实验一 ASK调制与解调实验.docx
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实验一ASK调制与解调实验
通
信
原
理
实
验
报
告
学院：
信息与通信工程学院
专业：
光电工程
班级：
12051041
学号：
12051041
姓名
时间：
2014.11.21
实验一ASK调制与解调实验
一实验目的
1.理解ASK调制的工作原理及电路组成。
2.理解ASK解调的原理及实现方法。
3.了解ASK信号的频谱特性。
二实验内容
1.观察ASK调制与解调信号的波形。
2.观察ASK信号频谱。
三实验器材
1.信号源模块5.20M双踪示波器一台
2.数字调制模块6.连接线若干
3.数字解调模块7.频谱分析仪
4.同步提取模块
四实验原理
1.2ASK调制原理
ASK基带信号经过电压比较器（LM339），输出高/低电平驱动模拟开关（74HC4066）导通/关闭，ASK载波通过电压跟随电路（TL082）提高带负载能力，然后通过模拟开关电路选择通过/截止，最后得到ASK调制信号输出。
2.2ASK解调原理
本实验采用的是包络检波法，ASK调制信号经过RC组成的耦合电路，输出波形可从OUT1观察，然后通过半波整流器（由1N4148组成），输出波形可从OUT2观察，半波整流后的信号经过低通滤波器（由TL082组成），滤波后的波形可从OUT3观察，再经过电压比较器（LM339）与参考电位比较后送入抽样判决器（74HC74）进行抽样判决，最后得到解调输出的二进制信号。
标号为“ASK判决电压调节”的电位器用来调节电压比较器的判决电压。
判决电压过高，将会导致正确的解调结果的丢失；判决电压过低，将会导致解调结果中含有大量错码，因此，只有合理选择判决电压，才能得到正确的解调结果。
抽样判决用的时钟信号就是ASK基带信号的位同步信号。
五实验步骤
1.将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步提取模块、频谱分析模块小心地
固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2.插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下五个模块中的开关POWER1、
POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，五个
模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打
开电源做实验，不要带电连线）
3.ASK调制实验
<1>将信号源模块产生的码速率为15.625KHz的周期性NRZ码和64KHz的正弦波（幅度
为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“ASK基带输入”和“ASK载波输
入”。
以信号输入点“ASK基带输入”的信号为内触发源，用示波器双踪同时观察
点“ASK基带输入”和点“ASK调制输出”输出的波形。
并将这两点的信号送入频
谱分析模块进行分析，观察其频谱。
<2>改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。
4.ASK解调实验
<1>将信号源模块的位同步信号（BS）的频率设置为15.625KHz，将信号源模块产生的
NRZ码设置为周期性码，将同步信号提取模块的拨码开关SW01的第一位拨上。
<2>用信号源模块产生的NRZ码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使
数字调制模块的信号输出点“ASK调制输出”能输出正确的ASK调制波形。
<3>将“ASK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“ASK-IN”，观察
信号输出点“ASK-OUT”处的波形，并调节标号为“ASK判决电压调节”的电位器，
直到在该点观察到稳定的NRZ码为止。
将该点波形送入同步信号提取模块的信号输
入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送
入数字解调模块的信号输入点“ASK-BS”，观察信号输出点“OUT1”、“OUT2”、
“OUT3”、“ASK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。
<4>改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。
六实验结果及分析
ASK调制
1.基带信号（上）与ASK信号（下）：
2.基带信号的频谱：
3、ASK信号的频谱：
ASK解调
4.ASK-OUT波形：
5.基带信号（上）和OUT1波形（下）：
6.基带信号（上）和OUT2波形（下）：
7.基带信号（上）和OUT3波形（下）：
8.基带信号（上）和ASK解调输出（下）：
实验分析：
1.图1的基带信号为NRZ码，图3和图4分别为基带信号的频谱和ASK信号的频谱。
2.图4是ASK信号经过解调后得到的波形（未经同步判决），可见该波形和基带信号是基本一致的。
3.图5是ASK信号经耦合电路后得到的信号，幅度有所衰减，目的是隔离直流信号。
4.图6是ASK信号经过耦合电路后再经过二极管检波得到的波形。
5.图7是ASK信号检波后再经过低通滤波器得到的波形。
6.图8是ASK-OUT信号（OUT3信号经电压比较器得到的输出信号）再经过同步判决得到的最终的ASK解调信号，此信号和原基带信号是完全一致的。
实验二频移键控FSK调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握用键控法产生FSK信号的方法
2、掌握FSK过零检测解调的原理。
二、实验内容
1、观察FSK调制信号波形。
2、观察ＦＳＫ解调信号波形
3、观察ＦＳＫ过零检测解调器各点波形。
三、实验器材
１、信号源模块 一块
２、③号模块 一块
３、④号模块 一块
４、⑦号模块 一块
５、２０Ｍ双踪示波器 一台
６、连接线 若干
四、实验原理
1ＦＳＫ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，被调制载波的频率随二进制序列０、１状态而变化，即频率为ｆ０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ｆ０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。
采用频率选择法产生2FSK信号，其调制原理框如下所示
模
拟
开
关
1
128k同步正弦波
隔离电路
载波A输入
信
号
源
CPLD
模
拟
开
关
2
倒相电路
FSK-NRZ
PN8K
Uu
基带信号输入
隔离电路
载波B输入
64k同步正弦波
2、2FSK解调原理
单稳1
解调信号输出
抽样判决
低通滤波器
相加器
整形
过零检测法（2FSK解调原理框图）
五、测试点说明
1、输入点参考说明
FSK调制模块：
FSK-NRZ：
FSK基带信号输入点
FSK载波A：
A路载波输入点
FSK载波B:
B路载波输入点
FSK解调模块：
FSKIN：
FSK调制信号输入点
FSK-BS：
FSK解调位同步时钟输入点
2、输出点参考说明
FSK调制模块：
TH7：
FSK-NRZ经过反相后信号观测点。
FSK-OUT：
FSK调制信号输出点。
FSK解调模块：
TH7:
FSK调制信号经整形1后的波形观测点。
TH8：
FSK调制信号经单稳（U10A）的信号观测点。
TH9:
FSK调制信号经单稳（U10B）的信号观测点
TH10：
FSK调制信号经两路单稳后相加信号观测点。
TN11:
FSK信号经低通滤波器后的输出信号。
FSK-DOUT：
ＦＳＫ解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）
ＯＵＴ２：
ＦＳＫ解调信号输出点。
六、实验步骤
1、将信号源模块和模块３，４，７固定在主机箱上，将黑色塑料螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、按照下表进行实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
