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通信原理实验报告课 程 通信原理实验 实验题目 （实验5）pcm编译码系统实验 学生姓名 笔墨东韵 评 分 学 号 专 业 电 子 信 息 科 学 与 技 术 一、实验目的1掌握pcm编译码原理与系统性能测试；2熟悉pcm编译码专用集成芯片的功能和使用方法；3学习pcm编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。二、实验仪器1pcm/adpcm编译码模块，位号：h2时钟与基带数据产生器模块，位号:g3100m双踪示波器 1台4信号连接线 3根5小平口螺丝刀 1只三、实验原理脉冲编码调制（pcm）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。pcm通信系统的实验方框图如图5-1所示。图5-1 pcm通信系统实验方框图在pcm脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的pam脉冲序列，然后将幅度连续的pam脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此pam脉冲序列将转换成二进制编码序列。对于电话，ccitt规定抽样率为8khz，每一抽样值编8位码（即为28=256个量化级），因而每话路pcm编码后的标准数码率是64kb。本实验应用的单路pcm编、译码电路是tp3057芯片（见图5-1中的虚线框）。此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于pcm 30/32系统中。它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048mb。各用户pcm编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户，在一个pcm 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的pcm编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将pcm 帧的传输速率设置为64kbit/s或128kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用示波器观测。此时一个pcm 帧里，可容纳的pcm编码分别为1路或2路。另外，发送时序fsx与接收时序fsr使用相同的时序，测试点为34tp01。实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34p02和34p03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。另外， tp3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200hz4000hz，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。四、各测量点的作用34tp01：发送时序fsx和接收时序fsr输入测试点，频率为8khz的矩形窄脉冲；34tp02：pcm线路编译时钟信号的输入测试点；34p01：模拟信号的输入铆孔； 34p02：pcm编码的输出铆孔； 34p03：pcm译码的输入铆孔；34p04：译码输出的模拟信号铆孔，波形应与34p01相同。 注：一路数字编码输出波形为8比特编码(一般为7个半码元波形,最后半个码元波形 被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉)，数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。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，按照下表放置模块：模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块gpcm/adpcm编译码模块h对应位号可见底板右上角的“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。2信号线连接源端目的端连线作用p03（底板）34p01（h）将连续的模拟信号送入pcm编码输入端；34p02（h）34p03（h）将pcm编码输出端数据送入pcm译码输入端；34p04（h）p14（底板）将pcm译码还原信号送入接收滤波器及功放输入端。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。4pcm的编码时钟设定“时钟与基带数据发送器模块”上的拨码器4sw02设置“01000”，则pcm的编码时钟为64khz（后面将简写为：拨码器4sw02）。拨码器4sw02设置“01001”，则pcm的编码时钟为128khz。5将时钟设置为64khz时，模拟信号为正弦波的 pcm编码数据观察（1）拨码器4sw02设置“01000”，则pcm的编码时钟为64khz。（2）双踪示波器探头分别接在测量点34tp01和34p02，观察抽样脉冲及 pcm编码数据。dds信号源设置为正弦波状态(通常频率为2khz)，调节w01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察pcm编码数据的变化。