数字通信原理实验箱二相BPSK（DPSK）调制解调实验

一、数字通信原理实验箱实验目的
1.掌控把握二相BPSK（DPSK）调制解调的作业原理及电子回路构成
2.理解载频信号的产生方法
3.掌控把握二相绝对码与相对码的码变换方法

二、数字通信原理实验箱实验电子回路作业原理
（一）调制实验：
在本实验中，绝对移相键控（PSK）是应用直接调相法来完成的，也就是用写入的基带信号直接控制已写入载波相位的改变来完成相移键控。
PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方法，它设定有优越的抗干扰噪声功能及较高的频带运用率。因此，PSK在许多场合下得到了十分广泛的应用。
本实验中PSK调制模型块原理框图（如图10-1）。从图10-1可见，二相PSK(DPSK)的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kbit/s伪随机码、2KHz方波、CVSD编码信号、PC数值等。
1.载波倒相器
模仿信号的倒相通常应用运放来完成。电子回路由U301B等构成，来自1.024MHz载波信号写入到U301的反相写入端6脚，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即相载波信号。为了使0相载波与相载波的幅度相等，在电子回路中加了电位器W301和W302。
2.模仿开关相乘器
对载波的相移键控是用模仿开关电子回路完成的。
0相载波与相载波分别加到模仿开关1：U302：A的写入端（1脚）、模仿开关2：U302：B的写入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模仿开关1的写入控制端（13脚），它反极性加到模仿开关2的写入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为"1"码时，模仿开关1的写入控制端为高电平，模仿开关1导通，输出0相载波，而模仿开关2的写入控制端为低电平，模仿开关2截止。反之，当信码为"0"码时，模仿开关1的写入控制端为低电平，模仿开关1截止。而模仿开关2的写入控制端却为高电平，模仿开关2导通。输出相载波，两个模仿开关的输出经过载波输出开关K301合路叠加后输出为二相PSK调制信号，如图10-2所示。
在数值传输系统中，由于相对移相键控调制设定有较强的抗干扰噪声能力，在相同的信噪比条件下，可获取比其他调制方法（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。
相对移相，就是运用前后码元载波相位的相对改变来传递信息，所以也称为"差分移相"。





图10-2 模仿开关相乘器作业波动线

DPSK调制是应用码型变换加绝对调相来完成，即把数值信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，经过码型变换器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，实行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。
DPSK是运用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方法。
绝对码是以基带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表"1"，低电平代表"0"。
相对码是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无改变来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。



图10-3 BPSK、DPSK编码波动线
图10-4（a）是相对码编码器电子回路，可用模二加法器延时器（延时一个码元宽度Tb）来完成这两种码的互相变换。


图10-4（a） 相对码编码器电子回路 图10-4（b） 作业波动线
设写入的相对码an为1110010码，则经过相对码编码器后输出的相对码bn为1011100，即bn= an bn–1。 图10-4（b）是它的作业波动线图。
（二）解调实验
二相BPSK(DPSK)解调器的总电子回路方框图如图10-5所示。该解调器由三部分构成：载波提取电子回路、位定时恢复电子回路与信码再生整形电子回路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要构成部分。载波恢复的具体完成方案是和发送端的调制方法有关的，以相移键控为例，有：N次方环、科斯塔斯环(Constas环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电子回路技术和包括电子回路的迅速发展，又出现了基带数字处置整理载波跟踪环，并而且已在实际应用领域得到了广泛的使用。但是，为了加强学生基础知识的学习掌控把握及对基础课程课程理论的理解，我们从实际出发，选用科斯塔斯环解调电子回路作为基础实验。

1.二相(BPSK，DPSK)信号写入电子回路
由BG701(3DG6)构成射随器电子回路，对发送端送来的二相(BPSK、DPSK)信号实行前后级隔离，由U701(LM311)构成模仿信号放大电子回路，进一步对写入小信号的二相(PSK、DPSK)信号实行放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别实行鉴相。


