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振幅键控移频键控移相键控调制与解调实验.pdf
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振幅键控移频键控移相键控调制与解调实验.pdf
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实验四. 振幅键控、移频键控、移相键控调制和解调实验
一、实验目的
1.掌握绝对码、相对码概念以及它们之间的变换关系和变换方法
2.掌握用键控法产生 2ASK、2FSK 信号的方法,以及 2ASK 相干解调、2FSK 过零检测解调
的原理
3.掌握相对码波形与 2FSK 信号波形之间的关系
4.掌握 2ASK、2FSK 信号的频谱特性
二、实验内容(
含技术指标
)
1.观察绝对码和相对码的波形
2.观察 2ASK、2FSK 信号波形
3.观察 2ASK、2FSK 信号频谱
4.观察 2ASK、2FSK 解调信号波形
5.观察 2FSK 过零检测解调器各点波形
三、实验器材
信号源模块
数字调制模块
频谱分析模块
数字解调模块
同步信号提取模块
数字示波器一台
连接线若干
四、实验原理
调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。由于被调载波有幅度、频率、
相位三个独立的可控参量,当用二进制信号分别调制这三种参量时,就形成了二进制振幅
键控(2ASK)、二进制移频键控(2FSK)、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调
制信号,而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。
1. 2ASK 调制原理。
在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号 1
或 0 的控制下通或断,即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”,这样就可以得
到 2ASK 信号,这种二进制振幅键控方式称为通—断键控(OOK)。2ASK 信号典型的时域波
形如图 15-1 所示,其时域数学表达式为:
2
( ) cos
ASK n c
S t a A t
(15-1)
式中,A 为未调载波幅度,
c
为载波角频率,
n
a
为符合下列关系的二进制序列的第 n
个码元:
P
P
a
n
-出现概率为
出现概率为
11
0
(15-2)
综合式 15-1 和式 15-2,令 A=1,则 2ASK 信号的一般时域表达式为:
tnTtgatS
c
n
snASK
cos)()(
2
ttS
c
cos)(
(15-3)
式中,T
s
为码元间隔,
( )g t
为持续时间 [-T
s
/2,T
s
/2] 内任意波形形状的脉冲(分析
时一般设为归一化矩形脉冲),而
( )S t
就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。
0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
1 0 1 1
S
2A SK
(t)
A
-A
0
a
r2
t
t
图 15-1 2ASK 信号的典型时域波形
为了更深入掌握 2ASK 信号的性质,除时域分析外,还应进行频域分析。由于二进制序
列一般为随机序列,其频域分析的对象应为信号功率谱密度。设
( )g t
为归一化矩形脉冲,
若
( )g t
的傅氏变换为
( )G f
,
( )S t
则为二进制随机单极性矩形脉冲序列,且任意码元为 0 的
概率为 P,则
( )S t
的功率谱密度表达式为:
)()0()1()()1()(
2
22
2
fGPffGPPffP
sss
(15-4)
式中,
sin
( )
s
s
s
T
G f T
fT
;
1
s
s
f
T
Hz,并与二进制序列的码元速率 R
s
在数值上相
等。可以看出,单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。2ASK 信号的双边功率谱密度表达
式为:
22
2
)()()1(
4
1
)(
ccsASK
ffGffGPPffP
)()()0()1(
4
1
2
2
2
ccs
ffffGpf
(15-5)
式(15-5)表明,2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成:(1)由
( )g t
经线性幅度
调制所形成的双边带连续谱;(2)由被调载波分量确定的载频离散谱。图 15-2 为 2ASK 信
号的单边功率谱示意图。
f
c
-4R
s
f
c
-2R
s
f
c
f
c
+2R
s
f
c
+4R
s
f
c
-3R
s
f
c
-R
s
f
c
+R
s
f
c
+3R
s
P
2
A
S
K
(
f
)
/
d
B
f
图 15-2 2ASK信号的单边功率谱密度示意图
对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合,信号带宽
有多种度量定义,但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带
宽”,这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然,2ASK 信号
的谱零点带宽为
2 0
[( ) ( )] 2 2/
ASK c s c s s s
B f R f R f R T
(Hz) (15-6)
式中,R
s
为二进制序列的码元速率,它与二进制序列的信息率(比特率)R
b
(bit/s)
在数值上相等。
载波
基带信号
开关电路
2ASK信号
图 15-3 2ASK 调制原理框图
2ASK 信号的产生方法比较简单。首先,因 2ASK 信号的特征是对载波的“通-断键控”,
用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门,由二进制序列
( )S t
控制门的通断,
( )S t
=1 时开关导通;
( )S t
=0 时开关截止,这种调制方式称为通-断键控法。其次,2ASK 信号
可视为 S(t)与载波的乘积,故用模拟乘法器实现 2ASK 调制也是很容易想到的另一种方式,
称其为乘积法。在这里,我们采用的是通-断键控法,2ASK 调制的基带信号和载波信号分
别从“ASK 基带输入”和“ASK 载波输入”输入,其原理框图和电路原理图分别如图 15-3、
图 15-4 所示。
2. 2FSK 调制原理。
2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序
列 0、1 状态而变化,即载频为
0
f
时代表传 0,载频为
1
f
时代表传 1。显然,2FSK 信号完全
可以看成两个分别以
0
f
和
1
f
为载频、以
n
a
和
n
a
为被传二进制序列的两种 2ASK 信号的合成。
2FSK 信号的典型时域波形如图 15-5 所示,其一般时域数学表达式为
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