特别注意观察，当无信号输入时，或信号幅度为0时，pcm编码器编码为11010101或为01010101，并不是一般教材所讲授的编全0码。因为无信号输入时，或信号幅度为0经常出现，编全0码容易使系统失步，所以编码时对编码数据奇数位进行了取反操作。注意，本实验时钟为64khz，一帧中只能容纳1路信号。若用普通示波器要观察到稳定波形，通常正弦波频率设为2khz或1khz。（3）双踪示波器探头分别接在34p01和34p04，观察译码后的信号与输入正弦波是否一致。6时钟为128khz，模拟信号为正弦波的pcm编码数据观察上述信号连接不变，将拨码器4sw02设置“01001”，则pcm的编码时钟为128khz。双踪示波器探头分别接在测量点34tp01和34p02，观察抽样脉冲及 pcm编码数据。dds信号源设置为正弦波状态(通常频率为2khz)，调节w01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察pcm编码数据的变化。注意，此时时钟为128khz，一帧中能容纳2路信号。本pcm编码仅一路信号，故仅占用一帧中的一半时隙。用示波器观察34p01和34p04两点波形，比较译码后的信号与输入正弦波是否一致。7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。6、 实验结果（实验设置及测量结果）（1） 拨码器开关4sw02设置为“01000”，pcm编码时钟为64khz；（3） 信号源设置为2khz、峰峰值为1v的正弦波，示波器接至测量点34tp01和34p02，观察抽样脉冲及pcm编码数据，如图5.1所示。也可调节w01，改变信号幅度，观察pcm编码数据的变化。图5.1 抽样脉冲及pcm编码数据（3）示波器接在34p01和34p04。观察译码后的信号与输入正弦波是否一致，如图5.2所示：图5.2 输入正弦波及译码后信号（4） 拨码器4sw02设置为“01001”，则pcm编码时钟128khz。示波器分别接至34tp01和34p02，观察抽样脉冲信号及pcm编码数据。如图5.3所示：图5.3 时钟为128khz的pcm编码数据（5）示波器接在34p01和34p04。观察译码后的信号与输入正弦波是否一致，如图5.4所示：图5.4 输入正弦波及译码后信号7、 实验数据分析1.当输入的模拟信号的幅度调节为0时，画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系。2.观察正弦波（通常频率设为2khz或1khz，峰峰值0v4v）的编码波形，读出正弦波的峰峰值及对应的编码数据（每组四个点，至少记录6-10组峰峰值及对应的编码数据）；设计表格，记录实验数据并做分析，得出你的结论。二进制编码：0001 0010 0111 1001 1000 0100 1011 1100二进制编码：0111 0101 1100 0101 1000 1110 1011 0010二进制编码：0011 0111 0100 0101 0001 0110 1110 0010二进制编码：0111 1000 0011 1010 0011 1100 1001 0010二进制编码：1010 1001 1101 1010 1110 1000 0110 1001二进制编码：1001 1101 0000 1110 1010 0110 0000 1110 峰峰值 二进制编码 0.48v 0001 0010 0111 1001 1000 0100 1011 1100 1.03v 0111 0101 1100 0101 1000 1110 1011 0010 1.50v 0011 0111 0100 0101 0001 0110 1110 0010 2.03v 0111 1000 0011 1010 0011 1100 1001 0010 2.53v 1010 1001 1101 1010 1110 1000 0110 1001 3.06v 1001 1101 0000 1110 1010 0110 0000 11108、 实验心得体会，以及对本次实验有何改进意见。 答：我的实验体会是通过本次实验我们深刻地了解了pcm编译码系统的工作方式和原理，并且借此实验我们也加深了对课本知识的理解，明白了抽样、量化、编码、译码以及低通滤波器在pcm编译码过程中起到的作用。每一步都不可缺失，不然会严重影响信息的有效性。对于实验的改进意见是在实验中存在很多的误差，特别是读取二进制编码的时候，会出现很多读取误差，希望可以采取更加量化的措施来改进实验，从而减少误差。通信原理实验报告课 程 通信原理实验 实验题目 （实验6）fsk（ask）调制解调实验 学生姓名 笔墨东韵 评 分 学 号 班 级 电 子 信 息 科 学 与 技 术 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1信道编码与ask.fsk.psk.qpsk调制模块，位号：a,b位2fsk解调模块，位号：c位3时钟与基带数据发生模块，位号：g位4100m双踪示波器三、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的调制模块采用了可编程逻辑器件+d/a转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成ask，fsk调制，还可以完成psk，dpsk，qpsk，oqpsk等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ask，fsk调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。