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通信原理实验指导书通信原理实验指导书徐艺文 编福州大学至诚学院信息工程系2012年11月目 录实验注意事项2实验一 DDS信号源实验3实验二 抽样定理6实验三 FSK（ASK）调制解调实验9实验四 PSK QPSK调制解调实验12实验五 AMI/HDB3编译码实验19实验注意事项1、 本实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。2、 请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。3、 在关闭实验箱电源之后，方可进行实验模块的插拔与连线。连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻拔，检查无误后方可通电实验。拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住连线插头的塑料线端，左右轻轻摇晃，直至连线与孔松脱，切勿用蛮力强行拔出。4、 按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。5、 实验数据记录完毕后，应将实验数据交给指导老师确认并签字后方可离开实验室，上交实验报告时应将该经指导老师签字后的实验记录一起上交，否则本次实验成绩以零分计算。6、 实验报告应包含实验小结。23实验一 DDS信号源实验一、实验目的1了解DDS信号源的组成及工作原理；2掌握DDS信号源使用方法；3掌握DDS信号源各种输出信号的测试。二、实验仪器1DDS信号源(位于大底板左侧，实物图片如下) 2. 20M双踪示波器1台三、实验原理直接数字频率合成(DDSDigital Direct Frequency Synthesis)，是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。DDS信号源模块硬件上由cortex-m3内核的ARM芯片(STM32)和外围电路构成。在该模块中，我们用到STM32芯片的一路AD采集（对应插孔调制输入）和两路DAC输出（分别对应插孔P03、P04）。PWM信号由STM32时钟配置PWM模式输出，调幅、调频信号通过向STM32写入相应的采样点数组，由时钟触发两路DAC同步循环分别输出其已调信号与载波信号。对于外加信号的AM调制，由STM32的AD对外加音频信号进行采样，在时钟触发下当前采样值与载波信号数组的相应值进行相应算法处理，并将该值保存输出到DAC，然后循环进行这个过程，就实现了对外部音频信号的AM调制。RZ8681 实验箱的DDS信号源能够输出脉宽调制波(PWM)、正弦波、三角波、方波、扫频信号、调幅波（AM）、双边带（DSB）、调频波（FM）及对外部输入信号进行AM调制输出。四、各测量点的作用 调制输入：外部调制信号输入铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。 P03：DDS各种信号输出铆孔。 P04：20KHZ载波输出铆孔。P09：抽样脉冲输出铆孔。 SS01：复合式按键旋纽，按键用来选择输出信号状态；旋纽用来改变信号频率。 LCD：显示输出信号的频率。五、实验内容及步骤1)加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。2) 信号输出状态设置 信号输出状态分为： 1.PWM波、2.正弦波、3.三角波、4.方波、5.扫频信号、6.调幅信号、7.双边带信号、8.调频波、9.外输入AM波等九种状态初始时输出序号为1，对应“PWM波”输出状态。按下复合式按键旋纽SS01，可切换不同的信号输出状态，按一次输出序号递增，DDS最大序号为9，正好与l0种输出信号状态对应。序号10为内置误码仪测试功能，序号11为USB转串口数据通道。序号为11后，继续按复合按键旋纽，则返回初始序号1。D0l、D02、D03、D04四个指示灯将显示输出的序号状态。输出序号及相应输出、输入信号状态如下表：输出序号调制输入P03（输出）P04（输出）P09（输出）LED1：亮 0：灭D4D3D2D11载波20KPWM波（频率0.1-20KHZ可调）00012正弦波载波20KPWM（频率锁定于初始状态10KHZ或最新PWM波设定的频率）00103三角波载波20K00114方波载波20K01005扫频载波20K01016调幅载波20K01107双边带载波20K01118调频载波20K10009外部调制信号外输入信号AM调制载波20K100110内置误码仪，P02输出32KKZ随机码，P01接收信道回送随机码101011USB转串口10113）信号频率调节旋转复合式按键旋纽SS01，在“PWM波”、“正弦波”、“三角波”、“方波”等输出状态时，可步进式调节输出信号的频率（单位为kHz），顺时针旋转频率每步增加0.1kHZ，逆时针减小0.1kHZ；在其它DDS信号源序号，旋转复合式按键旋纽SS01无操作。4）输出信号幅度调节调节调幅旋钮W01，可改变P03、P04输出的各种信号幅度。5) 根据上述方法，使P09输出频率为4kHz的抽样脉冲，使P03输出频率为2kHz,幅度为2Vp-p的正弦波、三角波和方波。观察并记录以上信号的波形、频率、周期及幅度。六、实验报告要求1、整理实验测试记录并分析实验现象。2、总结实验心得，写实验小结。实验二 抽样定理一、实验目的1通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；2通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；3学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。二、实验仪器1PAM脉冲调幅模块，位号：H220M双踪示波器1台3小平口螺丝刀1只4信号连接线3根三、实验原理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。