSK調制實驗
11	BPSK(DPSK)解調模型塊	完成BPSK、DPSK解調實驗
12	復接/解復接、同步提取模型塊	完成多種數值的時分復接解復接、碼分復接解復接、位同步幀同步提取實驗
13	卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼模型塊	完成卷積、漢明、交織、循環(huán)編碼實驗，多種碼型變換
14	卷積、漢明、交織、循環(huán)傳輸模型塊	信道擬真
15	卷積、漢明、交織、循環(huán)譯碼模型塊	完成漢明、交織、循環(huán)譯碼實驗