实验10、PSK调制解调

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1、实验10 PSK调制解调实验目的1. 掌握PSK调制解调的工作原理及性能要求；2. 进行PSK调制、解调实验，掌握相干解调原理和载波同步方法;3. 理解PSK相位模糊的成因，思考解决办法。1.1 2PSK调制原理2PSK（二进制相移键控，Phase Shift Keying）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n相位载波分别代表传“1”和传“0”。图10-1 2PSK调制信号波形PSK调制由“信道编码与频带调制-A4”模块完成，该模块基于FPGA和DA芯片，采用 软件无线电的方式实现频带调制。图10-2 PSK调制电路原理框图上图中，基带数据和时钟，通过2P6和2

2、TP8两个铆孔输入到FPGA中，FPGA软件完成 PSK的调制后，再经DA数模转换即可输出相位键控信号，调制后的信号从4TP2输出。2.2PSK解调原理实验中2PSK信号的解调采用相干解调法，首先要从调制信号中提取相干载波，在实验中 采用数字costas环提取相干载波，二相PSK（DPSK）解调器采用数字科斯塔斯环（Constas环） 解调，其原理如下图所示。90”酬 低通渣液殍图10-3数字科斯塔斯特环原理图设已调信号表达式为s(t) = A1xcos(3t +T(t) (A1为调制信号的幅值)，经过乘法器与 载波信号A2 cos t(A2为载波的幅值)相乘，得：e (t) = _A A c

3、os(2 t + 顿t) + cos 顿t)02 1 21可知，相乘后包括二倍频分量-A_A2cos(2t +顿t)和cos顿t)分量(顿t)为时间的 函数)。因此，需经低通滤波器除去高频成允os(2Wt +中(t)，得到包含基带信号的低频信 号，然后同向端和正交端两路信号相乘，其差值作为环路滤波器的输入，然后控制载波频 率和相位，得到和调制信号同频同相的本地载波。I路输出(即同相端)滤波输出包含基带信号，因此进行抽样判决和基带同步后，即可 解调出基带信号。相乘辕出添淞愉出判压输出图10-4 2PSK解调各测试点波形3.实验框图及功能说明实验框图说明图10-5 PSK调制解调框图本实验中需要用

4、到以下2个功能单元：基带信号产生：基带信号从2P6输入，从2TP8输入时钟；点击框图中“基带设置”按钮，可以修 改基带信号码型和速率；(2) 数字调制元-A4 :完成PSK调制，基带信号和基带时钟分别从2P6和2TP8输入，调制后信号从4TP2 输出。调制载波频率默认为128K，通过“载波频率”旋钮可修改，修改范围为0-4MHZ；(3) 数字解调单元腴:完成PSK解调，解调采用相干解调法。其中载波提取采用了数察tas环，costas环VCO中心频率可自动锁定，costas环各个部分均有输出可以测量；注：在流程图中，可以通过框图上的按钮修改实验中输出的参数：3 按钮，相干载波会反相，输出数据也会

5、反相;解调输出选择：PSK科斯塔斯特环中只有PSK和本地载波同相或反相的那路才能解出基 带数据，正交的那路不能解出基带数据，实验时我们可以用鼠标点击环路左侧的两个乘号 少选择进入抽样判决电路的信号；相位模糊观测：鼠标点击“VCO”4. 测量点说明 2P6 :基带数据输出； 2TP8 :基带时钟输出； 4VT11： 0相信载波输出； 4VT12：n相载波输出； 4TP2： PSK调制输出； 5TP1 :解调信号输入； 5VT13 :本地载波输出； 5VT11： I路相干输出； 5VT12： Q路相干输出； 5TP7： I或Q路滤波输出(鼠标点击环路左侧的两个乘号时，5TP7跟着切换); 5TP6

6、:判决电平输出 5TP3 :解调数据输出；5VT15 :恢复时钟输出;三,实验任务1 PSK调制观测；2 PSK解调分析；3 PSK系统性能分析;实验步骤1. 实验准备(1) 获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台；(2) 选择实验内容使用鼠标在通信原理实验目录选择：PSK调制解调实验，进入到PSK实验页面。2. PSK调制观测(1)基带数据设及时域观测PSKK调使用双踪示波器分别观察2P6和2PT8,使用鼠标点击“基带设置”按钮，设置基带数 据为“15瑚，速率“6强”。观察示波器波形的变化，理解并掌握基带数据设置的基本方法。(2)基带数据频域观测打开示波器的FFT功能，观测分析2P6的频谱特

7、性。思考将信号进行PSK调制频谱会有 什么变化？(3) PSK调制信号时域观测用示波器通道1观测2P6,通道2观测PSK调制信号4TP2，分析PSK调制后，基带信号 和载波相位对应关系；PSK调制信号频谱观测打开示波器的FFT功能，观测分析PSK调制信号4TP2的频谱特性；点击“载波频率”按钮，修改载波频率，观察频谱特性的变化。修改基带信号时钟速率的设置，设置为64K，128K，观测调制信号的频谱变化。和基带信号频谱结合，分析基带信号经PSK调制后，频谱的变化情况。分析PSK调制信 号的带宽与基带信号速率、载波频率的关系。载波频率128K：基带信号时钟速率为16bit，64k基带信号时钟速率为

