实验十六 振幅键控、移频键控、移相键控解调实验
一、实验目的
1． 掌握2ASK相干解调的原理。 2． 掌握2FSK过零检测解调的原理。 3． 掌握2DPSK相干解调的原理。
二、实验内容
1． 观察2ASK、2FSK、2DPSK解调信号波形。 2． 观察2FSK过零检测解调器各点波形。 3． 观察2DPSK相干解调器各点波形。
三、实验器材
1． 信号源模块 2． 数字调制模块 3． 数字解调模块 4． 同步信号提取模块 5． 20M双踪示波器一台
四、实验原理
1． 2ASK解调原理。
2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，相应的接收系统原理框图如图16-1所示：
调制信号输入耦合电路半波整流器低通滤波器抽样判决器解调信号输出位同步信号 （a）
调制信号输入耦合电路相乘器低通滤波器抽样判决器解调信号输出相干载波位同步信号 （b）
图16-1 2ASK解调原理框图
（a）非相干方式
（b）相干方式
2． 2FSK解调原理
带通滤波器包络检波器调制信号输入位同步信号抽样判决器解调信号输出带通滤波器包络检波器(a)（a）
cosω2t带通滤波器相乘器低通滤波器调制信号输入位同步信号抽样判决器解调信号输出带通滤波器相乘器低通滤波器 cosω1t (b)（b）
单稳1调制信号输入整形1相加器低通滤波器抽样判决解调信号输出整形2单稳2位同步信号 （c）
（a）非相干方式；（b）相干方式；（c）过零检测法
图16-2 2FSK解调原理框图
2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图16-2所示。
这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对FSK信号进行解调的原理框图如图16-2（c）所示。其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。2FSK调制信号从“FSK-IN”输入。UA03（LM339）的判决电压设置在2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形1将2FSK信号变为TTL电平；整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器UA05（74HC32）一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电阻RA14与RA16决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可
以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。
3． 2DPSK解调原理
2DPSK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2DPSK信号进行解调，原理框图如图16-3（a）所示。
调制信号输入相乘器低通滤波器运放抽样判决器逆差分变换解调信号输出本地载波位同步信号(a)调制信号输入带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器解调信号输出延迟位同步信号(b)
（a）极性比较法
（b）相位比较法
图16-3 2DPSK解调原理框图
4． 二进制数字调制系统的性能比较
现在我们来比较一下2ASK、2FSK、2DPSK这三种二进制数字调制系统的性能。 ① 频带宽度
当码元宽度为Ts时，2ASK系统和2PSK系统的频带宽度近似为2/Ts,2FSK系统的
22频带宽度近似为f2?f1?T。因此，从频带宽度和从频带利用率上看，2FSK?Tss系统最不可取。
② 表16-1中列出了2ASK、2FSK、2DPSK数字调制系统的误码率Pe与输入信噪比r
的关系。从该表清楚地看出，在每一对相干和非相干的键控系统中，相干方式略优于非相干方式。它们基本上是erfcr和exp(?r)之间的关系，而且随着x??，它们将趋于同一极限值。另外，三种相干（或非相干）方式之间，在相同误码率条件下，在信噪比要求上2PSK比2FSK小3dB、2FSK比2ASK小3dB。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。
表16-1二进制数字调制系统误码率公式表
名称 相干2ASK Pe与r的关系 Pe=12erfcr 非相干2ASK 相干2FSK 非相干2FSK 相干2PSK 差分相干2PSK
e?r/4 Pe=12 Pe=12erfcre?r/2 Pe=12 Pe=12erfcr?re Pe=12③ 对于对信道特性变化的敏感性
在选择数字调制方式时，还应考虑它的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。在2FSK系统中，不需要人为地设置判决门限，它是直接比较两路解调输出的大小来作出判断的。在2PSK系统中，判决器的最佳判决门限电平为零，与接收机输出信号的幅度有关。因此，它不随信道特性的变化而变化。这时，接收机容易保持在最佳判决门限状态。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为a/2 （当p(1)?p(0)时），它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度a将随着发生变化；相应地，判决器的最佳判决门限电平也将随之改变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码率增大。因此，就对信道特性变化的敏感性而言，2ASK性能最差。
当信道存在严重的衰落时，通常采用非相干接收，因为这时在接收端不易得到相干解调所需的相干载波。当发射机有严格的限制时，可考虑采用相干接收。因为在给定的码元传输速率及误码率的条件下，相干接收所要求的信噪比要比非相干接收小。 ④ 2ASK、2FSK、2PSK来说，发送端设备的复杂程度差不多，而接收端的复杂程度
则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非相干解调的复杂；而同为相干解调时，2PSK的设备最复杂，2FSK次之，2ASK最简单。
五、实验步骤
1． 将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步信号提取模块小心地固定在主机
箱中，确保电源接触良好。
2． 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1、
POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、DA00、DA01、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3． 将信号源模块的位同步信号（BS）的频率设置为15.625KHz，将信号源模块产生的
NRZ码设置为01110010 11001100 10101010，将同步信号提取模块的拨码开关SW501的第一位拨上。 4． ASK解调实验
① 用信号源模块产生的NRZ码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，
使数字调制模块的信号输出点“ASK调制输出”能输出正确的ASK调制波形。 ② 将“ASK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“ASK-IN”，观
察信号输出点“ASK-OUT”处的波形，并调节标号为“ASK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止。将该点波形送入同步信号提取模块
的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“ASK-BS”，观察信号输出点“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”、“ASK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。
③ 改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。
5． FSK解调实验
① 将信号源模块的位同步信号的频率恢复为15.625KHz，用信号源模块产生的NRZ
码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“FSK调制输出”能输出正确的FSK调制波形。
② 将点“FSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观
察信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止。将该点波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”,再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点 “单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“FSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。
③ 改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。
6． PSK解调实验
① 将信号源模块的位同步信号的频率恢复为15.625KHz，用信号源模块产生的NRZ
码为基带信号，合理连接信号源模块与数字调制模块，使数字调制模块的信号输出点“PSK调制输出”能输出正确的PSK调制波形。 ② 将“PSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“PSK-IN”，将“PSK
调制输出”的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“S-IN”，使信号输出点“载波输出”能输出提取出的正确的载波信号（方法请参考实验十四），再将该点的输出波形送入数字解调模块的信号输入点“载波输入”，观察信号输出点“PSK-OUT”处的波形，并调节标号为“PSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止(电位器WA02可调节乘法器的平衡度，该处在出厂时已经调好，请勿自行调节)。将点“PSK-OUT”输出的波形送入同步信号提取模块的信号输入点“NRZ-IN”，再将同步信号提取模块的信号输出点“位同步输出”输出的波形送入数字解调模块的信号输入点“PSK-BS”，观察信号输出点“OUT4”、“OUT5”、“PSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。 ③ 改变信号源产生的NRZ码的设置，重复上述观察。