关于PDM和PPM，国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。 DDS信号源抽样脉冲形成电路信道模拟信号恢复滤波器开关抽样器32P0132TP0132P0232P03P154SW02控制P09P14P0332W01图1-1 抽样的实验过程结构示意图本实验中需要用到以下5个功能模块。1DDS信号源：它提供正弦波等信号，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。P03测试点可用于调制信号的连接和测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，P05测试点可用于语音信号的连接和测量。2抽样脉冲形成电路模块：它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”， 作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。P09测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。该模块提供的抽样脉冲频率可调，占空比为50 0/0。（调节方法参见实验5）3PAM脉冲调幅模块：它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。因此，本模块实现的是自然抽样。在32TP01测试点可以测量到已调信号波形。调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。已调信号经过PAM模拟信道（模拟实际信道的惰性）的传输，从32P03铆孔输出，它可能会产生波形失真。 PAM模拟信道电路示意图如图1-2所示，32W01（R1）电位器可改变模拟信道的传输特性，当R1C1=R2C2时，PAM已调信号理论上无失真。4接收滤波器与功放模块：接收滤波器低通带宽有2.6KHZ和5KHZ两种，分别由开关K601上位和中位控制，接收滤波器的作用是恢复原调制信号。铆孔P14是接收滤波器与功放的输入端，实验时需用外接导线将32P03与P14连接。5时钟与基带数据发生模块：它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器工作时钟。 32W01C1C232P03R232TP01图1-2 PAM信道仿真电路示意图最后强调说明：实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。理想抽样的抽样脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般是用高度有限、宽度较窄的窄脉冲代替。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得较高。由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。 四、可调元件及测量点的作用32P01：模拟信号输入连接铆孔。32P02：抽样脉冲信号输入连接铆孔。32TP01：输出的抽样后信号测试点。32P03：经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。32W01：仿真信道的特性调节电位器。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将 “PAM脉冲幅度调制模块”，插到底板“H”号的位置插座上（具体位置可见底板右上角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用铆孔导线将P03、32P01；P09、32P02；32P03、P14连接。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4输入模拟信号观察：将DDS信号源产生的正弦波送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，调节电位器W01可改变正弦信号幅度。5取样脉冲观察：当DDS信号源处于PWM状态，旋转SS01可改变取样脉冲的频率。示波器接在32P02上，可观察取样脉冲波形。 6取样信号观察：示波器接在32TP01上，可观察PAM取样信号，示波器接在32P03上，调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性，PAM取样信号波形会发生改变。7验证抽样定理：1）使DDS信号源输出的频率为6kHz的取样脉冲（P09）以及频率为1.5kHz、幅度为2VP-P的正弦波（P03），将接收滤波器与功放模块的开关K601置于上位（即选择2.6kHz的滤波器），观察并记录测试点P03、P09、32TP01和P15的波形、频率及幅度。（注意，应调节32W01使32TP01、32P03两点波形相似，即以不失真为准。）2）使DDS信号源输出的正弦波频率变为4kHz，将接收滤波器与功放模块的开关K601置于中位（即选择5kHz的滤波器），重复步骤1）。3）对比以上两个步骤的实验结果，验证抽样定理。8关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求1、根据实验测试记录，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。2、总结实验心得，写实验小结。实验三 FSK（ASK）调制解调实验一、实验目的1掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试；2掌握FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试；3. 