通信原理实验讲义

1、实验一 AMT、HDB3编译码综合实验一、实验目的了解由二进制单极性码变换为AMI码HDB3码的编码译码规则，掌握它的工作原理和实验方法。二、实验内容1伪随机码基带信号实验2AMI码实验 AMI码编码实验 AMI码译码实验 AMI码位同步提取实验3HDB3编码实验4HDB3译码实验5HDB3位同步提取实验6AMI和HDB3位同步提取比较实验三、基本原理PCM信号在电缆信道中传输时一般采用基带传输方式，尽管是采用基带传输方式，但也不是将PCM编码器输出的单极性码序列直接送入信道传输，因为单极性脉冲序列的功率谱中含有丰富的直流分量和较多的低频分量，不适于直接送人用变压器耦合的电缆信道传输，为了获得

2、优质的传输特性，一般是将单数性脉冲序列进行码型变换，以适应传输信道的特性。(一)传输码型的选择在选择传输码型时，要考虑信号的传输信道的特性以及对定时提取的要求等。归结起来， 传输码型的选择，要考虑以下几个原则:1传输信道低频截止特性的影响在电缆信道传输时，要求传输码型的频谱中不应含有直流分量，同时低频分量要尽量少。原因是PCM端机，再生中继器与电缆线路相连接时，需要安装变压器，以便实现远端供电(因设置无人站)以及平衡电路与不平衡电路的连接。图3一1是表示具有远端供电时变压器隔离电源的作用，以保护局内设备。由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性，如果信码流中存在直流和低频成分，则无法通过变压器

3、，否则将引起波形失真。2码型频谱中高频分量的影响一条电缆中包含有许多线对，线对间由于电磁辐射而引起的串话是随着频宰的升高而加剧，因此要求频谱中高频分量尽量少，否则因串话会限制信号的传输距离或传播容量。3定时时钟的提取 码型频谱中应含有定时时钟信息，以便再生中继器接收端提取必需的时钟信息。4码型具有误码检测能力若传输码型有一定的规律性，那么就可根据这一规律性来检测传输质量，以便 图3.1变压器的隔离作用 做到自动监测。5.码型变换设备简单，易于实现(二)常用的传输码型1单极性码单极性码是一种最简单、最基本的码型。图32(a)是全占空(占空比100%)单极性码(NRZ)及其频谱，图(b)是半占空(

4、占空比50%)单极性码及其频谱。单极性码的直流成分，信号能量大部分集中在低频部分，另外占空比越大，则直流成分也越大，信号能量越集中在低频部分。由于单极性码存在上述缺点，它不适合于作为信道传输码型，但在设备内部的传输多采用单极性码。为了减少码间干扰和便于时钟提取，常采用含有时钟频率的单极性半占空码。2传号交替反转码(AMI码)图32(c)所示是双极性占空码，由于传号码(“1”码)的极性是交替反转的，所以又称传号交替反转码，简称AMI，AMI码与二进码序列的关系是：二进码序列中“0”仍编为“0”；而二进码序列中的“1”码则交替地变为“+1”码及“-1”码，例如：二进码序列： 1 1 0 1 0 0

5、 0 0 1 1 AMI序列： +1 -1 0 +1 0 0 0 0 1 +1 由于AMI码的传号码前后交替反转，所以该码没有直流分量，高频、低频成分也较少，而且能量集中在fB/2处，但无时钟频率fB成分(这无关紧要，可在接收端采用全波整流方法。将AMI码还原成单极性半占空码，就可提取时钟信息)。从频谱中可以看出它有以下优点:无直流成分，低频成分也少，有利于采用变压器进行远供电源的隔离，而且对变压器的要求(如体积)也可以降低。高频成分少，不仅可节省信道频带，同时也可以减少串话，因信码能量集中在fB/2处，所以通常以fB/2频率来衡量信道的传输质量。码型提供了一定的检错能力，因为传号码的极性是交

6、替反转的，如果发现传号码的极性不是交替反转的，就一定出现误码，因而可以检出单个误码。码型频谱中，虽无时钟频率成分，但AMI码经过非线性处理(全波整流)，变换单极性码后，就会有时钟fB成分图3.2 传输码型及其功率刻度谱由于上述优点，AMI码广泛使用于PCM系统中，它是CCITT建议采用的码型之一。AMI序列的电路及其对应的波形如图33所示。AMI编码的缺点是二进制序列中的“0”码变换后仍然是“0”码，如原二进制序列中连“0”码过多，则变换后AMI序列中仍然是连“0”过多，这就不利于定时信息的提取，为了克服这一缺点又提出了采用HDB3码的方案。3三阶高密度双极性码(HDB3码)HDB3码是三阶高