图6-1 fsk调制电路原理框图图6-1中，基带数据时钟和数据，通过jclk和jd两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成ask或fsk的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过d/a器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。ask/fsk系统中，默认输入信号应该为2k的时钟信号，在时钟与基带数据发生模块有2k的m序列输出，可供该实验使用，可以通过连线将时钟和数据送到jclk和jd输入端。标有ask.fsk的输出铆孔为调制信号的输出测量点，可以通过按动模块上的sw01按钮，切换输出信号为ask或fsk，同时led指示灯会指示当前工作状态。（二） fsk解调电路工作原理图6-2 fsk锁相环解调器原理示意图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6-2所示。fsk锁相解调器采用集成锁相环芯片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. 信道编码与ask、fsk、psk、qpsk调制模块（a、b位）l01：指示调制状态，l01亮时，ask,fsk铆孔输出ask调制信号；l02：指示调制状态，l02亮时，ask,fsk铆孔输出fsk调制信号；jclk：2k时钟输入端；jd：2k基带数据输出端；ask、fsk：fsk或ask调制信号输出端；sw01：调制模式切换按钮。2fsk解调模块（c位）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情况下，按照下表放置实验模块：模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块g信道编码与ask.fsk.psk.qpsk调制a、bfsk解调模块c噪声模块e对应位号可见底板右上角的“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。2信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接：源端目的端连线作用4p01（g）jd（ab）为fsk调制输入2k的15位m序列；4p02（g）jclk（ab）为fsk调制输入2k的基带时钟；ask、fsk（ab）3p01（e）将调制输出送入噪声模块，为fsk调制后信号加噪；3p02（e）17p01（c）将加噪后的调制信号送入fsk解调输入模块；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实验设置设置拨码器4sw02（g）为“00000”，则4p01产生2k的 15位m序列输出，4p02产生2k的码元时钟。按动sw01（ab）按钮，使l02指示灯亮，“ask、fsk”铆孔输出为fsk调制信号。5fsk调制信号波形观察用示波器通道1观测“4p01”（g），通道2观测“ask、fsk”（a&b），调节示波器使两波形同步，观察基带信号和fsk调制信号波形，分析对应“0”和“1”载波频率，记录实验数据。6fsk解调观测l 无噪声fsk解调（1）调节3w01（e），使3tp01信号幅度为0，即传输的fsk调制信号不加入噪声。（2）用示波器分别观测jd（ab）和17p02（c），对比调制前基带数据和解调后基带数据。两路数据是否有延时，分析其原理。（3）调节解调模块上的17w01（c）电位器，使压控振荡器锁定在32khz，同时注意对比jd（ab）和17p03（c）的信号是否相同。l 加入噪声fsk解调（1）在保持上述连线（无噪声时）不变的情况下，逐渐调节3w01（e），使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比（s/n），观察解调信号波形是否还能保持正确。（2）用示波器观察3p01（e）和3p02（e），分析加噪前和加噪后信号有什么差别。7.ask调制解调观测ask调制解调操作和fsk操作类似，不同点在于需调整sw01（ab），使l01指示灯亮，则“ask fsk”输出为ask调制，此时，fsk解调模块被用于ask解调。其他操作和测量参考fsk调制解调完成。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、实验结果以及数据分析1根据实验的连线关系，画出实验结构示意图。jd（ab）时钟与基带数据发生模块g4p01（g）ask、fsk（ab）信道编码与ask.fsk.psk.qpsk调制a、b4p02（g）4p01（g）17p01（c）3p02（e）噪声模块efsk解调模块c3p01（e）2 画出fsk、ask各主要测试点波形。 答：波形如下图。l fsk调制解调观测 （1）拨码器开关4sw02（g）设为“00000”，则4p01产生2k的15位m序列输出，4p02产生2k的码元时钟；（2）按动sw01（ab），使l02指示灯亮，“ask、fsk”铆孔输出为fsk调制信号；（3）示波器通道1观测“4p01（g）”，通道2观测“ask、fsk（a&b）”，调节示波器使两波形同步，观察基带信号和fsk调制信号波形，分析对应的“0”和“1”载波频率。