学习FSK（ASK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。二、实验仪器1FSK调制模块，位号A2FSK解调模块，位号C3时钟与基带数据发生模块，位号：G420M双踪示波器1台5小平口螺丝刀1只6信号连接线3根三、实验原理数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。（一） FSK调制电路工作原理FSK调制电路是由两个ASK调制电路组合而成，它的电原理图，如图5-1所示。16K02为两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块仅将1-2脚相连，输出“1”码对应的ASK已调信号；用短路块仅将3-4脚相连，输出“0”码对应的ASK已调信号。用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。因此，本实验箱没有专门设置ASK实验单元电路。 16P01调制信号输出16P02图5-1 FSK调制解调电原理框图图5-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A打开，此时输出f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波变为正弦波，再送至模拟开关4066。载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。（二） FSK解调电路工作原理FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图5-2所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片调制信号输入17P0117P01解调信号输出17P0217P02成形电路图5-2 FSK锁相环解调器原理示意图MC4046。其中，压控振荡器的频率是由17C02、17R09、17W01等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。四、各测量点和可调元件的作用1. FSK调制模块16K02：两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块将1-2脚及3-4脚都相连，则输出FSK已调信号。仅1-2脚连通，则输出ASK已调信号。16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。 16P01：数字基带信码信号输入铆孔。 16P02：FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。2FSK解调模块17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。17P01：FSK解调信号输入铆孔。 17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。 17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ FSK调制模块” 、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用导线将4P01、16P01；16P02、17P01连接。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4设置好跳线及开关：用短路块将16K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的 15位m序列输出。观察并记录4P01的波形，将对应的码元标于波形上方。 5载波幅度调节： 16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。 观察并记录测试点16TP03、16TP04的波形、频率及幅度。6FSK调制信号和巳调信号波形观察：双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，观察并记录这两个测试点的波形，并将对应的码元标于16P01波形的上方。7FSK解调输出波形观察：双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接17P02。同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。如果不一致，可微调17W01电位器，使之达到一致。记录17P02的波形，并将对应的码元标于波形上方。10关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求1、根据实验测试记录，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。2、总结实验心得，写实验小结。实验四 PSK QPSK调制解调实验一、实验目的1. 掌握PSK QPSK调制解调的工作原理及性能要求；2. 进行PSK QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法；3. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。二、实验仪器1PSK QPSK调制模块，位号A 2PSK QPSK解调模块，位号C3时钟与基带数据发生模块，位号：G4复接/解复接、同步技术模块，位号I（实物图片见第144页）520M双踪示波器1台6小平口螺丝刀1只7信号连接线4根三、实验原理PSK QPSK调制/解调模块，除能完成上述PSK（DPSK）调制/解调全部实验外还能进行QPSK、ASK调制/解调等实验。不同调制方式的转換是通过开关4SW02及插塞37K01、37K02、38K01、38K02位置设置实现。不同调制相应开关设置如下表。