实验五 PSK调制与解调实验

发布时间：2024-11-21

实验八 PSK调制与解调实验

一、实验内容

1、观察2PSK、2DPSK信号的波形（频谱）。

2、观察2PSK、2DPSK相干解调器各点波形。

二、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。

1、掌握2PSK、2DPSK信号的频谱特性。

2、掌握2PSK、2DPSK相干解调的原理。

3、理解2PSK、2DPSK之间的差别。

三、实验原理

1、2PSK调制原理

2PSK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8.5-1所示。

-A

图8.5-1 2PSK信号的典型时域波形

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：

S2PSK(t) bng(t nTs) cos ct n （8.5-1）

其中：bn 1

＋1当an 0时，概率为P

当an＝1时，概率为1－P

则上式可变为：

g(t nT)s ct s co n S2PS（t）＝ K g(t nT) co s ct 0 s n当an 0 （8.5-2）当an 1

由（8.5-1）式可见，2PSK信号是一种双边带信号，比较（8.5-1）式与（8.5-2）式可知，其双边功率谱表达式与2ASK的几乎相同，即为：

22 P2PSK(f) fsP(1 P) G(f f) G(f f) cc

122fs(1 P)2G(0) (f fc) (f fc) 4

2PSK信号的谱零点带宽与2ASK的相同，即（8.5-3）

B2PSK (fc Rs) (fc Rs) 2Rs 2/Ts（Hz）（8.5-4）

我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应数字信号的，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。

2、2PSK解调原理

2PSK解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2PSK信号进行解调，原理框图如图8.5-2（a）所示。2PSK调制信号先经过带通滤波器，然后调制信号经过模拟乘法器与载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，对此信号进行抽样判决，就可以得到基带信号了。

(b)

图8.5-2 2PSK解调原理框图

3、2DPSK调制原理

我们知道，2PSK存在 “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

数字信息“1”

0 数字信息“0”

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：

数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1

2DPSK信号相位： 0 0 0 π 0 π π π 0 0 π

或： π π π 0 π 0 0 0 π π 0

图8.5-3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，则鉴别这个相位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信号时无法分辨的。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。

数字信息（绝对码） 0 0 1 1 1 0 0 1

PSK波形

DPSK波形

相对码0 0 0 1 0 1 1 1 0

图8.5-3 2PSK与2DPSK波形对比

为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图8.5-4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8.5-4（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

8.5-4（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。

参考相位（a）（b）

图8.5-4 二相调制移相信号矢量图

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基带输入”和“PSK载波输入”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS输入”点输入，其原理框图如图8.5-5所示：

图8.5-5 2DPSK调制原理框图

4、2DPSK解调原理

2DPSK解调最常用的方法是极性比较法（相干解调）和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPSK信号进行解调。原理框图如图8.5-6（a）所示。

(a)

(b)

（a）极性比较法；（b）相位比较法

图8.5-6 2DPSK解调原理框图

四、实验步骤

1. 安装好发射天线和接收天线。

2. 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER301、POWER302、

POWER401和POWER402，对应的发光二极管LED301、LED302、LED401和LED402发光，CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。

3. 发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”均拨下，“编码”拨上，接收机

拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”均拨下，“解码”拨上，“调制信号输入”和“解码”拨上。此时系统的信码速率为1Kbit/s，扩频码速率为100Kbit/s。

4. 2PSK调制实验

1) 将“SIGN1置位”设置不全为0或不全为1的码字，用示波器观察“SIGN1”并改

变“SIGN1置位”的设置，注意观察波形的变化情况。

2) 用示波器观察“S1-BS”，其中“S1-BS”为信息码“SIGN1”和“SIGN2”的位同步信

号。

3) 用示波器观察TX-CW处波形，此波形即为10.7M的载波。

4) 用示波器双踪同时观察 “S1-KP”和“PSK1”，比较调制前后波形的变化情况，注

意观察相位的变化。

5. 2PSK解调实验

① 将“第一路”连接，“第二路”断开，这是发射机发射的是第一路信号。将拨码开

关“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”一致。

② 将拨位开关恢复到实验步骤3要求的设置，按“发射机复位”键。

③ 将拨位开关“第一路”连接，拨位开关“第二路”断开，此时发射机输出GOLD1

为扩频码的第一路扩频信号。

④ 将拨位开关“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”一致，按“接收机复位”键。 ⑤ 顺时针将“捕获”电位器旋到底，“捕获指示”灯亮。用示波器双踪分别观察“G1-BS”

和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”电位器，使两者波形相对移动尽可能缓慢或

静止。

⑥ 逆时针将“捕获”电位器旋到底，再顺时针缓慢旋转，直到“捕获指示”灯刚好

变亮，按下“接收机复位”键时“捕获指示”灯灭，松开“接收机复位”键时“捕

获指示”灯亮，则“捕获”电位器调节正确。

⑦ 用双踪示波器分别观察“G1-BS”和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”旋钮，直

到二个波形完全一致，没有相差为止。此时表明接收机的Gold序列和发射机的Gold序列在相位与码速率上都一致。

说明2：由于CDMA接收机对接收到的信号有一定的延迟，Gold码的同步应是接收机从发射机接收到的Gold同接收机产生的Gold序列相位与码速率一致，即用示波器双踪分别观察“TX1”和“G3-BS”处的波形，调节“跟踪”旋钮使“TX1”的包络过零点同“G3-BS”的边沿对齐直至锁定。另外需要说明的是此延迟是固定的因此相对于采用速率为100K的扩频码来说延迟不是很大可以采用以上的方式进行锁定，但相对于采用速率200K的扩频码来说延迟增加了一倍，因此采用说明2的方法锁定。

⑧ 将拨位开关“调制信号输入”拨上，用示波器双踪同时观察发射机测试点“TX-CW”

与接收机测试点“COS”的输出波形，调节“频率调节”电位器，使两路信号相对静止。

⑨ 按“接收机复位”键，用示波器观察“相乘1”处波形，微调“频率调节”电位器

使该波形中叠加的噪声最小，此时“COS”点输出的信号就是从输入的调制信号中提取出来的载波。

⑩ 用示波器观察接收机测试点“相乘1”，并与“SIGN1”处波形比较，观察在“COS”

输出不同相位载波时“相乘1”和“SIGN1”处波形的差别。

6. 2DPSK调制实验

5) 将“SIGN1置位”设置不全为0或不全为1的码字，将拨位开关“编码”拨上。此

时“SIGN1”输出汉明编码后的信号，“差分编码”输出“SIGN1”差分编码后的信号。

6) 用示波器双踪同时观察“SIGN1”和“差分编码”，比较差分编码前后波形的变化情

况。改变“SIGN1置位”设置，再进行观察。

7) 用示波器双踪同时观察 “S1-KP”和“PSK1”，比较调制前后波形的变化情况，注