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.掌握二相BPSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成
  2.了解载频信号的产生方法
  3.掌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路工作原理
（一）调制实验：
    在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相移键控。
PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优越的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。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数据等。
1.载波倒相器
    模拟信号的倒相通常采用运放来实现。电路由U301B等组成，来自1.024MHz载波信号输入到U301的反相输入端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，在电路中加了电位器W301和W302。
2.模拟开关相乘器
对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。
    0相载波与相载波分别加到模拟开关1：U302：A的输入端（1脚）、模拟开关2：U302：B的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关1的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关2的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关1的输入控制端为高电平，模拟开关1导通，输出0相载波，而模拟开关2的输入控制端为低电平，模拟开关2截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关1的输入控制端为低电平，模拟开关1截止。而模拟开关2的输入控制端却为高电平，模拟开关2导通。输出相载波，两个模拟开关的输出通过载波输出开关K301合路叠加后输出为二相PSK调制信号，如图10-2所示。
在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有较强的抗干扰噪声能力，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，因而广泛应用在实际通信系统中。
相对移相，就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。





图10-2  模拟开关相乘器工作波形

DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号）作为绝对码序列an，通过码型变换器变成相对码序列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。
    DPSK是利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式。
    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10-3  BPSK、DPSK编码波形
图10-4（a）是相对码编码器电路，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。


图10-4（a） 相对码编码器电路                   图10-4（b） 工作波形 
设输入的相对码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）是它的工作波形图。
（二）解调实验
二相BPSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图10-5所示。该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。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组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，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路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并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及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。
 
1.二相(BPSK，DPSK)信号输入电路  
由BG701(3DG6)组成射随器电路，对发送端送来的二相(BPSK、DPSK)信号进行前后级隔离，由U701(LM311)组成模拟信号放大电路，进一步对输入小信号的二相(PSK、DPSK)信号进行放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。


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)模拟运放放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输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通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由U706A与U707A构成的相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压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，去控制VCO压控振荡器74S124。
它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74S124的输出频率表达式为：
f0 = 5×10-4/Cext，在实验电路中，调节精密电位器W701(100KΩ)的阻值，使频率控制输入电压(74LS124的2脚)与范围控制输入电压(74LS124的3脚)基本相等，此时，当电源电压为+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，它开启压控振荡器工作；
当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节W701，用频率计监视测量点TP702上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz的载波信号。
该2.048MHz的载波信号经过分频(÷2)电路：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的控制信号输入端U302D(4066)的6脚，由U709A的5脚输出0相载波信号去鉴相器1的控制信号输入端U302C(4066)的5脚。这样就完成了载波恢复的功能，此时K701需选择1-2脚。

图10-6是该解调环各输出测量点波形图，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该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。
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
     调整好载波幅度，观察TP301～TP306各测量点的波形。
2.PSK解调实验
3. PSK解调载波提取实验
将PSK的电路调整到最佳状态，逐一测量TP701～TP705各点处的波形，画出波形图并作记录，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．跳线开关设置功能如下：
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，由薄膜键盘选择输出；当薄膜键盘选择“03  DPSK”时，可将TP304波形与TP110点波形进行对比，观测绝对码与相对码的转换关系；J701选择“PSK”，可在TP707点观测到转换过来的绝对码波形，同TP110。
5-6脚相连，输入CVSD（ΔM）编码的数字输出信号；
9-10脚相连，传输PC机数据，可为PC机文件或短消息数据。
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调整噪声幅度,可在噪声模块中TP108处测得波形(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（自环实验时必须选择）；
      2－3：断开自环，PSK可通过MODEM接口实现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． 将本实验电路调整到最佳状态，逐一测量TP301～TP306、TP701～TP705各点处的波形，画出波形图并作记录，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，可调节电位器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，可调节电位器W302改变幅度。
TP304：作为数字基带信码信号输入波形，由开关J301和薄膜键盘选择决定。
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，由薄膜键盘选择输出；
5-6脚相连，输入CVSD（ΔM）编码模块的数字编码信号输出；
9-10脚相连，PC机数据。
TP305：PSK调制信号输出波形。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。可调节电位器W303改变幅度。
K302的1-2脚相连时，在调制信号中加入噪声，模拟实际通信中的信道传输。
TP701：PSK解调信号输入波形。
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可通过MODEM接口实现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，此时可调节W701，使其准确而稳定地输出2.048MHz的载波信号，此时K701需选择1-2脚。
         K701：1-2脚连为通过科斯塔斯环提取载波时钟
               2-3脚连为CPLD直接给解调电路送一个载波时钟
    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解调输出波形，即数字基带信号（见“数字同步与眼图观察”模块）。


