2 相位调制器的结构
2psk
2PSK分析1 一般原理与实现方法数字相位调制又称相移键控，记作PSK (Phase Shift Keying)。
二进制相移键控记作2PSK。
它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。
在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控（2PSK）信号。
绝对相移是利用载波的相位（指初相）直接表示数字信号的相移方式。
二进制相移键控中，通常用相位0和π来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为（1）这里，s(t)与2ASK及2FSK时不同，为双极性数字基带信号，即（2）式中，g(t)是高度为1，宽度为的门函数；（3）因此，在某一个码元持续时间内观察时，有，或π（4）当码元宽度为载波周期的整数倍时，2PSK信号的典型波形如图1所示。
图1 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图2示。
图（a）是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图（b）是产生2PSK信号的键控法框图。
图2 2PSK调制器框图就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。
而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。
2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调，其方框图如图3。
工作原理简要分析如下。
图3 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为（5）式中为2PSK信号某一码元的初相。
时，代表数字“0”；时，代表数字“1”。
与同步载波相乘后，输出为（6）经低通滤波器滤除高频分量，得解调器输出为（7）根据发端产生2PSK信号时（0或π）代表数字信息（“1”或“0”）的规定，以及收端x(t)与的关系的特性，抽样判决器的判决准则为（8）其中x为x(t)在抽样时刻的值。
实验三 二相BPSK(DPSK)调制解调实验(已完成)
实验三二相BPSK(DPSK)调制解调实验一. 实验目的1.掌握二相BPSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成。
2.了解载频信号的产生方法。
3.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。
二. 实验电路工作原理（一）调制实验：在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是用输入的基带信号直接控制已输入载波相位的变化来实现相位键控。
图9-1是二相PSK（DPSK）调制器电路框图。
图9-2是它的电原理图。
DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，按键SW301，用来将D触发器Q 端输出置“1”。
DPSK是利用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式。
（二）解调实验：二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图9-6所示。
二相PSK(DPSK)的载波为1.024MHz，数字基带信号的码元速率有32Kbit/s。
从图9-6可见，该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
1.二相(PSK，DPSK)信号输入电路由BG701(3DG6)组成射随器电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离，由U701(LM311)组成模拟信号放大电路，进一步对输入小信号的二相(PSK、DPSK)信号进行放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。
图9-6 解调器总方框图三. 实验内容1.二相BPSK调制实验用内载波发生器产生的信号作输入载波信号来观察TP301～TP307各测量点的波形。
2.二相DPSK调制实验加入差分编码器电路来传输二相DPSK信号，即将开关K302置成2脚与3脚相连，其它开关设置不变，重做上述内容。
3.二相BPSK解调实验4.二相DPSK解调实验5.PSK解调载波提取实验四. 实验步骤及注意事项1.按下按键开关：K01、K02、K700。
2.跳线开关设置：K3012–3、K3021–2、K3031-2与3-4、K3042–3、K7012-3。
2dpsk调制解调原理框图
2dpsk调制解调原理框图2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。
现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定:Φ,0表示0码，Φ,π表示1码。
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如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，在接收端只能采用相干解调，当可见，在接收端采用相干解调时，即使本地载波的相位与发送端的载波相位反相，只要前后码元的相对相位关系不破坏，仍然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。