8、16bit，128k基带信号时钟速率为16bit, 64k载波频率256K：I I , II I J aHQonns基带信号时钟速率为16bit，128k修改基带信号时钟速率，调制信号的频谱幅度和频率会一起变化。基带信号时钟速率越大，信号频率越小。传送速率与信道带宽成正比，载波频率越高，能容 纳的信号带宽越大。3. PSK解调观测Costas环载波输出观测用示波器通道1观测调制端载波4VT11，作为同步通道；通道2观测costas环载波输出5VT13；观察当前本地载波频率为多少，是否已经锁定？(2)判决前信号观测在PSK解调时，Costas环中只有和载波同相的那路才能解出基带数据，正交的那路不

9、能解 出基带数据，用鼠标点击环路左侧的两个乘号冬，可以分别选择进入判决电路的信号为同 相端或正交端；用示波器通道1观测基带时钟2TP8,作为同步通道；通道观测costa环判决前信号5TP7,分析 判决前信号是否正确；通过点击同向端和正交端按钮，切换两路信号。(3) PSK判决后观测用示波器一个通道观测基带数据2P6,作为同步通道；另一个通道观测COSTAS环同相端判决后信号5TP3，分析判决后信号是否正确（如信号反向，也视为相同）。用鼠标调节判决电平，观察判决输出的变化，将判决输出调节到最佳状态。PSK相位PSK解调时如果本地载波和调制信号载波反相，则输出的基带数据也会反相，这就是相位模糊（前

10、面步骤中应该有部分同学会观察到该现象），实验中我们用两种方法观测相位模糊的现象。系统增加了人为修改载波相位的功能，通过框图中“ vco” y 按钮，可以人为的修改将载波相位反向（调整180度），可以切换正常状态和相位模糊状态。4. PSK系统性分析载波频率、基带速率、环路滤波器参数间关系分析序号载波频率基带速率判决电平环路滤波器参数范围能否解调1128K4K128241-247能2128K8K128241-248北3128K16K128241-247北4128K32K128241-248北5128K64K128241-248能5. 噪声对PSK信道影响（环路滤波器参数、判决电平一定，注意系统误

11、码测试时不能有相 位模糊）序号基带速率载波频率载波幅度（Vpp）出现误码时噪声幅度（Vpp）信噪比18K128K2V44013.15216K128K2V46012.77注：载波幅度测量：不加噪时用示波器测得的载波幅度；噪声幅度测量：示波器测量噪声源 输出点。6.实验结束实验结束，从浏览器退出在线实验平台。五、实验报告要求1. 完成实验步骤，记录实验中相关数据及波形。2. 叙述科斯塔斯特环（costas环）工作原理。科斯塔斯环（Costas）法又称同相正交环法或边环法。他仍然利用锁相环提取载频，但是不需 要对接收信号作平方运算就能得到载频输出。误差信号是由两路相乘及低通滤波器提供的。压控振荡器输

12、出信号直接供给一路相乘器，供给另一路的则是压控振荡器输出的正交的信号。 两路信号输出均含有调制信号，两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器后得到仅与压 控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进行调整。3. 定性画出科斯塔斯特环流程图中各点波形；4. 定性描述载波频率、基带速率、环路滤波器参数间关系；六、思考题1什么是相位模糊？ PSK解调为什么会有相位模糊，如何解决相位模糊的问题？相位模糊：从2PSK提取的载波信号存在两种可能的相位，即0相和n相，解 调结果与发端的基带信号同相或反相，这就是2PSK系统的相位模糊现象。相位模糊产生的原因：2PSK的信号频

13、谱中没有载频分量，所以在接复收端 要进行载波提取，最常用的方法是制平方ba i环载波提取。平方环载波提取电路 中有一个部件是二分频器。二分频器由D触发器构成，D触发器的方程为Qn+1 = D。由以上的二分频器原理图可知，du分频器的输出电压的相位取决于Q反的初 始状态（0或1），而这个状态是zhi随机的。这也就是2PSK解调相位模糊的根本 原da。因，也说明了这种模糊性是无法克服的，所以一般不用2PSK，而使用 2DPSK。解决方法：采用2DPSK方法克制2如何通过编程完成PSK调制算法？1基带要低于512k；2判决电平128左右；3环路滤波器设置为245 （默认）；4载波频率 =两倍基带频率；5 PSK系统误码测试时，要确保系统不能有相位模糊;心得通过本次实验我掌握TPSK调制解调的工作原理及性能要求，进行7PSK调制、解调实验，掌握相干解调原理和载波同步方法，明白7PSK相位模糊的成因，思考解决办法，并找到了 相位模糊的解决方法，虽然实验难且繁琐，但是动手操作让我对课程的兴趣加深，能更好的学习 知识。