解调信号 信码输出 D Q CLK 位同步信号
图5.8
码再生电路
（七）有源滤波器
在收端，无论是过零检测中的低通，或者是位同步恢复中的带通，工作频率都很低，低通滤波器的截至频率为300Hz，带通滤波器的中心频率也为600Hz，而且都要求过渡带很窄，这样用LC无源滤波器就遇到元件取值很大、阶数很多而显得笨重。无源RC滤波器也会遇到传输系数太小和过渡带不易做到很窄等这样一些矛盾。近年来发展起来的RC有源滤波器是克服这些矛盾的一个有效方法。
1．有源低通滤波器
用于检测基带信号的有源低通滤波器如图5.9所示。
图5.9 用于检测基带信号的有源低通滤波器
图中R1C1、R2C2、R3C3组成三阶RC滤波器，R5、R6决定了放大器的增益，R4为偏置电阻，R7、C4是频率补偿元件。这样一个低通滤波器，不但可获得很窄的过渡带，而且传输系数可通过调整R5、R6而使其大于1，RC的选择也比较简便。
2．有源带通滤波器
从图5.9可知，有源滤波器是由RC滤波器和有源运放组成，选用具有带通特性的RC滤波器就可以组成有源带通滤波器。有源带通特性的RC网络有：RC并联网络、单T网络和双T网络。其中双T网络的Q特性很高、特性最好，可以组成通常很窄的带通滤波器。但它有一个缺点，在w＝w0附近，相位有－90到＋90的跳变，这要求元件要非常稳定，否则，滤波器就可能变成振荡器，为此，在本实验中，我们选用单T网络作为滤波网络，其电路如图5.10所示。
图5.10 有源带通滤波器
2.2移相键控（PSK）实验
（一）调制部分
本试验系统的2PSK调制系统的方框图如图6.1所示。为了模拟实际的数字调制系
统，本实验的调制和解调基本上由数字电路构成，采用相位健控法产生PSK信号。数字电路具有变换速度快、解调测试方便等优点。为了实验过程中观察方便，实验系统的载波选为5MHz，M序列码元速率为1MHz，这样码元定时与载波的关系是同步的，便于清晰观察码元变化时对应调制载波的相位变化。实际的系统也可以是异步的。电路原理图示于本章后，下面分几部分说明。
M序列发生器 差分编码器 调相 2DPSK 未调载波5MHz 1MHz振荡器 异同步 步 10分频 2分频 外载波 判决 外 内 10MHz晶振
图6.1 2PSK调制部分框图
1．相对相移和绝对相移
移相健控（PSK）分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫做绝对移相。以二进制调相为例：取码元为“1”时，调制后载波与未调波同相；取码元“0”时，调制后载波与未调载波反相，“1”和“0”时调制后载波相位差180°。绝对移相键控（2PSK）的波形如图6.2所示。
U(t)基带信号tUc(t)未调载波S(t)绝对移相tt
图6.2 绝对移相波形示意图
在相干解调（同步解调）的PSK系统中，由于收端载波恢复存在相位模糊问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0”、“1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0”码；发送“0”码，解调后得到“1”码。这是我们所不希望的。为了克服这个现象，人们提出了相对移相方式。
相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位作为基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。例如，当某一个码元取“1”时，它的载波相位与前一个码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与前一个码元的载波反相。相对移相键控（2DPSK）信号的波形如图6.3所示。
U(t)基带信号tS(t)相对调相t
图6.3 相对调相的波形示意图
一般情况下，相对移相可以通过对信码进行变换和绝对移相来实现。将信码经过差分编码变换成新的码组――相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相，使输出的已调载波相位满足相对移相的相位关系。
设绝对码为｛ai｝，相对码为｛bi｝，则二相编码的逻辑关系为：
bi?ai?bi?1
（1）
差分编码的功能可由一个模二和电路和一级移位寄存器组成。
调相电路可由模拟相乘器实现，也可由数字电路实现。实验中的调相电路是由数字选择器（74LS153）完成的，当2脚和14脚同时为高电平时，7脚输出与3脚输入的0相载波相同；当2脚和14脚同时为低电平时，7脚输出与6脚输入的π相载波相同。这样就完成了差分信码对载波的相位调制。图6.4示出绝对码转换成相对码，再绝对调相产生2DPSK信号的示意图。
0相振荡器Π相数据选择器2DPSK信号基带信码+延迟Tb差分编码器
图6.4 绝对码实现相对移相的原理方框图
对于差分编码，在接收端解调部分有一个差分译码器，差分译码的逻辑为：
ci?bi?bi?1 （2）
将（1）代入（2）得
ci?ai?bi?1?bi?1＝ai?0?ai
这样，经差分译码后就恢复了原始的发码序列。
2． M序列发生器
实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般都是用M序列发生器产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源。按照本原多项式f(x)?x?x?1组成的5级线
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性移位寄存器，就可以得到32位码长的M序列。码元定时与载波的关系可以是同步的，以便清晰观察码元变化时对应调制载波的相位变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的。
3．数字调相器的主要指标
在设计与调整一个数字调相器时，主要考虑的性能指标是调相误差和寄生调幅。 （1） 调相误差
由于电路不理想，往往引进附加的相移，使调相器输出信号的载波相位取值为0°及180°＋△Ф，我们把这个偏移的相角△Ф成为相位误差。调相器的调相误差相当于损失了有用的信号能量。
（2） 寄生调幅
理想的二相相位调制器，其输出的信号的幅度应保持不变，即没有相位调制而没有附加的幅度调制。但由于调制器的特性不均匀及脉冲高低电平的影响，使得“0”和“1”码的输出幅度不等。
（二） 解调部分
本实验的2PSK系统的解调部分的方框图如图6.5所示，其具体原理图见本章后所附。
Ud1鉴相器低通码元再生差分译码Um2cos(ω0+φ2）2DPSK入压控振荡器Ud环路滤波器Ud模拟相乘器M序列Um2cos(ω0+φ2）Ud2鉴相器低通同相正交环
图6.5 2DPSK解调部分框图
绝大多数二相PSK信号采用对称的移相键控，因而在码元1、0等概条件下都是抑制载波的，即在调制信号的频谱中不含载波线谱，这样就无法用窄带滤波器从调制信号中直接提取参考相位载波。对PSK而言，只要用某种非线性处理方法去掉相位调制，就能产生与载波有一定关系的分量，恢复出同步解调所需的参考相位载波，实现对抑制调的载波的跟踪。
从PSK信号中提取载波的常用方法是采用载波跟踪锁相环，如平方环，同相正交环（科斯塔斯Costas环）、逆调制环和判决反馈环等，这几种锁相环的性能特点列于表1中。
表1 几种锁相环的性能特点