2DPSK的调制与解调原理框图如图3-1 所示:载波信号从“DPSK载波输入”端输入，一路直接送入选相器，另一路经反相器反相后送入选相开关;调制的基带信号经差分变换后，作为模拟选相开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，并从“DPSK调制信号”端点输出。
DPSK调制信号经过无限带宽的信道后(信道含可调功率的加性噪声)，送入DPSK解调器的输入端，对DPSK信号进行相干解调，原理图见图3-1的解调部分。
DPSK调制信号经过乘法器U09相干载波信号相乘后，去掉了调制信号中的载波成分，得到OUT4信号，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的OUT 信号，然后对此信号进行抽样判决(抽样判决器的判决电平可调节，其时钟为基带信号的位同步信号)后，得到OUT5信号，最后经过逆差分变换电路，就可以恢复基带信号，并从“解调信号”端点输出。
四、实验内容与步骤l 必做内容:仔细观察分析2DPSK的调制与解调过程中的相关波形，并成对记录每个模块的输入与输出波形。
实验步骤如下:1、检查并确保实验仪器项目中所列各实验模块齐全、完好。
2、调节信号源模块中64KHZ单频正弦信号的幅值大小，使其峰-峰值为3V 。
3、设置信号源模块的拨码开关SW04、SW05为128分频(具体设置方法详见信号源模块使用说明中数字信号源部分)，使位同步信号频率为16KHz(实际频率为15.625KHZ)。
2 相位调制器的结构
2 相位调制器的结构2.1 “lxl”形式的光相位调制器传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。
图3 相位调制器的基本结构图当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为：()()0+2+=A=Am j t jf t j f t jf t LWLWout E eeωπ （4）本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即：()()()00sin 2sin RFRFm m f t A f t At πϕωϕ=+=+ （5）2.1.1 体相位调制器我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO) 以及与之同类型的 3L iT aO、3BaTaO酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。
它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。
并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。
以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式:情况1:入射光沿1x 方向入射精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振 情况1.2：入射光沿2x 方向偏振情况2:入射光沿3x方向入射这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:图4 体相位调制器的基本结构图如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为:'32333312e e n n n n E γ==-（7）光通过该调制器后的相位变化为:()323312z e e V t n l n n l cc d ωωϕγ⎛⎫==- ⎪⎝⎭（8）体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。
为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。
2.1.2 波导相位调制器光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。
数字调制器的结构及工作原理
数字调制器的结构及工作原理侯体康S1207W301在实际的通信系统中不少都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的某些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。
用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换过程称为数字解调。
通常把数字调制及数字解调合起来统称为数字调制。
下面我们大致来介绍一下数字调制器的结构及其工作原理。
（一）调制器的定义及结构原理调制器是邻频调制器的简称，也常被称作射频调制器或电视调制器,现也有俗被称为共享器、是有线前端电视机房的主要设备之一。
调制器是调制式直流放大电路中的一个重要环节。
由图1-1可见：欲放大的直流信号ui经过调制器后，变为交流信号UA；再经过交流放大器放大后，最后由解调器转换成直流输出信号UO；振荡器产生开关信号UC；用于控制调制器的取样动作。
由于信号的放大任务主要由交流放大器完成，而交流放大器的零点漂移小到可以忽略不计，调制器与解调器的零漂也可以做得很小，所以，调制式直流放大器可用来放大微弱的直流信号。
图1-1图1-2为调制器的原理图，如图所示：图1-2因为开关K 负载并联，故称为并联制器。
工作过程如下：若在0-T/2时间内K 断开，则A 点取得电平UmA ；若在（T/2）-T 时间内K 接通，则A 点接地；以后随差开关K 周期地通断动作，在A 点将得到一脉动的直流电压UA （如下图），UA 可以分解为直流分量UAO 和交流分量UA-O ，经过隔直电容C 后，UAO 降落在电容器上，而交流分UA-被送到负载RL 上去，即UO=UA-O调制器最基本功能是信号调制功能。