ＰＮ８Ｋ
模块３：
FSK-ＮRZ
S4拨为“１１００”，ＰＮ是８ｋ伪随机码
信号源：
１２８ｋ同步正弦波
模块３：
载波Ａ
提供ＦＳＫ调制Ａ路载波，幅度为４Ｖ
信号源：
６４Ｋ同步正弦波
模块３：
载波Ｂ
提供ＦＳＫ调制B路载波，幅度为3V
3、将模块上拨码开关S1都拨上，一信号输入点”FSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。
4、单独将S1拨为“01”或“10”，在“FSK-OUT”出观测单独载波调制波形。
5、通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出，重复上述实验。
（一）FSK解调实验
1、接着上面FSK调制实验继续连线：
源端口
目的端口
连线说明
模块3：
FSK-OUT
模块4：
FSKIN
FSK解调输入
模块4：
FSK-DOUT
模块7：
DIN
锁相环法位同步提取信号输入
模块7：
BS
模块4：
FSK-BS
提取的位同步信号
2、将模块7上的拨码开关S2拨为“1000”，观察模块4上信号输出点“FSK-DOUT”处的波形，并调节模块4上的电位器W5（顺时针拧到最大），直到在该点观测到稳定的PN码。
3、用示波器双踪分别观察模块3上的“FSK-NRZ”和模块四上的“OUT2”出的波形，将“OUT2”出FSK解调信号与信号源产生的PN码进行比较。
实验三PSK/DPSK调制与解调
一、实验目的
1、掌握绝对码、相对码的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PSK/DPSK信号的方法。
3、掌握PSK/DPSK相干解调的原理。
4、掌握绝对码波形与DPSK信号波形之间的关系。
二、实验内容
1、观察绝对码和相对码的波形和转换关系。
2、观察PSK/DPSK调制信号波形。
3、观察PSK/DPSK解调信号波形。
三、实验模块
1、通信原理0号模块一块
2、通信原理3号模块一块
3、通信原理4号模块一块
4、通信原理7号模块一块
5、示波器一台
四、实验原理
1、2PSK/2DPSK调制原理
PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。
因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。
PSK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π相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图11-1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：
我们知道，2PSK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π”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
图11-2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。
只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。
同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK与2DPSK信号是无法分辨的。
这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。
为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图11-3所示的矢量图来表示。
图中，虚线矢量位置称为基准相位。
在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位。
如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。
根据ITU-T的建议，图11-3（a）所示的移相方式，称为A方式。
在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、π。
因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。
图11-3（b）所示的移相方式，称为B方式。
在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取π/2。
因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。
这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B方式被广泛采用的原因之一。
2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK-NRZ”和“PSK载波”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS”点输入，其原理框图如图11-4所示：
①差分变换
在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：
ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。
DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。
绝对码是以宽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（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：
相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。
图11-6（a）是差分编码器电路，可用模二加法器延时器（延时一个码元宽度Tb）来实现这两种码的互相转换。
设输入的相对码an为1110010码，则经过差分编码器后输出的相对码bn为1011100，即bn=anbn–1。
图11-6（b）是它的工作波形图。
②相乘器
实现输入载波信号和基带信号的相乘变换，输出相应调制信号。
六、实验框图
七、实验步骤
1、PSK/DPSK调制实验
1）按照下表进行实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
PN（32K）
模块3：
PSK-NRZ
S4拨为“1010”，PN是32K伪随机码
信号源：
128K同步正弦波
模块3：
PSK载波
提供PSK调制载波，幅度为4V
2）按如下方式连接示波器和测试点：
示波器通道
目标测试点
说明
通道１
PSK-NRZ
输入PN码信号
通道２
PSK-OUT
PN码经过PSK调制后的波形
启动仿真开关，开启各模块的电源开关。
3）将开关K3拨到“PSK”端，以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。
4）关闭仿真开关，不改变PSK调制实验连线。
将开关K3拨到“DPSK”端，增加连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（32K）
模块3：
PSK-BS
DPSK位同步时钟输入
再启动仿真，以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。
2、PSK/DPSK解调实验
1）恢复PSK调制实验的连线，K3拨到“PSK”端，然后增加以下连线：
源端口
目的端口
连线说明
模块3：
PSK-OUT
模块4：
PSKIN
PSK解调输入
模块3：
PSK-OUT
模块7：
PSKIN
载波同步提取输入
模块7：
载波输出
模块4：
载波输入
提供同步解调载波
模块4：
PSK-DOUT
模块7：
DIN
锁相环法位同步提取信号输入
模块7：
