3.数字解调-通信原理实验报告

计算机与信息⼯程学院验证性实验报告

⼀、实验⽬的

1. 掌握2DPSK相⼲解调原理。2. 掌握2FSK过零检测解调原理。⼆、实验原理及⽅法

在实际应⽤的通信系统中，解调器的输⼊端都有⼀个带通滤波器⽤来滤除带外的信道噪声并确保系统的频率特性符合⽆码间串扰条件。在TX系列实验设备中为了简化实验设备，⽅便观察信号波形，数字调制的输出端没有带通滤波器，信道是理想的，解调器输⼊端也没有带通滤波器。

2DPSK解调模块上有以下信号测试点及输⼊输出点： MU 相乘器输出信号测试点 LPF 低通、运放输出信号测试点 VC ⽐较器⽐较电压测试点 CM ⽐较器输出信号测试点/输出点 BK 解调输出相对码测试点

AK-OUT 解调输出绝对码测试点/输出点 BS-IN 位同步信号输⼊点

2FSK解调模块上有以下信号测试点及输⼊输出点： FD 2FSK过零检测器输出信号测试点 LPF 低通滤波器输出信号测试点 CM ⽐较器输出信号测试点/输出点 BS-IN 位同步信号输⼊点

AK-OUT 解调输出信号的测试点/输出点相乘器U29：模拟乘法器MC1496低通滤波器R31；C2

运算放⼤器U30：运算放⼤器UA741⽐较器U31：⽐较器LM311抽样器U32:A：双D触发器7474

码反变换器U32:B：双D触发器7474；U33:A：异或门7486整形电路1 U34:A：反相器74HC04单稳电路1 U35:A：单稳态触发器74123单稳电路2 U35:B：单稳态触发器74123

相加器U36：或门7432

低通滤波器U37：运算放⼤器LM318；若⼲电阻、电容整形电路2 U34:B：反相器74HC04抽样器U38:A：双D触发器7474

2DPSK相⼲解调电路中的有关信号波形如图4.3所⽰，图中假设绝对码为1101011，下⾯对⼀些具体问题加以说明。

信源是周期为24bit的周期信号，当24bit的相对码BK中“1”码和“0”

码个数不相等时，相乘器U29的输出信号MU及低通滤波器输出信号LPF是正负不对称的信号。在实际的2DPSK通信系统中，抽样判决器输⼊信号是⼀个均值为0且正负对称的信号，因此最佳判决电平为0。TX系列实验设备中，判决电平VC是可以调节的。当VC=0⽽相对码BK中“1”码和“0”码个数差别太⼤时，可能出现误判决，即解调器出现误码。因为此时LPF信号的正电平或负电平⾮常接近0电平，抽样脉冲（位同步信号）稍不理想就会造成误码。电位器R⽤来调39

节判决电平，当BK中“1”码与“0”码个数差别⽐较⼤时出现误码时，可调节R

使VC接近LPF信号的中值。实际通信系统中的2DPSK相⼲解调器（或差分相39⼲解调器）是针对随机信号，不需要调节判决电平。

⽐较器的输出信号CM为TTL电平信号，它不能作为相对码直接送给码反变器，因为它并不是⼀个标准的单极性⾮归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度和单个“0”码对应的零电平的宽度可能⼩于码元宽度、也可能⼤于码元宽度。另外，当LPF中有噪声时，CM中还会出现噪声脉冲（由于在TX系列实验设备中信道是理想的，接收机输⼊信号中⽆噪声，故实验时观察不到此脉冲噪声）。

异或门74LS86输出的绝对码波形的⾼电平上叠加有⼩的⼲扰信号，经U3 4整形后即可去掉。

2DPSK相⼲解调波形⽰意图

2FSK解调器⼯作原理及有关问题说明如下。

图4.4为2FSK过零检测解调器各点波形⽰意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率，信息代码为101。

整形电路1和整形电路2的功能与⽐较器类似，在74HC04的输⼊端将均值为0的输⼊信号叠加在2.5V上。74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输⼊信号进⾏硬限幅处理。整形电路1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。整形电路2和抽样电路共同构成⼀个判决电平为2.5V的抽样判决器。

单稳电路1、单稳电路2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器⼀起共同对TTL电平的2FSK信号进⾏微分、整流处理。电位器R43和R44

决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（它们应基本相等）。⽤R48

可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的⾮归零码，必须进⾏抽样判决处理。低通滤波器是⼀个有源滤波器，具有低通滤波和倒相功能。整形电路2对输⼊信号进⾏硬限幅和倒相处理。

图4.4 2FSK过零检测解调器各点波形⽰意图三、实验内容及实验步骤

本实验使⽤数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块及2FSK解调模块，它们之间的信号连接⽅式如图4.5所⽰,其中实线是指已在印刷电路板上布好的，虚线是在实验过程中由实验者⾃⼰连接的。实际通信系统中，解调器需要的位同步信号来⾃位同步提取模块。本实验中位同步信号直接来⾃数字信源。在做2DPSK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调模块，做2FSK解调实验时则送到2FSK解调模块。

数字解调实验连接图

1. 复习前⾯实验的内容并熟悉2DPSK解调模块及2FSK解调模块的⼯作原理，接通实验箱电源。将数字调制模块单⼑双掷开关

K7置于左⽅NRZ端。

2. 检查数字信源、数字调制及载波同步模块是否⼯作正常，载波同步模块的锁相环应处于锁定状态。3. 2DPSK解调实验

（1）将数字信源模块的BS-OUT⽤信号连线连接到2DPSK解调模块的BS-IN

处。将⽰波器置于外同步触发状态，以信源模块的FS信号作为⽰波器外同步触发信号。将⽰波器的CH1接数字调制模块的BK，CH2（建议使⽤⽰波器探头的x 10衰减档）接2DPSK解调模块的MU。MU与BK同相或反相。

（2）⽰波器的CH2接2DPSK解调模块的LPF，可看到LPF与MU同相。当⼀帧内BK中“1”码和“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称。（3）⽰波器的CH1接VC，调节电位器R，使VC为LPF的中值电平（当BK39

中“1”与“0”等概时LPF的中值为0电平）。

（4）观察数字调制模块的BK与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字信源模块中AK信号与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间的关系。

（5）断开、接通电源若⼲次，改变数字调制模块的CAR信号与载波同步模块的CAR-OUT信号的相位关系，重新进⾏步骤（4）中的观察。4. 2FSK解调实验

将数字调制模块单⼑双掷开关K7还原置于左⽅NRZ端。将数字信源模块的BS-OUT⽤信号连线换接到2FSK解调模块的BS-IN处，⽰波器探头CH1接数字信源模块中的AK，CH2分别接2FSK解调模块中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2 FSK过零检测解调器的解调过程（注意：低通滤波器及整形电路2都有倒相作⽤）。LPF的波形应接近图4.4所⽰的理论波形。四、实验过程及结果1、2DPSK解调实验

（1）MU与BK信号⽰意如下：

（2）LPF与MU信号⽰意如下：

（3）AK信号与2DPSK解调信号⽰意如下：

教师签名：年⽉⽇