调制方式4SW0237K01、37K0238K01、38K02PSK（DPSK）00001和位挿入挿塞1，2相连（挿左边）QPSK01101和位挿入挿塞3，2相连（挿右边）ASK00001和位挿入挿塞1，2相连（挿左边）（一）PSK（DPSK）调制/解调实验进行PSK（DPSK）调制时，工作状态预置开关4SW02置于00001， 37K01、37K02和位挿入挿塞，38K01、38K02均处于1，2位相连（挿塞挿左边）。相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。本实验箱采用相位选择法实现二进制相位调制，绝对移相键控（CPSK或简称PSK）是用输入的基带信号（绝对码）直接控制选择开关通断，从而选择不同相位的载波来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。1 PSK调制电路工作原理二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。相位键控调制电原理框图，如图6-1所示。图6-1 相位键控调制电原理框图 1）滤波器、同相放大器和反相放大器 从图6-1看出，1024KHZ的方波经37R29加到由运放37UO4A及周边元件组成的低通滤波器，其输出变为l024KHZ正弦波，它通过37U05A同相放大和37U05B反相放大，从而得到l024KHZ的同相和反相正弦载波，电位器37W01可调节反相放大器的增益，从而使同相载波与反相载波的幅度相等，然后同相和反相正弦载波被送到模拟开关乘法器。2）模拟开关相乘器对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。同相载波与反相载波分别加到模拟开关A：CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：CD4066的输入端（11脚），数字基带信号一路直接加到模拟开关A的输入控制端（13脚），并且另一路经反相后加到模拟开关B的输入控制端（12脚），用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出同相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。输出反相载波，两个模拟开关输出信号通过输出开关37K01合路叠加后得到二相PSK调制信号。DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列an，通过码型变换器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，这样就获得DPSK已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01 点的绝对码信号（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01点的数字信号来说，此调制即为DPSK调制)。2相位键控解调电路工作原理二相PSK(DPSK)解调器电路采用科斯塔斯环(Constas环)解调，其原理如图6-2所示。图6-2 解调器原理方框图1）解调信号输入电路 输入电路由晶体三极管跟随器和运算放大器38U01组成的整形放大器构成，采用跟随器是为了发送（调制器）和接收（解调器）电路之间的隔离，从而使它们工作互不影响。放大整形电路输出的信号将送到科斯塔斯特环。由于跟随器电源电压为5V，因此输入的PSK已调波信号幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否则会产生波形失真。2）科斯塔斯环提取载波原理PSK采用科斯塔斯特环解调，科斯塔斯特环方框原理如图6-3所示。图6-3 科斯塔斯特环电路方框原理如图科斯塔斯特环解调电路的一般工作原理在现代通信原理第三版（电子工业出版社2009年）等教科书中有详细分析，这儿不多讲述。下面我们把实验平台具体电路与科斯塔斯特环方框原理图作一对比，讲述实验平台PSK解调电路的工作原理。解调输入电路的输出信号被加到模拟门38U02C和38U02D构成的乘法器，前者为正交载波乘法器，相当于图6-3中的乘法器2，后者为同相载波乘法器，相当于框图中乘法器1。38U03A,38U03D及周边电路为低通滤波器。38U04，38U05为判决器，它的作用是将低通滤波后的信号整形，变成方波信号。PSK解调信号从38U05的7脚经38U07A.D两非门后输出。异或门38U06A起模2加的作用，38U07E为非门,若38U06A3两输入信号分别为A和B，因（A、B同为0除外，因A与B正交，不会同时为0）因此异或门与非门合在一起，起乘法器作用，它相当于图6-3框图中的乘法器3。38U710为压控振荡器（VCO），74LS124为双VCO，本电路仅使用了其中一个VCO，环路滤波器是由38R20、38R21、38C17组成的比例低通滤波器，VCO控制电压经环路低通滤波器加到芯片的2脚，38CA01为外接电容，它确定VCO自然谐振频率。38W01用于频率微调，38D01，38E03用来稳压，以便提高VCO的频率稳定度。VCO信号从7脚经38C19输出至移相90电路。科斯塔斯特环中的90移相电路若用模拟电路实现。则很难准确移相90，并且相移随频率改变而变化。图6-2电路中采用数字电路实现。非门38U07F，D触发器38U08A.B及周围电路组成数字90移相器。由于D触发器有二分频作用。所以VCO的锁定频率应为2fc，即VCO输出2048KHZ方波，其中一路直接加到38U08A D触发器，另一路经38U07F反相再加到38U08B D触发器，两触发器均为时钟脉冲正沿触发，由于38U08A的 与两D触发器的D端连接。而D触发器Q端输出总是为触发时钟到来前D端状态，根据触发器工作原理和电路连接关系，数字90移相电路的相位波形图如6-4所示。