BS
模块4：
PSK-BS
提取的位同步信号
2）按如下方式连接示波器和测试点：
示波器通道
目标测试点
说明
通道１
PSK-DOUT
信号整流低通后输出
通道２
OUT3
信号经过判决输出
启动仿真开关，开启各模块的电源开关。
3）将模块7上的拨码开关S2拨为“0110”，观察模块4上信号输出点“PSK-DOUT”处的波形。
并调节模块4上的电位器W4（逆时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PN码。
4）用示波器双踪分别观察模块3上的“PSK-NRZ”和模块4上的“OUT3”处的波形，比较二者波形。
实验四数字基带信号码型变换实验
一、实验目的
1．了解几种常见的数字基带信号。
2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。
二、实验内容
1．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。
2．观察全0码或全1码时各码型波形。
3．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。
4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。
三、实验器材
1．信号源模块
2．码型变换模块
3．20M双踪示波器一台
4．频率计（可选）一台
5．连接线若干
四、实验原理
1．编码规则
①NRZ码
NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。
例如：
②RZ码
RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。
例如：
③BNRZ码
BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”，与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。
例如：
④BRZ码
BRZ码的全称是双极性归零码，与BNRZ码不同的是,发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。
例如：
⑤AMI码
AMI码的全称是信号交替反转码，其编码规则如下：
信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”：
信息码中的“1”交替变换为传输码的“＋1、－1、＋1、－1、…”。
例如：
代码：
10011000111…
AMI码：
+100-1+1000-1+1-1…
AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。
译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。
由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。
但该码有一个重要缺点，即当用它获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。
⑥HDB3码
HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：
将4个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时，取代节为“000V”码；有偶数个信息“1”码（包括0个）时，取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码，即“＋1”或“—1”。
例如：
代码：
100001000011000011
HDB3码：
-1000-V+1000+V-1+1-B00–V+1-1
HDB3码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种交替反转原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。
HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。
这对于定时信号的恢复是十分有利的。
HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。
本实验电路只能对码长为24位的周期性NRZ码序列进行编码。
⑦BPH码
BPH码的全称是数字双相码，又叫分相码或曼彻斯特码，它是对每个二进制代码分别利用两个具有不同相位的二进制新码去取代的码：
或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：
0→01（零相位的一个周期的方波）；
1→10（π相位的一个周期的方波）。
例如：
代码：
1100101
双相码：
10100101100110
BPH码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。
双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面两种码具有三个电平。
这种既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。
但这种码的带宽要宽些。
⑧CMI码
CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：
信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”用“01”表示。
例如：
代码：
11010010
CMI码：
1100011101010001
这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。
该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。
在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。
2．电路原理
将信号源产生的NRZ和位同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为FPGA的I/O口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，在通过外加电路合成双极性码），如HDB3的正、负极性编码信号送入U901（4501）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。
解码时同样也需要先将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA进行解码，得到NRZ码。
其它双极性码的编、解码过程相同。
①NRZ码
从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。
②BRZ、BNRZ码
将NRZ码和位同步信号BS分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。
X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接-5V、GND、+5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接-5V、-5V、+5V、+5V，在控制信号控制下输出BNRZ码。
解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）—单（极性）变换，再送入U900解码，恢复出原始的NRZ码。
③RZ、BPH码
这两种码型的编、解码方法与BRZ和BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。
④AMI编码
由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。
首先，在U900
升级会员 