實(shí)驗(yàn) 數(shù)字解調(diào)與眼圖

??? 1. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。
2. 掌握2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)原理。

二、?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

??? 1. 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。
2. 用示波器觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形。
3．用示波器觀察眼圖。

三、?基本原理

??? 可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號(hào)。在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當(dāng)此關(guān)系不能滿足時(shí)只能用相干解調(diào)法。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實(shí)際工程中相干解調(diào)法用得最多。2FSK信號(hào)的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法等。

圖4-1? 數(shù)字解調(diào)方框圖
（a）?2DPSK相干解調(diào)? （b）2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)
??? 本實(shí)驗(yàn)采用相干解調(diào)法解調(diào)2DPSK信號(hào)、采用過(guò)零檢測(cè)法解調(diào)2FSK信號(hào)。2DPSK模塊內(nèi)部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊內(nèi)部?jī)H使用+5V電壓。圖4-1為兩個(gè)解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖4-2所示（見(jiàn)附錄）。
??? 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：
??? ? MU??????相乘器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
??? ? LPF?????低通、運(yùn)放輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
??? ? Vc??????比較器比較電壓測(cè)試點(diǎn)
??? ? CM??????比較器輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)
??? ? BK??????解調(diào)輸出相對(duì)碼測(cè)試點(diǎn)
??? ? AK-OUT?????解調(diào)輸出絕對(duì)碼的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)）
??? ? BS-IN?????位同步信號(hào)輸入點(diǎn)
??? 2FSK解調(diào)模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：
??? ? FD??????2FSK過(guò)零檢測(cè)輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
??? ? LPF?????低通濾波器輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)
??? ? CM??????整形輸出輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)
??? ? BS-IN?????位同步信號(hào)輸入點(diǎn)
??? ? AK-OUT?????解調(diào)輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)）
??? 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
??? ? 相乘器?????U29：模擬乘法器MC1496
??? ? 低通濾波器????R31；C2
??? ? 運(yùn)放?????U30：運(yùn)算放大器UA741
??? ? 比較器?????U31：比較器LM710
??? ? 抽樣器?????U32:A：雙D觸發(fā)器7474
??? ? 碼反變換器????U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門(mén)7486
??? 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
??? ? 整形1?????U34:A：反相器74HC04
??? ? 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2???U35：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123
??? ? 相加器?????U36：或門(mén)7432
??? ? 低通濾波器????U37：運(yùn)算放大器LM318；若干電阻、電容
??? ? 整形2?????U34:B：反相器74HC04
? 抽樣器?????U38:A：雙D觸發(fā)器7474

??? 在實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器用來(lái)濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無(wú)碼間串?dāng)_條件。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒(méi)有帶通濾波器、信道是理想的，故解調(diào)器輸入端就沒(méi)加帶通濾波器。
??? 下面對(duì)2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問(wèn)題加以說(shuō)明。
??? ? MU的波形接近圖4-3所示的理論波形，略有區(qū)別。
??? ? 信源是周期為24bit的周期信號(hào)，當(dāng)24bit的相對(duì)碼BK中“1”碼和“0”碼個(gè)數(shù)不相等時(shí)，相乘器U29的輸出信號(hào)MU及低通濾波器輸出信號(hào)LPF是正負(fù)不對(duì)稱(chēng)的信號(hào)。在實(shí)際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號(hào)是一個(gè)均值為0且正負(fù)對(duì)稱(chēng)的信號(hào)，因此最佳判決電平為0。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。當(dāng)Vc=0而相對(duì)碼BK中“1”碼和“0”碼個(gè)數(shù)差別太大時(shí)，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因?yàn)榇藭r(shí)LPF信號(hào)的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號(hào)）稍不理想就會(huì)造成誤碼。電位器R39用來(lái)調(diào)節(jié)判決電平，當(dāng)BK中“1”碼與“0”碼個(gè)數(shù)差別比較大時(shí)出現(xiàn)誤碼時(shí)，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號(hào)的中值（最佳判決門(mén)限）。實(shí)際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器（或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決電平。
??? ? 比較器的輸出CM為T(mén)TL電平信號(hào)，它不能作為相對(duì)碼直接送給碼反變器，因?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單極性非歸零碼，其單個(gè)“1”碼對(duì)應(yīng)的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。另外，當(dāng)LPF中有噪聲時(shí)，CM中還會(huì)出現(xiàn)噪聲脈沖。
? 異或門(mén)74LS86輸出的絕對(duì)碼波形的高電平上疊加有小的干擾信號(hào)，經(jīng)U34整形后即可去掉。
DPSK相干解調(diào)器模塊各點(diǎn)波形示意圖如圖4-3所示。