图10-5 解调器总方框图
2. 科斯塔斯环提取载波原理
科斯塔斯环由U701(LM311)模仿运放放大后的信号分两路输出至两鉴相器的写入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号写入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再经过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两对比判决器完成判决解调出数字基带信码，由U706A与U707A包括的相乘器电子回路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与写入载波相位之差的误差电压（V）Ud, Ud经过环路低通滤波器R718、R719、C706滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压（V），去控制VCO压控振荡器74S124。
它的中心振荡输出频率界限从1Hz到60MHz，作业环境温度（℃）在0～70℃，当电源电压（V）作业在+5V、频率控制电压（V）与界限控制电压（V）全部为+2V时，74S124的输出频率表达式为：
f0 = 5×10-4/Cext，在实验电子回路中，调动精密电位器W701(100KΩ)的阻值，使频率控制写入电压（V）(74LS124的2脚)与界限控制写入电压（V）(74LS124的3脚)基础相等，此时，当电源电压（V）为+5V时，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再变改电容CA701(80Pf～110Pf),使74S124的7脚输出为2.048NHZ方波信号。74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器作业；
当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调动W701，用频率计监视测量点TP702上的频率值，使其准确而平稳地输出2.048MHz的载波信号。
该2.048MHz的载波信号经过分频(÷2)电子回路：U709一次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。由U709B的9脚输出π/2相去鉴相器2的控制信号写入端U302D(4066)的6脚，由U709A的5脚输出0相载波信号去鉴相器1的控制信号写入端U302C(4066)的5脚。这样就完成了载波恢复的功能，此时K701需选用1-2脚。

图10-6是该解调环各输出测量点波动线图，从图中可看出该解调环路的优点是：
①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。
②该解调环电子回路构造简便，整个载波恢复环路可用模仿和数字包括电子回路完成。
但该解调环路的缺点是：存在相位模糊。

三、实验内容
1.二相PSK调制实验
调节好载波幅度，查看TP301～TP306各测量点的波动线。
2.PSK解调实验
3. PSK解调载波提取实验
将PSK的电子回路调节到最佳状态，逐一测量TP701～TP705各点处的波动线，画出波动线图并作记录，注意相位、幅度之间的关系。

四、实验步骤及注意事项
1．打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。
2．跳线开关设定功能如下：
J301：1-2脚相连，伪随机码32KB/s码型为111100010011010BPSK或其相对码DPSK或2KHz伪随机码，由薄膜键盘选用输出；当薄膜键盘选用"03 DPSK"时，可将TP304波动线与TP110点波动线实行对比，查看绝对码与相对码的变换关系；J701选用"PSK"，可在TP707点查看到变换过来的绝对码波动线，同TP110。
5-6脚相连，写入CVSD（ΔM）编码的数字输出信号；
9-10脚相连，传输PC机数值，可为PC机文件或短消息数值。
K301：1-2和3-4均相连时，叠加合成开关。
K302：1－2：在已调信号中加入噪音，电位器W101调节噪声幅度,可在噪声模型块中TP108处测得波动线(模仿实际通信中的信道噪声，噪声幅度不能太大)；
2－3：不加入噪音。
SW02：1－2：PSK自环（自环实验时必须选用）；
2－3：断开自环，PSK可经过MODEM连接口完成两个实验平台间的双工通信（此实验将在后续章节中完成）。
3． 将本实验电子回路调节到最佳状态，逐一测量TP301～TP306、TP701～TP705各点处的波动线，画出波动线图并作记录，注意相位、幅度之间的关系。