图6-4 90度数字移相器的波形图从图看出，38U08B的端输出波形超前38U08A的端90度，并且频率为1024KHZ，因此38U08B的端输出为同相载波，38U08A的端输出为正交载波。由于科斯塔斯特环存在相位模糊，解调器可能会出现反向工作。在PSK解调时38K01、38K02置于的l、2位(挿在左边)，分别把科斯塔斯特环提取的正交载波及同相载波接到两正交解调器；从而实现科斯塔斯特环的闭环控制。当38K01、38K02置于的2、3位(挿在右边)，将用于四相解调，将在下节讲述。若38K01、38K02的挿塞均拔掉，则科斯塔斯特环处于开环状态，可用于开环检查，便于环路各部件故障压缩和分析。（二）QPSK调制/解调实验当进行QPSK调制时，工作状态予置开关4SW02置于01101，此时由CPLD产生的四相调相信号直接被加到37TP01，经滤波放大和插塞37K01、37K02后从37TP02输出。从而实现QPSK调制信号的发送。此时I路和Q路的基带调制信号也由CPLD产生并直接加到37P04和37P05，以供实验时测量。QPSK信号解调仅利用二相科斯塔斯特环解调电路中的同相和正交乘法器、低通滤波器及整形等电路，实现四相信号的正交解调。此时同相和正交两个载波不是从环路提取，而是由CPLD直接提供。QPSK解调时开关38K01、38K02置于的2、3位(挿在右边)，此时科斯塔斯特环开环，并通过开关分别把四相解调的正交载波F0及同相载波F90直接加到两正交乘法器，这样简化了实现电路。四相解调时，38U05的7脚经38U07A.D两非门后输出为I路的解调信号，可从38P02测量；38U04的7脚经非门38U07B.C输出为Q路的解调信号，可从38P03测量。四、各测量点及可调元件的作用1PSK QPSK调制模块37K01：PSK、ASK已调信号连接揷塞。当进行PSK实验时，因PSK是两ASK已调信号叠加。位揷塞揷入，输出“1”码的已调信号；位揷塞揷入，输出“0” 码的已调信号。当进行ASK实验时仅需位揷塞揷入。37K02：QPSK已调信号连接揷塞。当进行QPSK实验时，位揷塞揷入，输出QPSK已调信号，此时37K01两挿塞必须断开。位揷座接点为空头，用以放置暂不用的挿塞，以免挿塞丢失。跳线开关37KO1、37K02挿塞位置，请参见下表。调制方式跳线开关37KO1、37K02位置PSK、ASK、QPSK、 37W01：调节反相载波幅度大小。37P01：外加数字基带信号输入铆孔。37TP01：频率为1.024MHz方波信号，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 37TP02：同相1.024MHZ载波（正弦波）信号， 37TP03：反相1.024MHZ载波（正弦波）信号，调节电位器37W01使它与37TP02测量点的0相载波幅度大小相等。37TP04：QPSK调制I路调制信号，它来自CPLD电路。37TP05：QPSK调制Q路调制信号，它来自CPLD电路。37P02：PSK、QPSK已调信号输出铆孔。输出什么信号由开关37K01、37K02状态决定：位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为同相载波ASK信号； 位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为反相载波ASK信号； 和位揷塞都揷入，37P02输出为两ASK已调信号叠加，即PSK已调信号。（注意：两种相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真）位揷塞揷入，其它均断开时，37P02输出为QPSK已调信号。2PSK QPSK解调模块38W01：载波提取电路中锁相环压控振荡器频率调节电位器。38P01：PSK、QPSK待解调信号输入铆孔。38K01：解调载波选择开关：揷在左边为PSK正交载波，挿在右边为QPSK正交载波（F9O）38K02：解调载波选择开关：揷在左边为PSK同相载波，挿在右边为QPSK同相载波（FO）38TP01：锁相环压控振荡器2.048MHz载波信号输出。建议用频率计监视该测量点上的信号频率，有偏差时可调节38W01，PSK解调时，当其准确而稳定地锁定在2.048MHz，则可解调输出数字基带信号。38TP02：频率为1.024MHz的正交载波（方波）输出信号。38TP03：频率为1.024MHz的同相载波（方波）输出信号。38P02： PSK解调输出/QPSK解调I路输出铆孔。PSK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DPSK方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。38P03：QPSK解调Q路输出铆孔。3复接/解复接、同步技术模块39SW01：功能设置开关。设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。 39P01：外加基带信号输入铆孔。 39P07：相绝码转换输出铆孔。五、实验内容及步骤（一）PSK（DPSK）调制/解调实验1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK调制模块” 、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、C、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2PSK、DPSK信号线连接：绝对码调制（PSK）时的连接：用专用导线将4P01、37P01；37P02、38P01连接。相对码调制（DPSK）时的连接：用专用导线将4P03、37P01；37P02、38P01；38P02、39P01连接。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4基带输入信号码型设置：拨码器4SW02设置为“00001 “，4P01产生32K的 15位m序列输出；4P03输出为4P01波形的相对码。