记录实验数据；如图6.1（1）以及图6.1（2）所示：图6.1（1） 基带数据及fsk调制信号图6.1（2） 基带数据及fsk调制信号（4） 调节3w01（e），使3tp01信号幅度为0，即传输的fsk调制信号不加入噪声，用示波器分别观测jd（ab）和17p02（c），对比调制前和解调后的基带数据，分析是否有延时，如图6.2所示；图6.2 调制前基带数据及解调后基带数据（5）保持连线不变，逐渐调节3w01（e），使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比(s/n )，观察解调信号波形是否还能保持正确，如图6.3所示：图6.3 调制前基带数据和加噪后解调的基带数据 （6）示波器观察3p01（e）和3p02（e），分析加噪前和加噪后信号有什么差别；如图6.4所示。图6.4 加噪前fsk调制信号及加噪后fsk调制信号l ask调制解调观测ask调制解调操作和fsk操作类似，不同点在于需调整sw01（ab），使l01指示灯亮，则“ask fsk”输出为ask调制。图6.5 基带数据及ask调制信号图6.6 调制前基带数据及解调后基带数据图6.7 加噪前ask调制信号及加噪后ask调制信号3分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，这种解调方式在什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题? 答：根据实验数据以及波形，我们可以看出输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比产生延迟。这种解调方式在相位延迟情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题。7、 实验心得体会，以及对本次实验有何改进意见。 答：心得体会是本次实验让我们深刻地明白了信号ask，fsk调制方式的原理，同时让我们加深了对课本知识的理解。在实验中，加入了噪声的影响，让我们明白在现实生活中的通信中，噪声是不可避免的，所以对于处理信号的处理，特别是对噪声的处理，是十分重要和关键的。在实验中，通过观察到2ask，2fsk调制和解调的波形，也使我更加熟练地操作示波器。对本次实验的改进意见是在实验的最后，可以增加多进制的ask，fsk信号调制扩展实验。通信原理实验报告课 程 通信原理实验 实验题目 （实验7）眼图观察测量实验 学生姓名 笔墨东韵 评 分 学 号 班 级 电 子 信 息 科 学 与 技 术 一、实验目的1.学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。二、实验仪器1. 眼图观察电路（底板右下侧）2时钟与基带数据发生模块，位号：g3噪声模块，位号e4100m双踪示波器1台三、实验原理 在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。 我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。 什么是眼图? 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。 在图7-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。图7-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图7-2的形状。由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图7-3所示。衡量眼图质量的几个重要参数有： 1眼图开启度(u-2u)/u指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。图7-1 无失真及有失真时的波形及眼图 (a) 无码间串扰时波形；无码间串扰眼图 (b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图图7-2 眼图的重要性质 其中u=u+u- 2“眼皮”厚度2u/u 指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。 3交叉点发散度t/t 指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。 4正负极性不对称度 指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。在图7-3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成psk解调输出基带信号的眼图观测实验。 (a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统图7-3 实验室理想状态下的眼图四、各测量点和可调元件作用底板右下侧“眼图观察电路”w06：接收滤波器特性调整电位器。p16：眼图观察信号输入点。p17：接收滤波器输出升余弦波形测试点（眼图观察测量点）。五、实验步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块：模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块g噪声模块e对应位号可见底板右上角的“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。