即将视频/音频信号尽可能不失真地调制到载波上，以满足长距离传送和分配的要求。
所以，国标规定正常的调制度为87.5%。
伴音信号要于图像信号同时调制。
为避免对图像信号的干扰，将伴音信号先调制在调频副载波上，然后放在图像频率的6.5MHz 频点上，组成一个完整的电视频道。
二相(PSK,DPSK)解调器
二相（PSK，DPSK）解调器（含载波提取与位定时恢复）系统实验一、实验目的1、掌握二相（PSK、DPSK）解调器的工作原理与系统电路组成。
2、熟悉二相相对移相与绝对移相的转换方法。
3、掌握载波锁相环技术指标（同步带、捕捉带）的测试方法。
4、掌握二相（PSK、DPSK）系统的主要性能指标的测试方法。
5、了解以二相（PSK、DPSK）解调的基带数字信号中提取位同步的方法。
二、实验仪器材（一）实验用仪器仪表1、+5V、+12V、-12V三路直流稳压电源一台2、示波器一台3、信号源一台4、频率计一台5、三用表一块（二）实验所用集成电路芯片简介1、74LS123双可再触发单稳态多谐振荡器外引线排列表2、74LS124双压控振荡器外引线排列表三、 实验电路工作原理二相PSK （DPSK ）解调器的总电路方框图如图9-1所示。
二相PSK （DPSK ）的载波为1.024MHz ，码元速率有32kbit/s 、16kbit/s 可选择。
图9-1 解调器总方框图从图9-1可见，该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
载波恢复和位定时提取，是数学载波传输系统必不可少的重要组成部分。
载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关，以相位键控为例，有：N 次方环、科斯塔斯环(Constas 环)、逆调制环和判决反馈环等。
近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。
但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择有代表性的基本实验作为训练目的，下面对实验电路的基本原理作一分析。
（一）同相正交环锁相环解调电路二相PSK 输入图9-2 同相正交环提取载波电原理方框图数字调相信号的解调有多种方法，如相干解调法（极性比较法）、相位比较法、锁相环法。
本实验采用的是同相正交环锁相环提取载波电路。
图9-3 同相正交环提取载波电原理图图9-2是同相正交环提取载波电原理方框图。
光调制器_基本原理与结构
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications 1-14 2011-10-30
Copyright Wang Yan
1. 工作原理：延迟器 工作原理： 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 为n1,n2。 n1,n2。 外加电场E 外加电场E
Copyright Wang Yan
（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
介电抗渗参数20121031opticalfibercommunications压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗c
Optical fiber communications 1-1
2011-10-30
第六节 光调制器
Copyright Wang Yan
φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
Optical fiber communications 1-6
2011-10-30
Copyright Wang Yan
二进制数字相位调制
s2DPSK (t) s(t) cosct s(t) bn g(t nTb )
n
实现相对调相的最常用方法如图所示。
Байду номын сангаас
{an}
{bn}
s2DPSK(t)
码变换
×
载波
载 波
～
移相
0
k
s2DPSK(t)
π
{bn}
码变换
{an}
(a)
(b)
2DPSK的解调有两种，一种是差分相干 解调，另一种是相干解调-码变换法。
{ an}
1 0 1× 1× 0 0 1 0 1
{ bn} 0 1 1 0× 1× 1 1 0 0 1
{ an}
1 0 1× 1 0× 0 1 0 1
{ bn} 0 1 1 0× 1× 1× 1× 0× 0 1
{ an}
1 0 1× 1 0 0 1 0× 1
（a） （b） （c） （d）
以这方式解调时的误码率为：
2PSK信号功率谱示意图如图5-21所示：
Pe ( f )
fcfb fc fcfb
0
fc fb fc fcfb
f
因此，2PSK信号的带宽、频带利用率也
与2ASK信号的相同。
2
B2 PSK
B2 ASK
2Bs
Tb
2 fb
2PSK
2ASK
1 (Baud / Hz) 2
在数字调相中，由于表征信息的相位变化
2PSK信号的典型波形如图所示：
1 0 1 1 0 01
s(t)
s (t) 2PSK
2PSK信号的调制方框图如图所示：
s (t )
s 2 PSK (t )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 相位调制器的结构
2.1 “lxl”形式的光相位调制器
传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。
图3 相位调制器的基本结构图