五、测量点说明
TP301：频率为1.024MHz方波信号，由U101芯片(EPM7128)编程产生，
TP302：1.024MHZ载波正弦波信号，可调动电位器W301改变幅度（一般2V左右）。
TP303：1.024MHZ载波正弦波信号，与TP302反π相，可调动电位器W302改变幅度。
TP304：作为数字基带信码信号写入波动线，由开关J301和薄膜键盘选用决定。
1-2脚相连，伪随机码32KB/s码型为111100010011010BPSK或其相对码DPSK或2KHz的方波，由薄膜键盘选用输出；
5-6脚相连，写入CVSD（ΔM）编码模型块的数字编码信号输出；
9-10脚相连，PC机数值。
TP305：PSK调制信号输出波动线。由开关K301决定。
1-2相连3-4断开时，TP305为0相载波输出；
1-2断开3-4相连时，TP305为π相载波输出；
1-2和3-4均相连时，TP305为PSK调制信号叠加输出。
TP306：衰减或放大的PSK调制信号输出。可调动电位器W303改变幅度。
K302的1-2脚相连时，在调制信号中加入噪声，模仿实际通信中的信道传输。
TP701：PSK解调信号写入波动线。
由开关SW02决定。
1－2脚相连时：PSK自环，即同一平台上PSK调制解调；
2－3相连时：PSK自环断开，PSK可经过MODEM连接口完成两个实验平台间的双工通信。
TP702：压控振荡器输出2.048MHz的载波信号，建议用频率计监视测量该点上的频 率值有偏差时，此时可调动W701，使其准确而平稳地输出2.048MHz的载波信号，此时K701需选用1-2脚。
K701：1-2脚连为经过科斯塔斯环提取载波时钟
2-3脚连为CPLD直接给解调电子回路送一个载波时钟
TP703：频率为1.024MHz的0相载波输出信号。
TP704：频率为1.024MHz的π/2相载波输出信号，对比TP703。
TP705：PSK解调输出波动线，即数字基带信号（见"数字同步与眼图查看"模型块）。


图10-7 PSK调制模型块波动线示意图

六、实验报告要求
1.简述DPSK调制解调电子回路的作业原理及作业过程。
2.按照实验测量试验记录（波动线、频率、相位、幅度以及时间对应关系）依此画出调制解调器各测量点的作业波动线，并给以必要的说明。

--8621D 通信原理综合实验箱(增强型)

一、设备简介
--8621D通信原理综合实验箱是针对电子和通信工程类专业学生，系统完成《通信原理》等现代通信技术相关课程实验专门研制的实验平台。
该实验平台最大的特别点是系统性强，它真实再现了：信源的模数变换、模仿调制、信道拟真、模仿解调、信宿的数模变换的频带传输过程；光纤传输、帧同步位同步、纠错译码、解复接、信宿的数模变换的基带传输过程；信源、信源编码、码分复用、传输、码分解复用、信源译码、信宿的位移传输过程；
通信原理综合实验箱全部应用模型块化构造，各模型块既能完成完整通信系统中对应单元部分实验，又能由学生用单元模型块组建一个完整通信系统实行系统实验，从而有助于学生理解通信系统中各要素的作用；实验平台把通信系统中涉及的基础电子回路、终端编译码、调制解调、信道传输等重要的课程课程理论安排了相应的实验内容；实验平台既有基础性实验，又有应用新技术新器件（FPGA、DSP）等提升型实验，从而完成一个课程课程理论检验性、综合性、二次研发性，由低向高的系统学习掌控把握过程。经过这些实验能够促进学生对《通信原理》课程内容的理解、掌控把握，并使学生对通信系统、当今新技术、工程完成有一个较全面的理解。系统应用"主板+实验模型块"相集合的灵活构造，方便学校选用、定制、多加功能、硬件升级。
二、技术功能数值参考规格
1、应用了"底层基板+实验模型块"的构造，不仅按实验内容与功能将电子回路模型块化，而而且各个模型块单单独设计，能便利地结合实行单元实验和多种单/双工通信系统实验。
2、实验模型块的写入输出信号全部应用铆孔开放出来，由实验者按照实验需要实行连接结合，增强实验者的参与性。
4、每个实验模型块全部应用有机玻璃覆盖保护，便利实验室管理。
5、实验中的重要功能数值全部可以调动或设定，便利实验者解析对比。
6、可完成单元、系统实验几十项，涵盖了终端编译码、线路编译码、调制解调、光纤、位移等方面的内容。
7、内置函数信号源、数字信号源、电话连接口、计算机数值数值连接口、同轴电缆信道、两个收发一体光端机信道、音频功放等功能模型块，详细见"系统构成" 项。
8、内置4组稳压电源，全部设定有短路软截至保护自动恢复功能，并提供电源输出连接口。
9、系统涉及了计算机数值数值通信、MS51、DSP、CPLD等多种技术，并留有研发连接口，二次研发性强。
三、实验类型
A.通信原理部分
第一部分 基础实验
实验1 DDS信号发生器实验
实验2 模仿信号源实验
实验3 CPLD可编程逻辑器件实验
实验4 接收滤波放大器实验
实验5 数值通信实验
第二部分 原理实验
实验1 基带信号的常见码型变换实验
实验2 抽样定理及其应用实验
实验3 PCM编译码系统实验
实验4 ADPCM编译码系统实验
实验5 CVSD编译码系统实验
实验6 FSK（ASK）调制解调实验
实验7 相位键控PSK（DPSK）调制解调实验
实验8 数字同步技术实验
实验9 眼图查看测量实验
实验10 线路成形与频分复用
实验11 时分复用与解复用
实验12 码分复用与解复用
实验13 数字频率合成实验
实验14 AMI/H-3编译码实验
实验15 卷积编译码及纠错能力检验实验
实验16 汉明码编译码及纠错能力检验实验
实验17 汉明、交织码编译码及纠错能力检验实验
实验18 循环码编译码及纠错能力检验实验
第三部分 综合实验
实验1 信源、PCM、H-3传输系统实验
实验2 信源、PCM、汉明码传输系统实验
实验3 信源、PCM、汉明、交织码传输系统实验
实验4 信源、CVSD、汉明码传输系统实验
实验5 信源、CVSD、汉明、交织码传输系统实验
实验6 信源、时分复接/解复接系统实验
实验7 信源、码分复接/解复接系统实验
第四部分 设计实验
实验1 PCM时序控制实验
实验2 CMI编译码完成实验
实验3 绝对/相对码变换实验PC机数值、PSK传输系统实验
实验4 PC机数值、FSK传输系统实验
实验5 码型变换、基带编码研发实验
四、标准配备表