7、密度双极性码简称，HDB3码保留了AMI码所有优点，还可将连“0”码限制在3 个以内，它克服了AMI码对“0”码个数无法限制的缺点。HDB3码序列的功率如图34(c)所示。HDB3码编码规则:二进制序列变换为HDB3码按下列规则进行：(1)HDB3是伪三进码，它的三个状态可用+1，-1和0来表示；(2)二进制信号序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但对出现四个连“0”码时应按特殊规律编码；(3)二进制信号中“1”码，在HDB3码中应交替地成+1和-1码(信号交替反转），但在编四个连“0”码时要引入传号交替反转码的“破坏点”V码(V码本身就是“1”码，可正、可负)；(4)二进制序列中四

8、个连“0”按以下规则编码：(a)信码中出现四个连“0”码时，要将这四个连“0”码用000V或B00V取代节来代替。(B也是“1”码，可正、可负)。B、V为附加的传号码，称为取代码。图3.3(b)如果HDB3码中四个连“0”码前面的一个传号码的极性与前一个破坏点V的极性相反，则四个连“0”码的第一个“0”码应编为“0”码；如果HDB3码中四个连“0”码前的一个传号码的极性与前一个破坏点V的极性相同，则四个连“0”码的第一个“0”码就编成B码。这一规则保证了相继破坏点具有交替的极性，因而不会引入直流成份。(c)四个连“0”码的第二个“0”和第三个“0”码总是编成“0”码。(d)四个连“0”码的最后

9、一个“0”码总是编成破坏点V码，以便接收端对破坏点的识别。概括地说，HDB3码是一种四连“0”取代码，它的取代节是“000V”或“B00V”。这两个取代节选取原则是，使任意两个相邻v脉冲间的传号数为奇数时选用000V取代节，偶数时则选用B00V取代节，这一规定的结果相邻V脉冲的极性改变是符合极性交替原则的。举例说明如下： 例1：二进码序列：1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 AMI码： 1 0 0 0 - 1 0 0 0 0 1 - 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 HDB3码 : V+ - 1 0 0 0 1 B_ 0 0 V

10、+ +1 1 B+ 0 0 V+0 -1 0 0 0 V_ 1二进码序列： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 例2：HDB3码： V -1 0 1 -1 0 0 0 V_ B+ 0 0 V+ 0 -1 0 1 0 -1 1 B_ 0 0 V_ 0 1 图3.4 编码原理图和波形5HDB3码编码器构成方框图、电原理图，时间波形图如图34(a)(b)(c)所示。该编码器由连“0”码检出、取代节判决、破坏点产生和单双变换四个部份组成。连零检出电路的作用是：当信码流中出现四个连“0”码时，检出一个控制信号，该检出电路由JC1JC4四级移

11、位寄存器和与非门JC11组成，取代节判决电路作用是：当有四个连“0”出现时，判别由哪种取代节(BOOV或OOOV)来取代四连“0”码，该判别电路由JC5、JCl2、JC6和JC10组成。破坏点产生电路是把取代节最后一比特变成极性交替的破坏点，它由JC5、JC7和JC12组成，单双变换电路的作用是：将单极性不归零码变换成双极性不归零码，它由JCl6、JCl7、JCl5、JCl8、BGl、BG2及脉冲变压器组成。HDB3解码器接收端收到HDB3码后，应对HDB3码解码，还原成二进码，HDB3解码器的电原理图，时间波形图如图3一5所示，根据HDB3码的特点，HDB3码解码主要分成三步进行:首先检出极

12、性破坏点，即找出四连“0”中添加的V码的位置(破坏点的位置)，其次去掉添加的V码，最后去掉四连“0”第一位添加的B码，还原成单极性不归零码。 HDB3码解码电路工作原理如下:JCl、JC2二个D触发器在CP作用下，将信码再生送来的码(有正极性和负极性)都变成正的不归零码，再通过JC3、JC4、JC9、JCl0将破坏点V码检出，再由与非门JCll、JCl2构成的扣除门将破坏点V码去除，为了去掉添加的B码可将JCl3输出信号经过JC5、JC6、JC7三级移存器进行三比特移位，这样所添加的B码正好与破坏点相遇，再用扣除门JC14、在JC9、JCl0的扣除脉冲作用下，扣除B码，JCl4输出的已是扣除添

