通信原理实验指导书(7)

M序列差分编码调相PSK发生器1MHZ10振荡异同步步分频2分频外载波放大器10MHZ

外 内晶振

图4-2 2PSK调制部分框图

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，当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波反相。相对移相的波形如图4-5所示。

U(t)基带信号码元101100tUc(t)未调载波S(t)t绝对调相t

图4-4绝对移相的波形示意图

一般情况下，相对移相可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。

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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。

U(t)基带信号S(t)t相对调相码元101100t

图4-5 相对移相的波形示意图

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。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4-6示出了一个数字序列的相对移相的过程。 对应于差分编码，在解调部分有——差分译码。差分译码的逻辑为： ci =bi +bi-1 (2)

将(1)式代入(2)式，得

Ci=ai-bi-1+bi-1

∵ bi-1-bi-1=0 ∴ Ci=ai+0=ai 这样，经差分译码后就恢复了原始的信码序列。

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U(t)00111001t绝对码U(t)00101110t相对码S(t)相对移相t

图4－6绝对码实现相对移相的过程

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°＋ΔΦ，我们把这个偏离的相角ΔΦ称为调相误差。调相器的调相误差相当于损失了有用信号的能量。

(2) 寄生调幅

理想的二相相位调制器，当数码取“0”或“1”时，其输出信号的幅度应保持不变，即只有相位调制而没有附加幅度调制。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”码和“1”码的输出信号幅度不等。设“0”码和“1”码所对应的输出信号幅度分别为Uom或Uim，则寄生调幅为：

m=(Uom-Uim)/(Uom+Uim)×100% (3) (三) 解调

2PSK系统的解调部分框图如图4－7所示，原理电路如图4－8所示。 1、同相正交环

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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等条件下都是抑制载波的，即在调制信号的频谱中不含载波频谱，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的方法去掉相位调制，就能产生与载波有一定关系的分量，恢复出同步解调所需要的参考相位载波，实现对抑制载波的跟踪。

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、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4－1中。

Ud1鉴相器低通再生码Um2PSK入压控振荡器Ud 环路滤波器Ud 模拟相乘器差分译码Um1Ud2M序列鉴相器低通

图4－7 2PSK解调部分框图

本实验采用同相正交环，同相正交环又叫科斯塔斯（Cosatas）环。原理框图如图4－9所示。在这种环路里，误差信号是由两个鉴相器提供的。压控振荡器（VCO）给出两路相互正交的载波到鉴相器，输入的2PSK信号经鉴相后再由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，得到基带信号Ud1、Ud2， 这时的基带信号包含着码元信号，无法对压控振荡器（VCO）进行控制。将Ud1和Ud2经过基带模拟器相乘，就可以去掉码元信息，得到反应VCO输出信号与输入载波间相位差的控制电压。

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Ud1基带信号鉴相器低通Um2PSK入压控振荡器Ud 环路滤波器Ud 模拟相乘器Um1Ud2鉴相器低通

图4－9 同相正交环原理框图

表4－1 几种锁相环的性能特点

锁相环 特性 环路工作频率 等效鉴相特性 解调能力 电路复杂程度 平方环 f=2f0 正弦 无 同相正交环 f=f0 正弦 有 逆调制环 f=f0 近似距形 有 需用二次调制器 判决反馈环 f=f0 近似距形 有 需用基带模拟调制器 鉴相器工作需用基带模拟相频率高 乘器 2、集成电路压控振荡器（IC－VCO）

压控振荡器（VCO）是锁相环的关键部件，它的频率调节和压控灵敏度决定于锁相环的跟踪性能。

实验电路采用一种集成电路的压控振荡器74S124。集成片配以简单的外部元件并加以适当调整，即可得到令人满意的结果。如图4－10所示。

集成片的每一个振荡器都有两个电压控制端，Vr用于控制频率范围（14脚），Vf用于控制频率范围调节（1脚）。外接电容器Cext用于选择振荡器的中心频率。当Vr和Vf取值适当，振荡器工作正常时，振荡器频率f0与Cext的关系近似为：

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