实验四振幅键控、移频键控调制解调实验和移相键控调制实验一、实验目的1．掌握用键控法产生2ASK、2FSK 信号的方法。
2．掌握2ASK 相干解调的原理。
3．掌握2FSK 过零检测解调的原理。
4. 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。
5．掌握用键控法产生2DPSK 信号的方法。
二、实验原理1、2ASK部分：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5-1所示。
2ASK 信号的一般时域表达式为：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。
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5-2所示：2、2FSK部分：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5-3所示。
其一般时域数学表达式为：在这里，我们采用频率选择法产生2FSK信号，其调制原理框图如图5-4所示：这里采用过零检测法对2FSK 调制信号进行解调，其调制原理框图如图5-5所示：图5-5 2FSK解调原理框图3、2DPSK部分：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5-6所示。
图5-6 2DPSK信号的典型时域波形2PSK 信号的一般时域数学表达式为：我们知道，2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，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，因此，实际中一般不采用2PSK 方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。
图5-7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 信号是无法分辨的。
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。
图5-7 2PSK 与2DPSK 波形对比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5-8所示：图5-8 2DPSK 调制原理框图三、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。
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 调制实验①将信号源模块产生的码速率为15.625KHz 的NRZ 码和64KHz 的正弦波（幅度为3V 左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“ASK 基带输入”和“ASK 载波输入”。
以信号输入点“ASK 基带输入”的信号为内触发源，用示波器双踪同时观察点“ASK 基带输入”和点“ASK 调制输出”输出的波形。
5．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。
实验记录：图4-1 ASK基带输入和ASK调制输出图4-2ASK调制输出的频谱图4-3ASK基带输入和ASK-OUT输出图4-4ASK基带输入和OUT1输出图4-5 ASK基带输入和OUT2输出图4-6ASK基带输入和OUT3输出图4-7 ASK基带输入和ASK解调输出6．FSK 调制实验①将信号源模块产生的码速率为15.625KHz 的NRZ 码和32KHz 正弦波（幅度为3V左右）及64KHz 的正弦波（幅度为3V 左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK 基带输入”、“FSK 载波输入1”和“FSK 载波输入2”。
以信号输入点“FSK 基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“FSK 基带输入”和点“FSK 调制输出”输出的波形。
7．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“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。
实验记录：图4-8FSK基带输入和FSK调制输出图4-9FSK基带输入和FSK-OUT图4-10 FSK基带输入和单稳输出1 图4-11 FSK基带输入和单稳输出2图4-12 FSK基带输入和过零检测输出图4-13 FSK基带输入和FSK解调输出图4-14 FSK 调制输出8．DPSK 调制实验①将信号源模块的信号输出点“BS”与数字调制模块的信号输入点“PSK-BS 输入”相连接，将信号源模块产生的码速率为15.625KHz 的NRZ 码和64KHz 的正弦波（幅度为3V 左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“PSK 基带输入”和“PSK 载波输入”。
以信号输入点“差分编码输出”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK 基带输入”与“差分编码输出”输出的波形。
②用双踪示波器同时观察点“差分编码输出”和点“PSK 调制输出”输出的波形。
实验记录：图4-15 PSK基带输入和差分编码输出图4-16 PSK调制输出和差分编码输出图4-17 PSK基带输入和PSK调制输出四、实验思考题1．ASK、FSK 调制解调原理框图以及实验测量点标注及数据记录标识说明。
（标识出实验中各测量点在原理框图中的位置。
）2．基带信号为什么要调制后再传输？答：由于直接量化编码后的数字信号，不一定适合于信道传送，许多信道不能够传送直流分量和低频分量，因此需要信号不含有直流分量和低频成分；信号在传送中需要每个码元的起始定时信息，因此，调制的原因是为了让信号的特性与信道的特性匹配，更好的传输信号。
3．ASK、FSK 抗噪声性能以及频谱利用问题。
答：在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK)中，就频带利用率和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是PSK系统最佳。
所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。
4．ASKOUT 与ASK 解调输出、FSKOUT 与FSKOUT 解调输出，前后之间经过了什么电路？答：ASKOUT与ASK解调输出、 FSKOUT与ASK解调输出输出之间经过了解调电路，ASK解调电路有包络检波法（非相干解调）和同步检波法（相干解调）电路，FSK解调电路分为非相干解调法、包络检波法、鉴频法、过零检测法及差分检波法。
5．用过零检测法进行FSK 解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生了延迟？答：通过观察过零检测的输出波形，可以看出是有一定延迟的，这是因为信号经过电路完成调制解调的过程，有一定的时间，但由于实验中实验电路较为简单，所以延迟并不是非常的大。
6. 比较2PSK与2DPSK。
答：2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号，它的包络此时不再与调制信号的变化规律一致，其振幅不变; 频率也不变。
传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。
为了后的较低误码率，只能让传输的信号又较低的误码率。
在传输信号里，2PSK信号与2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。
为了保证2PSK优点，也不会产生误码，把2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控，它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。