13、加的B、V码的负极性不归零信号，再经J触发器定位整形，即可从解码器送出正极性的不归零码。 定时恢复由异或门完成归零码变换再经晶体管调谐选频提取时钟分量，最后由7404判决，整形产生位定时。 四、实验仪器实验箱 HDB3编译码实验，华南理工大学电子与信息工程系示波器 CA8020直流稳压器 HT一1712频率计 一台五、实验步骤准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；3、开机注意观察电流表正电流 I180mA 若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。为了测试电路方便，我们提供了一个简易PCM信号发生器，根据开关的位置

14、，可产生8位循环的随机码。实验者可自己选择K1K8的开关。产生各种连0、连1单极性二进制基带信号。A、AMI码实验K9、K10置AMI1K1一K8置10011100，测量P12、P22，观察AMI码变换规则。测量译码P31时钟提取波形，测量整形后CP3波形。2K1一K8置10000000，测量P12、P22波形，观察连0码多时，AMI码变换规则。测量译码时钟提取波形，你会发现，由于连0数多，P31时钟提取呈衰减趋势。CP3脉冲波形有断续。即AMI码连0数大多时，对时钟提取不利。3K1一K8置00000000，测量P12、P22变换AMI码波形，仍然保持全0电平。测量译码P3l，则时钟信号提取不

15、到，CP3为全0。B、HDB3码实验K9、K10置HDB3(波形记录20个码元以上)1K1一K8置10Ol11OO，测量P12、P22波形，观察HDB3码变换规则，在没有四连0时，P23无四连0检出信号，HDB3与AMI码变换规则相同。但由于要储存计算有无4个连0。故P22输出比输入P12要延时5位码元。其余类同。这一点与老师上课时和书本上的内容有差别。测量译码P3l,CP3时钟提取波形。测量P32检测不到破坏点V码，比较P12与译码PCM码输出。恢复数据与发端相同。2K1一K8置10010000，测量P12、P22，码变换波形，由于有四个连0码，P23有四连0检出信号，P22输出有破坏点V码

16、出现。把P22与CP2比较，你会发现，这时四连0是做BOOV变换。因为这时两个V间有偶数个B码。测量P32，这时收端可以检测到破坏点、CP3时钟提取正常，测量译码PCM输出与P12比较，恢复数据相同。3K1一K8置1000000，测量Pl2、P22、HDB3码变换波形，这时你也可以看到有破坏点V码，测量P23；有四连0检出信号。把P22与CP2比较。你会发现这时四连0码是做0OOV变换，因为这时两个V间有奇数个B码。测量译码P3l,CP3时钟提取正常。测量译码PCM输出，恢复的数据与P12输入相同。4K1一置0000000，测量P12、P22，观察HDB3码变换波形，这时四连0是做BOOV变换

17、。P23有四连0检出信号。测量译码P3l、CP3，虽然P12无信号送人，CP3时钟仍然提取得出来。用频率计测量CP3，其数值与P1、P2是相同的，把K9、K10。转置AMI。则P3l、CP3时钟立即消失，把K9、K10再转HDB3，则P3l、CP3立即出现时钟。测量P32，有破坏点V码检出。测量P12与译码PCM榆出，恢复数据相同，仍然是全0码。六、实验报告要求对测量的波形进行整理、分析、说明。说明AMI码和HDB3码的特点，及其变换原则。示波器看到的HDB3变换规则与书本上和老师讲的有什么不同，为什么有这个差别。实验二 FSK调制解调综合实验一、实验目的1加深对FSK调制原理的理解2加深对F

18、SK信号过零点检测法解调原理的理解3加深对位同步提取原理的理解4了解码再生原理5了解锁相环对消除相位抖动的作用二、实验内容1FSK实验 载频和位定时实验 FSK调制实验 伪随机码基带信号实验 2FSK解调实验 载波整形实验 过零检测法解调FSK基带实验 过零检测法提取位同步信号实验 基带判决形成实验 解调FSK基带眼图实验三、FSK基本原理移频键控，或称数字频率调制，是数字通信中使用较早的一种调制方式；数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息。在数字通信系统中，这种频率的变化不是连续的，而是离散的。比如，在二进制的数字频率调制系统中，可用两个不同的载频来传递数字信息。移频键控常