观察并记录4P01和4P03的波形，并将对应的码元标于波形上方。5. 跳线开关设置：37K01位和位都揷入挿塞。6载波幅度调节：双踪示波器分别接在37TP02（同相载波）和37TP03（反相载波），调节电位器37W01使两路载波幅度大小相等，记录这两个测试点的波形、频率及幅度。7.相位调制信号观察：（1）PSK调制信号观察：双踪示波器分别接测试点4P01和37P02，观察并记录它们的波形。（2）DPSK调制信号观察：双踪示波器分别接测试点4P03和37P02，观察并记录它们的波形。8相位解调信号观测： 38K01和38K02的跳线帽均置于左边。（1）PSK调制方式观察38P02点PSK解调输出波形，并同时观察PSK调制端37P01的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38W01），记录38P02的波形（注意将对应的码元标于波形上方）。（2）DPSK调制方式按步骤2的DPSK连接方法接线，且“同步提取模块”的拨码器39SW01设置为“0010”。观察并记录39P07和4P01的波形。（二）* QPSK调制/解调实验进行QPSK调制/解调实验时揷入有关模块、加电等步骤同PSK实验，不同之処如下：1.工作状态予置开关4SW02置于01101，此时由CPLD产生的四相调相信号直接被加到37TP01上。2. 37K01、37K02的两个揷塞揷在、位，四相调相信号经滤波放大和插塞37K02连接后从37TP02输出。从而实现QPSK调制信号的发送。3.示波器接在37TP04，37TP05可以观察来自CPLD产生的I路和Q路的基带调制信号（两信号的基本波形为方波伪码）。4.示波器接在37T02，可以观察四相调相信号，它是四种相位的正弦波。5.示波器1、2通道分别接于37TP04和38P02可以同时观察I路基带调制信号和I路解调信号；示波器1、2通道分别接于37TP05和38P03可以同时观察Q路基带调制信号和Q路解调信号。6.示波器1、2通道分别接于38P02和38P03可以同时观察I路和Q路两路的解调信号。 7.示波器X、Y输人端分别接于38P02和38P03可以观察到四相调制方型相位星座图。（说明：部分产品F0和F90位置颠倒，故38P03为I路解调信号输出，38P02为Q路解调信号输出。）六、实验记录注意事项1、注意波形要对齐。七、实验报告要求1、根据实验测试记录，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。2、总结实验心得，写实验小结。实验五 AMI/HDB3编译码实验一、实验目的1熟悉AMI / HDB3码编译码规则；2了解AMI / HDB3码编译码实现方法。二、实验仪器1AMI/HDB3编译码模块，位号：F2时钟与基带数据发生模块，位号：G320M双踪示波器1台4信号连接线1根三、实验原理AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的1、1、1、1由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B1T码型。AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。 HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。 如何由二进制码转换成HDB3码呢？HDB3码编码规则如下：1二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=1，V-=1，B+=1，B-=1）。2取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安排要满足以下两个要求：（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份）。（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码？以恢复成原二进制码序列）。 当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。 下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。二进制码序列: 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3码码序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 1 B+ 0 0 V 0 1 +1 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 1从上例可以看出两点：（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个 取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。 虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有1变成1后便得到原消息代码。本模块是采用SC22103专用芯片实现AMIHDB3编译码的。在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现AMIHDB3码的变换，而是采用TL084对HDB3码输出进行变换。编码模块中，输入的码流由SC22103的1脚在2脚时钟信号的推动下输入，HDB3码与AMI码功能由20K01选择。专用芯片的14、15脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成AMIHDB3码。译码模块中，译码电路接收正负电平的AMIHDB3码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码