實驗 數(shù)字解調(diào)與眼圖

??? 1. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。
2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。

二、?實驗內(nèi)容

??? 1. 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。
2. 用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。
3．用示波器觀察眼圖。

三、?基本原理

??? 可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號。在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當(dāng)此關(guān)系不能滿足時只能用相干解調(diào)法。本實驗系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實際工程中相干解調(diào)法用得最多。2FSK信號的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。

圖4-1? 數(shù)字解調(diào)方框圖
（a）?2DPSK相干解調(diào)? （b）2FSK過零檢測解調(diào)
??? 本實驗采用相干解調(diào)法解調(diào)2DPSK信號、采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號。2DPSK模塊內(nèi)部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊內(nèi)部僅使用+5V電壓。圖4-1為兩個解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖4-2所示（見附錄）。
??? 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點：
??? ? MU??????相乘器輸出信號測試點
??? ? LPF?????低通、運放輸出信號測試點
??? ? Vc??????比較器比較電壓測試點
??? ? CM??????比較器輸出信號的輸出點/測試點
??? ? BK??????解調(diào)輸出相對碼測試點
??? ? AK-OUT?????解調(diào)輸出絕對碼的輸出點/測試點（3個）
??? ? BS-IN?????位同步信號輸入點
??? 2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點：
??? ? FD??????2FSK過零檢測輸出信號測試點
??? ? LPF?????低通濾波器輸出點/測試點
??? ? CM??????整形輸出輸出點/測試點
??? ? BS-IN?????位同步信號輸入點
??? ? AK-OUT?????解調(diào)輸出信號的輸出點/測試點（3個）
??? 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下：
??? ? 相乘器?????U29：模擬乘法器MC1496
??? ? 低通濾波器????R31；C2
??? ? 運放?????U30：運算放大器UA741
??? ? 比較器?????U31：比較器LM710
??? ? 抽樣器?????U32:A：雙D觸發(fā)器7474
??? ? 碼反變換器????U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門7486
??? 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對應(yīng)關(guān)系如下：
??? ? 整形1?????U34:A：反相器74HC04
??? ? 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2???U35：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123
??? ? 相加器?????U36：或門7432
??? ? 低通濾波器????U37：運算放大器LM318；若干電阻、電容
??? ? 整形2?????U34:B：反相器74HC04
? 抽樣器?????U38:A：雙D觸發(fā)器7474

??? 在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器用來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串?dāng)_條件。本實驗系統(tǒng)中為簡化實驗設(shè)備，發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒有帶通濾波器、信道是理想的，故解調(diào)器輸入端就沒加帶通濾波器。
??? 下面對2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問題加以說明。
??? ? MU的波形接近圖4-3所示的理論波形，略有區(qū)別。
??? ? 信源是周期為24bit的周期信號，當(dāng)24bit的相對碼BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)不相等時，相乘器U29的輸出信號MU及低通濾波器輸出信號LPF是正負(fù)不對稱的信號。在實際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號是一個均值為0且正負(fù)對稱的信號，因此最佳判決電平為0。本實驗系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。當(dāng)Vc=0而相對碼BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)差別太大時，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因為此時LPF信號的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號）稍不理想就會造成誤碼。電位器R39用來調(diào)節(jié)判決電平，當(dāng)BK中“1”碼與“0”碼個數(shù)差別比較大時出現(xiàn)誤碼時，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號的中值（最佳判決門限）。實際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器（或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決電平。
??? ? 比較器的輸出CM為TTL電平信號，它不能作為相對碼直接送給碼反變器，因為它并不是一個標(biāo)準(zhǔn)的單極性非歸零碼，其單個“1”碼對應(yīng)的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。另外，當(dāng)LPF中有噪聲時，CM中還會出現(xiàn)噪聲脈沖。
? 異或門74LS86輸出的絕對碼波形的高電平上疊加有小的干擾信號，經(jīng)U34整形后即可去掉。
DPSK相干解調(diào)器模塊各點波形示意圖如圖4-3所示。

圖4-3? 2DPSK相干解調(diào)波形示意圖

??? 2FSK解調(diào)器工作原理及有關(guān)問題說明如下：
? 圖4-4為2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“0”碼載頻等于碼速率。
??? ? 整形1和整形2的功能與比較器類似，在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。74HC04的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電平約為2.5V，可把輸入信號進(jìn)行硬限幅處理。整形1將正弦2FSK信號變?yōu)門TL電平的2FSK信號。整形2和抽樣電路共同構(gòu)成一個判決電平為2.5V的抽樣判決器。
??? ? 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對TTL電平的2FSK信號進(jìn)行微分、整流處理。電位器R43和R44決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度（應(yīng)基本相等）。
??? ? R48可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率特性及LPF信號幅度，LPF不是TTL電平信號且不是標(biāo)準(zhǔn)的非歸零碼，必須進(jìn)行抽樣判決處理。U34對抽樣判決輸出信號進(jìn)行整形。

圖4-4? 2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖

四、?實驗步驟

本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號連結(jié)方式如圖4-5所示,其中實線是指已在電路板上布好的,虛線是實驗中要連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號來自位同步提取單元。本實驗中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實驗時，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實驗時則送到2FSK解調(diào)單元。

圖4-5? 數(shù)字解調(diào)實驗連接圖

??? 1. 復(fù)習(xí)前面實驗的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于N端。
??? 2. 檢查數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊及載波同步模塊是否工作正常，使載波同步模塊提取的相干載波CAR-OUT與2DPSK信號的載波CAR同相（或反相）。
??? 3. 2DPSK解調(diào)實驗
??? （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點,以信源單元的FS信號作為示波器外同步信號，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2（請用衰減X10探頭）接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4-3所示的理論波形。
??? （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負(fù)極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱。
（3）示波器的CH1接Vc，調(diào)節(jié)電位器R39，使Vc為LPF的中值（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時LPF的中值為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門限。
（4）觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字調(diào)制單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關(guān)系。
（5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。
（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于M端，此時數(shù)字調(diào)制器基帶信號是偽隨機(jī)序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲的眼圖。
??? 4. 2FSK解調(diào)實驗
將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7還原置于N端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖4-4所示的理論波形，若相差較大可微調(diào)節(jié)電位器R48。

五、?實驗報告要求

??? 1. 設(shè)絕對碼為1001101，相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出CAR-OUT與CAR同相、反相時2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。
2. 設(shè)信息代碼為1001101，2FSK的兩個載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出2FSK過零檢測解調(diào)器輸入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形（設(shè)低通濾波器及整形2都無倒相作用）。