19、常可以写FSK(Frequency Shift Keying)FSK广泛应用于低速数据传输设备中，根据国际电报和电话咨询委员会(CCITT)的建议，传输速率为1200波特以下设备一般采用FSK。FSK方法简单、易于实现，解调不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和抗衰落性能也较强。由于这个原因，FSK是在模拟电话网上用来传输数据的低速、低成本，调制解调制器的一种主要调制方式。在一个FSK系统中，发端把基带信号的变化规则转换成对应的载频变化，而在收端则完成与发端相反的转换。由于FSK信号的信道中传输的是两个载频的切换，那么其频谱是否就是这两个载频的线谱呢?或者说信道的频带只要这两个载频之差就够

20、了呢?答案是否定的。设FSK的两个载频为fl、f2，其中心载频为fo=(fl+f2)/2；又设基带信号的速率为fs。这样，经过分析，FSK的频谱图如图4.1所示。曲线a对应的fl=fo+fs，f2=fo-fs；曲线b对应的fl=fo-0.4s，f2=fo-0.4s。从图4.1中我们可以看出:(l)相位不连续FSK频谱由连续谱和线谱组成，线谱出现在两个载频位置上。(2)相位连续FSK若两个载频之差较小，比如小于fs，则连续谱出现单蜂；若两个载频之28差逐渐增大，即fl与f2的距离增大，连续谱将出现双峰。 (3)由此可见，传输FSK信号所需的频带f约为 本实验为传输25000波特基带信号的FSK实

21、验，采用改变分频链分频比来实现移频键控。收端采用过零检测恢复基带信号；并从恢复的基带信号中直接提取码元定时信号。图4.1a 相位不连续信号的频谱示意图 图4.1b 相位连续信号频谱示间图二、实验原理和电路说明实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类:直接调频法和移频键控法。本实验就是移频键控法，它便于用数字集成电路来实现。数字频率调制的解调方法一般有三种:鉴频法、过零检测法和差分检波法。本实验采用过零检测法。目前，低速率的移频键控调制解调器己有专用的集成电路，例如 MOTOROLA公司的MC6860等。本实验为帮助实验者理解原理仍采用小规模集成电路实验。实验电路的总方框图如图4.2所示。实验

22、电路分成FSK发送(调制)和FSK接收(解调)两部分(合装在一个实验架上)，左为FSK发，包括方波源、调制器、M序列发生器等；右为FSK收，包括过零检测、位同步、码再生等。FSK发送部分线路图示于图4.3，FSK接收部分线路图示于图44。 (一)方波源和M序列发生器方波源由4MHZ晶振产生，经4分频产生1MHZ方波，再经10分频，产生100KHZ，8分频产生125KHZ调制载波。M序列发生器由四级移位寄存器组成，形成长度为24 -1=15的伪随机序列，充当信码。其信码定时是方波源输出信号经40分频得到。速率25Kb/s。(二)调制器调制器为全数字的可变分频比的分频链。其逻辑图如图4.5所示。从

23、图4.5可以看出，信码为“1”时，分频链作10分频，即输出频率为“0”时，分频链作8分频，输出频率为125KHZ。 由于这时的输出为对称方波，所含频率分量较丰富，即要占据较宽的信道频带，为节省频带，在送入信道前，只取基频分量就可以了，所以在调制器后接有一带通滤波器，中心频率为112.5KHZ，其带宽应为多少，作为思考题留作实验报告的一项计算内容。这样，在发送部分的输出端，就得到相对于“1”和“0”码的l00KHZ和125KHZ的正弦波。但是，如果带通的中心频率发生偏移或带通的通带特性不平坦，都会给输出的FSK信号带来寄生调幅，应尽量使之减小。(三)过零检测在实验接收端对FSK信号的解调是用过零

24、检测方法实现的，其原理如图4.6所示。输入信号a经限幅后产生矩形波序列b，经微分e，整流就形成与频率变化相应的脉冲序列d，这个序列就代表着调频波的过零点。将其变换成具有一定宽度的矩形波e，并经过低通滤波器滤除高次谐波，便能得到对于原数字信号的基带脉冲信号。(四)位同步在数据传输设备的接收端，位同步为码的再生所必需，而在数字通信中，常常是不发送导频或位同步信号的，这就必须直接从数字信号中提取位同步。本实验就采用这种直接从数字信号中滤波提取位同步的方法，其原理如图4.7所示。我们知道，一个不归零的随机二进序列，不能直接从该序列中滤出位同步信号，但是，若对该信号进行某种变换，例如变成归零脉冲后，则该