序号	分类	硬件名称	标号	说明
1	主 板 硬 件 模 块	函数发生器（正弦波、三角波、方波）	模型块一	频率0.3～10KHZ连续可调，幅度0～10V连续可调
2		同步信号发生器	模型块二	频率2KHZ，幅度0～10V连续可调
3		抽样脉冲产生模型块	模型块三	频率8KHZ, 频率2～35KHZ连续可调
4		计算机数值数值连接口模型块	模型块四	提供发送输出、接收写入的连接连接口
5		电源引接模型块	模型块五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系统电源，另提供输出连接口
6		同轴电缆传输模型块	模型块六	同轴电缆传输
7		眼图查看模型块	模型块七	可查看噪声、串扰、理想眼图
8		PCM编码记录模型块	模型块八	自动处置整理PCM编码数值
9		功放模型块	模型块十	提供多组滤波器、音频功放、喇叭
10		话筒模型块	模型块十一	提供话音写入
11	系统 及 备品备件 部分	PPT多媒体课件	赠送	拟真电子回路和实验箱电子回路相一致
12		实验指导书电子文档（Word）	赠送
13		实验指导书	赠送
14		电源线	赠送
15		USB线	赠送
16		信号连接线	赠送

实验模型块：标准配备

1	时钟与基带数值发生模型块	提供系统时钟和各类数字信号源
2	PAM脉冲幅度调制模型块	完成抽样定理、PAM调制、传输模仿实验
3	PCM/ADPCM编译码模型块	完成PCM、ADPCM编译码单元实验
4	CVSD增量调制编译码模型块	完成CVSD编译码单元实验
5	AMI /H-3编译码模型块	完成AMI /H-3编译码单元实验
6	噪声模型块	模仿白噪声信道
7	数字频率合成模型块	完成压控振荡器、频率合成实验
8	FSK(MSK)调制模型块	完成MSK、FSK调制实验
9	FSK(MSK)解调模型块	完成MSK、FSK解调实验
10	BPSK(DPSK)调制模型块	完成BPSK、DPSK调制实验
11	BPSK(DPSK)解调模型块	完成BPSK、DPSK解调实验
12	复接/解复接、同步提取模型块	完成多种数值的时分复接解复接、码分复接解复接、位同步帧同步提取实验
13	卷积、汉明、交织、循环编码模型块	完成卷积、汉明、交织、循环编码实验，多种码型变换
14	卷积、汉明、交织、循环传输模型块	信道拟真
15	卷积、汉明、交织、循环译码模型块	完成汉明、交织、循环译码实验