圖4-3? 2DPSK相干解調(diào)波形示意圖

??? 2FSK解調(diào)器工作原理及有關(guān)問(wèn)題說(shuō)明如下：
? 圖4-4為2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“0”碼載頻等于碼速率。
??? ? 整形1和整形2的功能與比較器類(lèi)似，在其輸入端將輸入信號(hào)疊加在2.5V上。74HC04的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電平約為2.5V，可把輸入信號(hào)進(jìn)行硬限幅處理。整形1將正弦2FSK信號(hào)變?yōu)門(mén)TL電平的2FSK信號(hào)。整形2和抽樣電路共同構(gòu)成一個(gè)判決電平為2.5V的抽樣判決器。
??? ? 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對(duì)TTL電平的2FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。電位器R43和R44決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度（應(yīng)基本相等）。
??? ? R48可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率特性及LPF信號(hào)幅度，LPF不是TTL電平信號(hào)且不是標(biāo)準(zhǔn)的非歸零碼，必須進(jìn)行抽樣判決處理。U34對(duì)抽樣判決輸出信號(hào)進(jìn)行整形。

圖4-4? 2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖

四、?實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號(hào)連結(jié)方式如圖4-5所示,其中實(shí)線是指已在電路板上布好的,虛線是實(shí)驗(yàn)中要連接的。實(shí)際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號(hào)來(lái)自位同步提取單元。本實(shí)驗(yàn)中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號(hào)直接來(lái)自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，位同步信號(hào)送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)則送到2FSK解調(diào)單元。

圖4-5? 數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖

??? 1. 復(fù)習(xí)前面實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于N端。
??? 2. 檢查數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊及載波同步模塊是否工作正常，使載波同步模塊提取的相干載波CAR-OUT與2DPSK信號(hào)的載波CAR同相（或反相）。
??? 3. 2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)
??? （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點(diǎn),以信源單元的FS信號(hào)作為示波器外同步信號(hào)，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2（請(qǐng)用衰減X10探頭）接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4-3所示的理論波形。
??? （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個(gè)數(shù)相同時(shí)，LPF的正、負(fù)極性信號(hào)電平與0電平對(duì)稱(chēng)，否則不對(duì)稱(chēng)。
（3）示波器的CH1接Vc，調(diào)節(jié)電位器R39，使Vc為L(zhǎng)PF的中值（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時(shí)LPF的中值為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門(mén)限。
（4）觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字調(diào)制單元中AK信號(hào)與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號(hào)之間的關(guān)系。
（5）斷開(kāi)、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號(hào)與載波同步CAR-OUT信號(hào)的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。
（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于M端，此時(shí)數(shù)字調(diào)制器基帶信號(hào)是偽隨機(jī)序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號(hào)。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點(diǎn)，即可看到無(wú)噪聲的眼圖。
??? 4. 2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)
將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7還原置于N端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點(diǎn),示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器的解調(diào)過(guò)程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖4-4所示的理論波形，若相差較大可微調(diào)節(jié)電位器R48。

五、?實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

??? 1. 設(shè)絕對(duì)碼為1001101，相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫(huà)出CAR-OUT與CAR同相、反相時(shí)2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。
2. 設(shè)信息代碼為1001101，2FSK的兩個(gè)載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫(huà)出2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器輸入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形（設(shè)低通濾波器及整形2都無(wú)倒相作用）。