25、序列中就有 的位同步信号分量，经一窄带滤器，就可滤出此信号分量，再将它经相位调整(移相器或延迟)就形成位同步脉冲。(五)码再生从过零检测低通滤波器输出的信号，必须进行码再生才能恢复出和发端相同的非归零信码。码再生电路用一比较器对解调获得的基带信号进行零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样定位，如图4.8所示。所不同的是，这种码元定时是由位同步提供的。这样,解调、同步和码再生就组成了一个较完整的数字通信接收系统。三、实验仪器及设备二踪同步示波器 CA8020数字频率计 1202直流稳压源 HT1712万用表 500 型实验电路板箱 FSK调制解调实验，华南理工大学电子与信息工程系四、实验内容

26、步骤准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连续线接好；3、开机注意观察电流表；正电流 I200mAI60 mA若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。A、FSK发送实验1测量1.1方波源的波形（记录测量点的频率）2测量1.2的波形（记录测量点的频率）3测量1.3的波形（记录测量点的频率）4测量1.4的位定时波形。（记录测量点的频率）5测量1.5的伪随机序列，与1.4比较画出整个序列的波形（画出测量点1.4和1.5的波形）6频率计接1.6a) K1接0时，1. 6输出l25KHZ方波载频，即0码时，发送l25KHZ载频b) K

27、1接1时，1.6输出100KHZ方波载频，即1码时，发送100KHZ载频c) K1接M，用示波器A线接l.5，并用A线触发，B线接1.6，观察记录调制的FSK方波输出信号。（画出波形）B、FSK接收实验，基带解调注意:做下述1、2、3、4实验时，示波器看不到稳定的波形，这是载波信号有两个频率的缘故。为了理解其工作原理，可把K1置 “1”。1限幅器把正弦波变换成跳变陡峭的方波以取得过零点信息，用LM311比较器作过零检测。2.1端可测到方波。（记录2.1的频率）2A线接2.1,B线接2.2，观察记录微分整流形成的过零点信息。（画出2.2波形）3用IC13单稳态电路，把窄脉冲展宽成一定宽度的脉冲，

28、目的在于扩大FSK信号两个频率之间的直流分量差距，以利于解调时识别。示波器A线接2.2,B线接2.3，观察记录脉冲展宽波形。（画出2.3波形）4K1接M，频率计接2.3，应显示223KHZ频率，才能获得较好的解调基带波形，若频率不对，可关断电源，重新开机至223KHZ频率为止。5本实验用IC14两级有源低通滤波器把过零信息中的基带信号提取出来。示波器A线接l.5,B线接2.4，观察记录解调的基带信号波形。注意：此时K1应接“M”，如果接“1”或“0”。由于FSK信号相当于没有加调制信号。因而2.4点会无信号输出。（画出2.4波形）C、FSK接收实验，位同步提取（选作）开关位置:K1接M 即发端

29、加调制信号K2接1 即基带信号不加相移K3接2 即基带加归零码变换K4接1 即位同步不加锁相提纯K5接l 即位同步加延时形成1位同步提取的最关键一步是基带信号作归零码变换。本实验用IC16把基带进行过零检测整形，然后用BG2、D3、D4检测过零点信息，把A线接2.4、B线接2.6、2.7。作记录。2示波器A线接2.7,B线接2.8，观察记录带通滤波器提取的位同步分量。由于带通滤波器Q值不够高，2.8点波形会出现少量的衰减振荡。从这里可看出，如果连“0”数太多，或连“1”数太多，用过零检测法位同步就无法提取。3用IC10、IC9整形产生位同步信号，用示波器A线接2.8,B线接2.9,观察记录整形

30、后的位同步信号，用频率计测量2.9的频率，与发端1.4的位定时进行仔细比较。你会发现，2.9的频率与1.4的频率虽然相同，但2.9脉宽不等，并且边缘模糊。这是由于带通滤波器频带不够窄，Q值不够高，有干扰所致。并作记录。4K4接2，即位同步加锁相环提纯，频率计改接2.10，示波器A线接2.10，并与1.4比较，收端位同步经锁相环4046提纯后，其频率稳定度达到发端位同步的晶体稳定度。2.10位定时每个脉冲宽度都是相等的。无边缘抖动，示波器显示波形清晰。而2.9波形位定时有边缘抖动。如2.10频率与1.4不同，可调W3使其相等。52.11为2.9移位后形成的位定时信号。这里采用2.11作为码再生判

