通信原理实验指导书 实验四 数字解调
本实验采用相干解调法解调 2DPSK 信号、采用过零检测法解2FSK信号。 图4 - 1 、图 4- 2 分别为两个解调器的方框图和电原理图．
图 4 -2 数字解调电路图
(A ) 2DPSK 解调器 (B ) 2FSK 解调器
2DPSK 解调模块上有以下测试点及输入输出点：
·-12V -12V 电源输入点（ 2 个）
·2DPSK-IN 2DPSK信号输入点／测试点（2个） ·C AR-IN 相干载波输入点
·MU 相乘器输出信号测试点
·LPF 低通、运放输出信号测试点 ·Vc 比较器比较电压测试点
·CM -OUT 比较器输出信号的输出点／测试点( 2个) ·BK 解调输出相对码测试点
·AK -OUT 解调输出绝对码的输出点／测试点( 3个) ·BS –IN 位同步信号输入点
2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：
·2FSK-IN 2FSK 信号输入点／测试点（2个） ·FD 2FSK 过零检测输出信号测试点 ·LPF 低通滤波器输出点／测试点
24
通信原理实验指导书 实验四 数字解调
·CM 整形输出测试点 ·BS- IN 位同步信号输入点
·AK -OUT 解调输出信号的输出点／测试点（3个）
2DPSK 解调器方框图中各单元与电路图中元器件的对应关系如下： · 相乘器 U29 :模拟乘法器 MC1496 ·低通滤波器 R31 ; C2
·运放 U30 ：运算放大器 UA741 ·比较器 U31 : 比较器 LM710
·抽样器 利时 U32 : A ：双D触发器 7474
· 码反变换器 U32 : B ：双D触发器 7474 ; U33 : A ：异或门7486
2FSK 解调器方框图中各单元与电路图中元器件对应关系如下： ·整形 1 U34 : A ：反相器 74HC04 ·单稳1、单稳2 U35 ：单稳态触发器 74123 ·相加器 U36 ：或门 7432
·低通滤波器 U37 ：运算放大器LM318：若干电阻、电容 ·整形 2 U34 : B ：反相器 74HC04 ·抽样器 U38 : A ：双 D 触发器 7474 在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。
下面对2DPSK 相干解调电路中的一些具体问题加以说明。
·电位器R26可以改变相乘器的增益。相乘器增益太大时运放 U30 可能会出现畸变。调节R26时使MU的峰峰值不大于5 V，此时运放输出信号的峰峰值也不大于5V，MU的波形接近图 4 - 3 所示的理论波形，但略有区别。
·信源是周期为24bit 的周期信号，当24bit 的相对码 BK 中“l”码和“0”码个数不相等时，相乘器U29 的输出信号均值不等于0，此信号经电容 C16隔直、低通滤波、反相放大器放大后得到的LPF信号就是一个均值为 0 但正负不对称的信号。在实际的2DPSK通信系统中，抽样判决器输入信号是一个均值为 0且正负对称的信号，因此最佳判决电平为 0 。本实验系统中，Vc 决定判决电平。当 Vc =0 而相对码 BK 中“1”码和“0” 码个数差别太大时，会出现误判决，即解调器出现误码。因为此时LPF信号的正电平或负电平非常接近0电平，抽样脉冲（位同步信号）稍不理想就会造成误码。电位器R39用来调节判决电平，当 BK 中“l”码与“0”码个数差别比较大时应调节R39使 Vc 等于 LPF 信号的中值（最佳判决门限）。实际通信系统中的2DPSK 相干解调器（或差分相干解调器）不需要调节判决电平。
·比较器的输出即CM—OUT为TTL电平信号，它不能作为相对码直接送给码反变器，因为它并不是一个标准的单极性非归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。另外，当LPF中有噪声时，CM - OUT中还会出现噪肪冲。
25
通信原理实验指导书 实验四 数字解调
·异或74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有小的干扰信号，经U34 整形后即可去掉。
DPSK相干解调器模块各点波形示意图如图 4 -3 所示。图中设相干载波为?相。
图 4 – 3 2DPSK 相干解调波形示意图
2FSK 解调器工作原理及有关问题说明如下：
· 图4- 4为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“l”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。
图 4 -4 2FSK过零检测解调器各点波形示意图
· 整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V
26
通信原理实验指导书 实验四 数字解调
上。74HC04的状态转换电平约为2.5 V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形1将正弦2FSK信号变TTL 电平的2FSK信号。整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。
·单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对 TTL 电平的2FSK 信号进行微分、整流处理。电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（应基本相等）。
·R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。U34 对抽样判决输出信号进行整形。
四、实验步骤
本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK 解调模块及 2FSK 解调模块，它们之向的信号连结方式如图4-5 所示。实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元。本实验中这个信号直接来自数字信源。在做2DPSK 解调实验时，位同步信号送给2DPSK 解调单元，做2PSK 解调实验时则送到 2FSK 解调单元。
图4- 5 数字解调实验连接图
1．按照图4 - 5将五个模块的信号输出、输入点连在一起。将数字信源模块上的＋5V电源用导线连接到载波同步模块的＋5V电源输入点。将直流稳压电游的+5 V连接到数字信源模块的+ 5 V输入点，将+12V、-12V 电流分别用导线连接到载波同步模块的+12V输入点及数字解调模块的-12V输入点（数字解调及载波同步模块的＋5V 、+12V 、-12V己在印刷电路板上连通）。
2．检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否己在工作正常，使载波同步模块提取的相干载波CAR-OUT与2DPSK信号的载波CAR同相（或反相）。
3 . 2DPSK 解调实验
（1）用数字信游的FS信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1接数字调制单元的 BK ，CH2接2DPSK 解调单元的MU。MU与BK同相或反相，其波形应接近图 4 - 3 所示的理论波形，调节电位器 R26使 MU的峰峰值不超过 5V（否则 LPF 信号可能出现异常）。调节载波同步单元中的电位器P1或微调C34来改变相干载波相位，会发现 MU波形无变化但其幅度下降（为什么？请思考）。
27
通信原理实验指导书 实验四 数字解调
（2）示波器的 CH2接LPF ，可看到LPF与MU反相。当一帧内BK 中“1”码“ 0 \，LPF的正、负极性信号与0电平对称，否则不对称。将示波器调至失步状态，可观察到眼图。
（3）示波器的CH1接VC ，调节电位器R39，使VC为LPF的中值（当BK中的“1”与“0”等概时VC应为0），此即为抽样判决器的最佳门限。
（4）断开、接通电源若干次，使数字调制单元CAR信号与载波同步单元CAR—OUT信号同相，观察数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间产关系
（5）再断开、接通电源若干次，使CAR信号与CAR—OUT信号反相，重新进行步骤（4）中的观察。 4．2FSK解调实验
示波探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2FSK过零检测解调过程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形应接近图4—4所示的理论波形，若相差较大可微调节电位器R48 。
五、实验报告要求
1、设绝对码为1001101，相干载波频率等于码速率的1.5倍，根据实验观察得到的规律，画出CAR—OUT与CAR同相，反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理（设运放元倒相作用）。
2、设信息代码为1001101，2FSK的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的规律，画出2FSK过零检测解调器输入的2FSK波形及FD、LPF、AK波形（设低通滤波器及整形2都无倒相作用）。
28