图10-7  PSK调制模块波形示意图

六、实验报告要求
  1.简述DPSK调制解调电路的工作原理及工作过程。
  2.根据实验测试记录（波形、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工作波形，并给以必要的说明。

DB-8621D 通信原理综合实验箱(增强型)

一、产品简介
DB-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点是系统性强，它真实再现了：信源的模数转换、模拟调制、信道仿真、模拟解调、信宿的数模转换的频带传输过程；光纤传输、帧同步位同步、纠错译码、解复接、信宿的数模转换的基带传输过程；信源、信源编码、码分复用、传输、码分解复用、信源译码、信宿的移动传输过程；
通信原理综合实验箱全部采用模块化结构，各模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块构建一个完整通信系统进行系统实验，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本电路、终端编译码、调制解调、信道传输等重要的理论安排了相应的实验内容；实验平台既有基础性实验，又有采用新技术新器件（FPGA、DSP）等提高型实验，从而完成一个理论验证性、综合性、二次开发性，由低向高的系统学习过程。通过这些实验能够促进学生对《通信原理》课程内容的理解、掌握，并使学生对通信系统、当今新技术、工程实现有一个较全面的了解。系统采用“主板+实验模块”相结合的灵活结构，便于学校选择、定制、增加功能、硬件升级。
二、技术指标
1、采用了“底板+实验模块”的结构，不仅按实验内容与功能将电路模块化，而且各个模块独立设计，能方便地组合进行单元实验和多种单/双工通信系统实验。
2、实验模块的输入输出信号都采用铆孔开放出来，由实验者根据实验需要进行连接组合，增强实验者的参与性。
4、每个实验模块都采用有机玻璃覆盖保护，方便实验室管理。
5、实验中的重要参数都可以调节或设置，方便实验者分析对比。
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、移动等方面的内容。
7、内置函数信号源、数字信号源、电话接口、计算机接口、同轴电缆信道、两个收发一体光端机信道、音频功放等功能模块，详细见“系统组成” 项。
8、内置4组稳压电源，全部具有短路软截至保护自动恢复功能，并提供电源输出接口。
9、系统涉及了计算机通信、MS51、DSP、CPLD等多种技术，并留有开发接口，二次开发性强。
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 模拟信号源实验
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 数据通信实验
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 眼图观察测量实验
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/HDB3编译码实验
实验15 卷积编译码及纠错能力验证实验
实验16 汉明码编译码及纠错能力验证实验
实验17 汉明、交织码编译码及纠错能力验证实验
实验18 循环码编译码及纠错能力验证实验
第三部分 综合实验
实验1 信源、PCM、HDB3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编译码实现实验
实验3 绝对/相对码转换实验PC机数据、PSK传输系统实验
实验4 PC机数据、FSK传输系统实验
实验5 码型变换、基带编码开发实验
四、标准配置表

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	模块二	频率2KHZ，幅度0～10V连续可调
3		抽样脉冲产生模块	模块三	频率8KHZ, 频率2～35KHZ连续可调
4		计算机接口模块	模块四	提供发送输出、接收输入的连接接口
5		电源引接模块	模块五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系统电源，另提供输出接口
6		同轴电缆传输模块	模块六	同轴电缆传输
7		眼图观测模块	模块七	可观测噪声、串扰、理想眼图
8		PCM编码记录模块	模块八	自动处理PCM编码数据
9		功放模块	模块十	提供多组滤波器、音频功放、喇叭
10		话筒模块	模块十一	提供话音输入
11	软件 及 配件 部分	PPT多媒体课件	赠送	仿真电路和实验箱电路相一致
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

实验模块：标准配置

1	时钟与基带数据发生模块	提供系统时钟和各类数字信号源
2	PAM脉冲幅度调制模块	完成抽样定理、PAM调制、传输模拟实验
3	PCM/ADPCM编译码模块	完成PCM、ADPCM编译码单元实验
4	CVSD增量调制编译码模块	完成CVSD编译码单元实验
5	AMI /HDB3编译码模块	完成AMI /HDB3编译码单元实验
6	噪声模块	模拟白噪声信道
7	数字频率合成模块	完成压控振荡器、频率合成实验
8	FSK(MSK)调制模块	完成MSK、FSK调制实验
9	FSK(MSK)解调模块	完成MSK、FSK解调实验
10	BPSK(DPSK)调制模块	完成BPSK、DPSK调制实验
11	BPSK(DPSK)解调模块	完成BPSK、DPSK解调实验
12	复接/解复接、同步提取模块	完成多种数据的时分复接解复接、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、循环传输模块	信道仿真
15	卷积、汉明、交织、循环译码模块	完成汉明、交织、循环译码实验