31、决时钟，用示波器比较2.11和2.9的相位关系，用频率计读取2.11和2.9的频率。D、眼图、奈奎斯特准则实验（观察实验）开关位置与C相同lA线接2.4解调的基带信号,B线接2.9时钟信号，示波器触发B线。微调示波器扫描频率观察2.4点基带信号眼图。注意观察眼图为什么要用2.9信号触发，试改用A线触发看能否观察到眼图。2A线改接2.5，观察记录2.5点眼图，可以看到2.5眼图宽度己经发生变化，调整W1改变系统传输频带，使其逐渐变窄，注意眼图的变化，随着W1的变化眼图开启度逐渐变小，并产生拖尾越严重，过零点宽度逐渐变宽，即传输频带不符合奈奎斯特准则时，会产生码间干扰。把K2接2时，即用2.5基带

32、提取位同步时，示波器看到2.9位同步信号边缘抖动大，甚至2.9频率也在变化。2.13判决输出的信号与1.5发端基带比较会有较大的误码。当你把K2接回1时，即用2.4基带提取位同步时，示波器看到2.9位同步信号边缘抖动小。2.9频率与发端位同步信号相同。2.13判决输出正确。3示波器A线接2.5，B线接2.11，重调出2.5眼图，在有码间干扰的情况下，把W1作反方向调节，随着W1变化，眼图开启会逐渐变大，拖尾会逐渐变小，最后可获得比较好的眼图，即我们可以通过补偿传输频带的方法，使码间干扰逐渐减少，这就是频域均衡的原理。五、实验报告1整理实验数据、波形2简述FSK系统的组成及各部分作用。3实现FS

33、K调制和解调还有别的办法吗?4估算本实验调制器后的通带滤波器应有多宽的通带。5说明本实验低通滤波器解调基带的截止频率，及带通滤波器提取位定时的中心频率。6为什么利用FSK波形过零点可检测出信码来。7从信码中直接提取位同步是如何使信码变换成含有位同步信息的?8为什么2.9位定时频率抖动大，而2.10频率位定时抖动小。9提取的位定时为什么要经过时延?10通过本实验有什么收获和体会。11对改进本实验有什么建议。六、学生易患的测量错误FSK调制信号由于有两个频率，如果测量方法不当，会很难看到稳定的波形。1观察1.6调制信号波形时，有不少学生把示波器另一线接在1.2或1.3载频上。由于已调信号有两个频率

34、，不能观察到稳定调制波形，正确测量方法，应把A线接1.5，基带信号，B线接1.6己调信号，并选A线作为触发同步信号，这时才可以看到稳定的已调信号。2测量2.1、2.2过零检测信号时，由于有两个频率，波形也是不稳定的，为了理解过零检测工作原理，此时可把发端K1暂时从“M”转至“0”或“1”。即输出单一稳定的载波，此实验做完后，应把K1转回接至“M”。3测量2.4波形时，不少学生会无输出信号，这时应检查K1是否放在“M”位置。当K1接“0”或“1”时，由于没有调制信号，2.4当然没有输出。实验三 DPSK调制、解调实验一、实验目的1. 加深对DPSK调制原理的理解2. 进一步了解DPSK解调原理二

35、、实验内容1. DPSK调制实验1) 载波、时钟信号实验 2) 伪随机基带信号源实验3) 差分编码实验2. DPSK解调实验1) 同相正交环解调DPSK实验 2) 压控振荡器实验 3) 载波900相移实验 三、实验原理和电路说明1. 调制2DPSK系统的调制部分框图如图5.2所示，原理电路示于图5.1。下面分几部分说明。1.1 M序列发生器实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般都是用M序列发生器产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源。按照本原多项式组成的五级线性移2DPSK M序列发生器差分编码调 相10晶 振10MH22 P2 P3 P6 P1 P5 P4 图5.2 2DPSK