当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为：
()
()
0+2+=A
=A
m j t jf t j f t jf t LW
LW
out E e
e
ωπ （4）
本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即：
()()()
00sin 2sin RF
RF
m m f t A f t A
t πϕωϕ=+=+ （5）
2.1.1 体相位调制器
我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO
) 以及与之同类型的 3L iT aO
、3
BaTaO
酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。
它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。
并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。
以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式:
情况1:入射光沿
1
x 方向入射
精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振 情况1.2：入射光沿
2
x 方向偏振
情况2:入射光沿3x
方向入射
这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:
图4 体相位调制器的基本结构图
如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为:
'
3
23333
12
e e n n n n E γ==-
（7）
光通过该调制器后的相位变化为:
()3
23312z e e V t n l n n l c
c d ω
ωϕγ⎛
⎫=
=
- ⎪⎝⎭
（8）
体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。
为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。
2.1.2 波导相位调制器
光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。
光波导相位调制器是通过使用电光材料(如 lithium niobate(LN)， lithium tantalate(LT)，gallium arsenide(GaAs)等等)的电光特性以及一定的光波导结构，来实现光的相位调制的。
光波导相位调制器能使介质的介电张量(折射率)产生微小的变化，从而使两传播模式之间有一定的相位差，并且由于外场的作用导致波导中本征模传播特性的变化以及两不同模式之间的藕合。
以
3
LiNbO 晶体为例子，实际应用中常见的光波导相位调制器结构如下图(图5)所示:
图5 波导相位调制器的结构示意图
2.2 “2x2”形式的相位调制网络
如2.1.2节中所示的的相位调制结构，可以构造波导干涉器，也可以构造Phase Shifter Pairs。
下图(图6)描述了PS Pairs的基本结构。
图6 Phase Shifter Pairs 的结构示意图。
图中的Etched slot 将两个平行的波导隔开，从而避免了两条光路之间的藕合。
在电信号的控制下，两路光具有可以控制的相位差。
方向耦合器(Directional coupler switches (DC))与PS Pairs 具有类似的结构，不同的是两路波导之间没有Etched slot 用来阻止在两路波导之间传播的光之间的藕合。
下图(图7)描述了方向耦合器的基本结构。
图7 方向藕合器的结构示意图
利用PS (phase shifter pairs)和DC (Directional Coupler，方向性藕合器)组成的相位调制网络，我们称之为“2x2”形式的相位调制网络(如图8所示)。
图8 相位调制网络的结构示意图
图8中，上一路光路为x路，下一路光路为y路。
如果相位调制网络中的两路光具有相同的频率，只是具有不同的相位，我们只需将上一路的光类比于某x方向上的偏振光，而将另一路的光类比于y方向上的偏振光。
这样，相位调制网络的结构，就可以用相应的Jones矩阵和Stocks矩阵来表示。
2.3 平面波导结构的相位调制
平行波导结构中，最简单最基本的结构，便是常见的MZ(Mach-Zehnder)结构。
该类结构中，每一路波导上都存在一个基本的相位调制器和一个Phase Shifter。
在下图(图3)中，描述了N=8路平行波导的结构。
图3 N=8路平行平面波导的结构示意图
设每一路上的相位调制信号表示为：
()cos 2RF
m m m
A f t πϕ+ （5）
每一路上的Phase Shifter 表示为l
m
ϕ (下标m 表示第m 路)，假设每一路具有相同的调制
频率
m
f ，则输出的合成的光场的表达式可以表示为:
()()
01
1exp cos 2c N
j t
RF
L
out m
m m
m
m E E e
j A f t N
ωπϕϕ
=⎡⎤=++⎣
⎦
∑ ()()
011exp 2c N j t
k
RF
L
k m m m m m k E e i J A ik f t N ωπϕϕ+∞
==-∞=∙++∑∑
()()()
01
1exp 2exp c N
j t
k
RF
L
k
m
m m m m k E e
J A ik f t i jk j N
ωπ
ϕϕ+∞
==-∞
=∙∙
+∑∑
（6）
从上式可以看出，输出的光场具有无穷多个频谱分量，显然，在特定的N 路波导中，
通过合理的选择
R F
m
ϕ和
L
m
ϕ，可以使得第k 个频谱的电场幅度为0。