实验中采用模拟开关作为正弦载波的输出通/断控制门，数字基带信号NRZ码用来控制门的通/断。当NRZ码为高电平时，模拟开关1导通，模拟开关2截止，0相位起始的正弦载波通过门1输出；当NRZ码为低电平时，模拟开关2导通，模拟开关1截止，π相位起始的正弦载波通过门2输出。门的输出即为2FSK调制信号，如下图13-3所示。
1NRZ输入1001PSK调制信号
图13-3 2PSK调制信号波形
2、2PSK解调
2PSK信号的解调通常采用相干解调法，原理框图如下图13-4所示。
调制输入相乘输出滤波输出判压输出解调输出相乘器LPF电压判决PSK/DPSK判决电压调节抽样判决载波输入BS输入
图13-4 2PSK解调相干解调法原理框图
设已调信号表达式为s(t)?A， 1?cos(?t??(t))（A1为调制信号的幅值）经过模拟乘法器与载波信号A2cos?t（A2为载波的幅值）相乘，得
1A1A2[cos(2?t??(t))?cos?(t)] 21可知，相乘后包括二倍频分量A1A2cos(2?t??(t))和cos?(t)分量（?(t)为时间的
2 e0(t)?函数）。因此，需经低通滤波器除去高频成分cos(2?t??(t))，得到包含基带信号的低频信号。
然后再进行电压判决和抽样判决。此时，“解调类型选择”拨位开关拨到“PSK”一端。 解调过程中各测试点波形如下图13-5所示。
NRZ输入0110010调制信号相乘输出滤波输出判决电平判压输出0110010解调输出0110010
图13-5 2PSK解调各测试点波形
五、实验步骤
1、将信号源模块、调制模块、解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、信号源模块设置
（1）“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为00000000 00001000。
24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。
（2）调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出幅度为3.6V左右。 4、2PSK调制（数字键控法） （1）实验连线如下：
信号源模块 调制模块
NRZ ———————— NRZ输入（数字键控法调制） 384K正弦载波————载波1输入（数字键控法调制）
（2）调制模块“键控调制类型选择”拨码开关拨成1001，即选择2PSK调制方式。 （3）以调制模块“NRZ输入”的信号为内触发源，示波器双踪观测“NRZ输入”和“调
制输出”测试点波形。
（4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2PSK调制信号波形的相应变化。 5、2PSK解调
（1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下：
调制模块 解调模块
调制输出（数字键控法）——调制输入（PSK/DPSK解调）
信号源模块 解调模块
384K正弦载波——————载波输入（PSK/DPSK解调） BS —————————— BS输入（PSK/DPSK解调）
（2）“解调类型选择”拨位开关拨到“PSK”一端。
（3）示波器观测“相乘输出”、“滤波输出”测试点波形。
（4）调节“PSK/DPSK判决电压调节”旋转电位器，示波器双踪观测“滤波输出”与
“判压输出”测试点波形，分析随判决电压值的不同，“判压输出”波形的变化。 （5）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与解调模块PSK/DPSK解调“解调输出”测
试点码型，对比2PSK解调还原的效果。
（6）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。 6、2PSK调制与解调（模拟相乘法）
（1）信号源模块设置不变，拆除以上所有连线，实验重新连线如下：
信号源模块 调制模块
NRZ ———————— 单极性输入（NRZ变换）
384K正弦载波————载波输入（模拟相乘法调制）
调制模块内连线
双极性输出（NRZ变换）—— 基带输入（模拟相乘法调制）
（2）示波器双踪观测NRZ变换“单极性输入”与“双极性输出”测试点波形。
（3）以“基带输入”测试点信号为内触发源，示波器双踪观测“基带输入”和“调制
输出”测试点波形。
“调制输出”两不同起始相位的载波幅度如有不同，可通过调节“调制深度调节”旋转电位器P01，使“调制输出”信号幅度平坦。 说明：“基带输入”为正电平时，“调制输出”为π相位起始的384KHz正弦载波信号；
“基带输入”为负电平时，“调制输出”为0相位起始的384KHz正弦载波信号。
10TS011t2TS双极性NRZ3TS4TS0TS2TS3TS4TSt
（4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2PSK调制信号波形的相应变化。 （5）重复实验步骤5，相干解调2PSK调制信号。
调制输出六、课后扩展题
根据2PSK调制数字键控法原理框图，使用MC14066芯片自行设计一个数字键控法
2PSK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。
有兴趣的同学请思考：三个硬件电路，数字键控法2ASK调制电路、数字键控法2FSK调制电路和数字键控法2PSK调制电路，在结构形式上有无相似之处？是否能“合并同类项”？
实验二十五 同步载波提取实验
一、实验目的
1、掌握用科斯塔斯（Costas）环提取同步载波的原理与实现方法。
二、实验内容
1、观察科斯塔斯环提取同步载波的过程。 2、提取数字调制信号的同步载波。
三、实验仪器
1、信号源模块 一块 2、调制模块 一块 3、同步提取模块 一块 4、20M双踪示波器 一台
四、实验原理
1、科斯塔斯环同步载波提取
同步是通信系统中一个重要的实际问题。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取就称为载波提取。
提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，称为插入导频法；另一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，称为直接法。
图15-1是科斯塔斯（Costas）环提取同步载波原理框图。
V3V5LPFV1调制输入载波输出V7LPF 90о相移V2压控振荡器环路滤波器V4V6LPF图15-1 科斯塔斯环提取同步载波原理框图
上图科斯塔斯环环路中，加于两个相乘器的本地信号为压控振荡器输出的一对相位相差准90°的方波信号,展开为傅氏级数表示，有
v1?4?111?，n取1，3，5… sin?t?sin3?t?sin5?t?...?sinn?t?...????35n?4?111?，n取1，3，5… cos?t?cos3?t?cos5?t?...?cosn?t?...???35n??2?，T为方波信号的周期。设输入的调制信号为m(t)cos?ct，则 Tv2?式中，??v3?m(t)cos?ct4?111? sin?t?sin3?t?sin5?t?...?sinn?t?...????35n?
11?1??Am(t)cos?ctsin?t?Bm(t)cos?ct?sin3?t?sin5?t?...?sinn?t?...?5n?3??
1Am(t)[si?nc(???)2?sin?(?B)m]tc??(c)ctos??tsin3??t?sin5??n...t??35n???111?sin.v4?m(t)cos?ct4?111? cos?t?cos3?t?cos5?t?...?cosn?t?...???35n??
11?1??Am(t)cos?ctcos?t?Bm(t)cos?ct?cos3?t?cos5?t?...?cosn?t?...?5n?3??111?1?Am(t)[cos(?c??)?cos(?c??)]?Bm(t)cos?ct?sin3?t?sin5?t?...?sinn?t?...? 25n?3?V3、V4分别经低通滤波器滤除高频分量，输出为：
11Am(t)sin(?c??)?Am(t)sin? 2211v6?Am(t)cos(?c??)?Am(t)cos?
22v5?上式中，θ即为压控振荡器输出信号与输入信号载波之间的相位误差。 V5、V6相乘，得 v7?v5v6?当θ较小时， v7?122Am(t)sin2? 8
122Am(t)? 4可知，V7的大小与相位误差θ成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。用V7去调整压控振荡器输出信号的相位，最后使稳定相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需提取的载波。“频率调节”旋转电位器用来手调压控振荡器的压控信号的直流电平，增大接收端的时钟调节范围，使同步更容易。
五、实验步骤
1、将信号源模块、调制模块、同步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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，