36、调制部分框图位寄存器，就可得到31位码长的M序列。码元定时与载波的关系可以是同步的，以便清晰观察码元变化时对应调制载波的相位变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的。本实验的M序列由IC3、1C4、IC5、IC6产生，码元速率为lMb/s。1.2 相对调相和绝对移相移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以二进制调相为例:取码元为“1”时，调制后载波与未调载波反相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波同相；“1”和“0”时调制后载波相位差1800。 绝对移相的波形如图5.3所示。在同步解调的PSK系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即

37、恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0”、“1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0”码；发送为“0”码，解调后得到“1”码。这是我们所不希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对移相方式。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反相；码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波同相。相对移相的波形如图5.4所示。图5.3 绝对移相的波形示意图在一般情况下，相对移相可以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

38、换成新的码组一相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相，使输出的己调载波相位满足相对移相的相位关系。设绝对码为an，相对码为bn，则二相差分编码的逻辑关系为: (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。本实验用IC6: A和IC8完成。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)完成的。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脚输入的相载波相同。这样就完成了差分信码对载波的相位调制。图5.5示出了一个数字序列的相对移相的过程。图5.4 相对移动的波形示意图图5.

39、5 绝对码实现相对移相的过程对应于差分编码，在解调中有一差分译码。差分译码的逻辑为: (2) 本实验由IC9、IC10完成。将(1)式代人(2)式，得这样，经差分译码后就恢复了原始的发码序列。1.3数字调相器的主要指标在设计与调整一个数字调相器对，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00及1800+，我们把这个偏离的相角称为调相误差。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

40、器的特性不均匀及脉冲高低电平的影响，使得“0”码和“1”码的输出信号的幅度不等。设“0”码和“1”码所对应的输出信号幅度分别为Uom及Uim，则寄生调幅为:三、实验仪器实验箱 DPSK调制解调实验直流稳压电源 HT-1712双踪同步示波器 CA8020数字频率计 1201四、实验内容准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；3、开机注意观察电流表正电流 I280mA 负电流 I60mA 若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。A.发送实验开关位置 K1接1.21测量载波P5振荡频率，观察记录P5波形、频率（记录测量点

41、P5的频率）2. 测量位同步P1信号频率，观察记录P1波形、频率（记录测量点P5的频率）3. M序列发生器示波器用P2触发，观察并记录P2的波形。与Pl比较，记下M序列。（记录M序列一个周期的码值）4差分编码示波器MODE（工作方式）置Chop（断续），观察并记录P3的波形，将P2和P3的波形进行比较，验证差分编码的规律。注意P3比P2有一位码时延。（画出测量点P2和P3的波形）5数字调相电路示波器MODE置Chop，以P3为同步信号，观察并记录P6数字调相波形。（画出测量点P6的波形）B接收实验1.A线接P7，B线接P8，频率计衰减20，输入线接P11或P12，调整W5，使显示的频率与发端P

42、5一致，即至锁定状态，当锁定时要继续按原方向调整，直至使P11、P12两信号尽可能相等为止，才是锁定的最佳状态。当频率计测量离开P11或P12，还应处于锁定状态，如果调节W5听到“嗒、嗒”响声，则精密电位器已经到了尽头，要反方向调节，若还不能进入到锁定的频率，则可以调W4，使其进入锁定范围，W4是振荡频率的粗调，W5是振荡频率的细调。调整W5仔细体会锁定和失锁的工作状态。a) 锁定时观察P7、P8解调的基带信号。（画出测量点P7、P8的波形）b) 失锁时观察P7、P8解调的基带信号。（观察，不作记录）2.锁定时观察P6发端的调制信号和P7解调的基带信号之间关系。（画出各测量点的波形）五、实验报

43、告1整理实验中的记录，画出相应的曲线和波形。实验四 PCM编、解码实验一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM单路编、译码实验三、基本原理图1.1模拟信号数字化可以用数种方式实现。脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。模拟信号经滤波后频带受到了限制。限带信号被抽样

44、后形成PAM信号。PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。（这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。）因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。通常，一路信号的抽样频率为8kHz。这样，当采用线性编码时传输一路PC

45、M符号约需1OOkbit/s的传信率。但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。因此实用的PCM编译码器都是非线性的。 非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和律对数线近似。这两种体制均己成为国际建议。实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。图1.2中，每一个折线段各自被划分为16个分层电平。二相邻段落的分层按步阶1/2递减分段，

46、而每个段落内的分层都是均匀的。模拟信号经分段分层处理后被编成二进制码组，码组的形式为折叠二进制。在A律l3折线的编码方式中，国际标准规定最大量化输人为2048个量化单位，各段量化间隔。由于采用非线性编码，码组中每位电平码的权重是变化的。以上编码规律可用表1.1、表1.2详细说明。这里对应模拟信号为正值的情况，若输入为负，则PCM码字的最高位“符号位”由“1”改为“0”，其他规律不变。1. 逐次反馈比较编码 所谓编码就是将抽样后的样值信号变换成二进码序列的方法，用的最多的是逐次反馈编码方案。图1.4是逐次反馈编码方框图。图1.4图1.4 逐次反馈比较编码方框图编码的工作原理与天平称量物体重量的方

47、法相似。(1) 判定值(权值)的提供与编码方法 逐次反馈编码相当于天平称物，要提供一套大小不同的判定值(砝码)来作标准权值。当称量(比较)一次后，如果物体重量(相当于信号的抽样值)重于砝码(相当于设备中提供的判定值)时，下一次称量需保留原砝码外再增加一个砝码(换一个较大的判定值)，反之若发现物体重量轻于砝码重量时，则需更换一个较小的砝码，逐次反馈比较编码方式就是仿此概念而来的。 确定A律13折线8位码的判定值的方法是：极性码的判决不需要判定值(严格讲，其判定值为零)，它根据输入信号(电流值0的极性来决定。即 幅度码的位数是7位，需要个判定值，它们分别是：第1段 0、1、2、315共16种第2段

48、 16、17、1831共16种第3段 32、34、3662共16种第4段 64、68、72124共16种第5段 128、136、144248共16种第6段 256、272、288496共16种第7段 512、544、576992共16种第8段 1024、1088、11521984共16种实际上没有必要产生这127种判定值(否则设备太复杂)，根据13折线压扩特性是通过图中本地解码电路中7/11变换来实现，即将压缩后7位非线性码变换成11位线性码，也就是只需要利用这11位线性码所对应的权值作为判定值即可。考虑到量化段为8段，其对分点为7个，它们是、 、。再考虑到每一段中均匀分为16个量化级，它们的

49、对分点是4个，即 、。可采用这11种对分点作为判定值。这样11种判定值可以组合成以上所需的127种判定值。下面举例来介绍编码方法。假设输入抽样值(电流值) ，按A律13折线编8位码。第一次比较：，说明信号为正, 第二次比较：样值取绝对值，因为信号的极性已由确定，判定值表示编出码的判定值。，是第14量化段和第58量化段的对分点 (信号在第58段)第三次比较：前一次比较结果，表示判定值小了，这次比较时，应使判定值增加。反之，要减小判定值。表示信号在第58段，而正好是第56段和第78段的对分点。 (信号在第56段)，第四次比较： 表示信号在第56段，正好是第5段和第6段的对分点 (信号在第6段)三次

50、比较结果，段落码为101，表示信号在第6段，第6段起点电平。段内码的判定值的提供，可用下列表示 (2.27) 第五次比较：第六次比较：按式(2.27)，第七次比较：第八次比较：结果编码码字为11011011编码又称逐次渐近型编码。图1.5是以为例画出逐次反馈编码的时间波形图。四、实验原理实验电路由定时部分，编、译码部分，同步测试信号源部分，译码功放四大部分组成。方框原理图如图1.15。图1.15 PCM编译码实验原理图五、实验仪器实验箱 PCM编解码单路实验双踪同步示波器 1台数字频率计 1台低频信号发生器 1台毫伏表 1台直流稳压电源 1台学生自带小型FM收音机（备耳机插孔）六、实验内容准备

51、工作：（注意要严格按照实验步骤接通电源）1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机。 2、把实验板电源连接线接好，示波器探头1：10，严禁1：1。【实验前请认真阅读八：学生常犯的测量错误】(一) 时钟部分1. 用示波器线接，测量晶振波形。线接测量位定时波形应为对称方波。2. 用频率计测量晶振频率和测量位定时频率。（记录测量点和的频率）(二) 同步测试信号源部分开关位置，接触3.41. 示波器接测量应为正弦波，用频率计测量其频率。信号是专门为实验设计的同步测试信号源。请注意的幅度其峰峰值应小于，否则幅度太大有可能损坏IC2914。（记录测量点的频率）2. 测波形、调整, 为连续可变的正弦波。然后用毫伏表测量的幅度，应调整到刚好为1000mv(有效值)。3