2信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接：源端目的端连线作用4p01（g）3p01（e）将待传输的码元数据送入高斯白噪声信道；3p02（g）p16（底板）将经过加噪后的信号送入眼图观察电路；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实验内容设置拨码器“4sw02”（g）设置为“00011”，4p01产生32k的 511位m序列；5眼图观测（1）用示波器的一根探头ch1放在“4p02”（g）上，另一根探头ch2放在“p17”（底板）上，选择示波器触发方式为ch1。（2）调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。l 无噪声眼图波形观察（1）调节3w01（e）电位器，将3tp01噪声电平调为0，使传输信道无噪声；（2）调整接收滤波器（这里可视为整个信道传输滤波器）的特性，使之构成一个等效的理想低通滤波器。观看眼图，调整电位器w06直到眼图波形的过零点位置重合、线条细且清晰，此时的眼图为无码间串扰、无噪声时的眼图。在调整电位器w06过程中，可发现眼图波形过零点线条有时弥散，此时的眼图为有码间串扰、无噪声时的眼图，并且线条越弥散，表示码间串扰越大；在调整过程中，还可发现w06在多个不同位置，眼图波形的过零点都重合，由于w06不同位置，对应的不同特性，它正好验证了无码间串扰传输特性不是唯一的。l 有噪声时眼图波形观察调节3w01（e），逐渐增加噪声电平。在增大噪声电平的过程中，注意观察眼图的形状变化，分析噪声电平对眼图的影响，反过来通过不同状态的眼图，分析当前传输信道的噪声。l 调整眼图电路参数后眼图观察调节w06（底板）电位器，改变眼图信道传输滤波器的带宽，在调整过程中，分析信道带宽对眼图电路的影响，并结合眼图理论分析带宽、码间串扰。6. 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。6、 实验结果及分析l 无噪声眼图波形观察此时的眼图无码间串扰，过零点线与基带下降沿重合，线条清晰没有重合的痕迹：调整电位器w06，此时眼图由于码间串扰变得弥散且线条混乱，不再是完全张开的眼睛：继续调整电位器，码间串扰更加严重：在调整过程中，w06在多个不同位置眼图波形的过零点都重合。l 有噪声时眼图波形观察开始加噪声，当噪声不太大时，眼图如下。继续加大噪声，眼图如下。l 调整眼图电路参数后眼图观察 在把信道传输滤波器带宽调的越来越宽的过程中出现了这样的眼图变化，当带宽越宽，码间串扰越严重，眼图越变形。六、实验思考题1 分析电路的工作原理，叙述其工作过程。 答：拨码器4sw02设置为00011，4p01产生32k的 511位m序列作为基带信号，眼图观察的对象。用示波器的一根探头ch1放在4p02（g）上，另一根探头ch2放在p17（底板）上，选择示波器触发方式为ch1。调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。2 叙述眼图的产生原理以及它的作用。 答：眼图的产生原理：如果将接收波形输入示波器的垂直放大器，把示波器的水平扫描频率调整为1/tb，与码元定时同步，则可把相隔的各码元波形调整成为一个重叠的图形，这个图形与人眼想象，故常称它为眼图。如波形有失真，存在码间干扰，每一抽样点上的值不是固定值，这样“眼睛”的张开程度缩小。所以，“眼睛”的张开程度可以作为基带传输系统性能的一种度量，它不但反映串扰的大小，而且也可以反映信道噪声的影响。 眼图的作用：在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。7、 实验心得体会 答：我的实验体会是通过本次实验，我深刻地体会到眼图的作用直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。通过观察眼图并作分析，记录，使我掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。在实际的通信系统中，存在很多的干扰，在这一点上，眼图为工程分析带来了很大的便利。在以后的探究和学习中，我会好好使用眼图这个工具，来对信道传输性能进行分析，并以此来减小码间干扰和噪声的影响。实验对于理论学习尤为重要，课本上的眼图知识，仅仅局限于眼图的产生原理和作用，而在实验中，我可以观察到眼图和噪声之间的变化关系，总之，本次实验让我加深了对课本知识的理解，是一次很不错的实验。通信原理实验报告课 程 通信原理实验 实验题目 基于simulink的pcm编解码仿真 学生姓名 笔墨东韵 评 分 学 号 班 级 电 子 信 息 科 学 与 技 术 一实验目的1 掌握pcm编解码的原理及应用2 掌握matlab平台的基本知识3 掌握基于matlab的simulink模块的调试与仿真4 掌握simulink对pcm编解码进行仿真二 实验内容利用matlab平台的simulink进行pcm编解码的仿真，要求设计一个pcm编解码模块（分为编码部分，信道部分，解码部分）三 实验器材1 win7系统pc机一台2 matlab 2014a及simulink平台四 实验原理1. pcm简介现在的数字传输系统都是采用脉冲编码调制(pulse code modulation) 体制。pcm最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。pcm有两个标准即e1和t1。我国采用的是欧洲的e1标准。t1的速率是1.544mbit/s,e1的速率是2.048mbit/s。 pcm：相变存储器(phase-change memory pcm)是由ibm公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存flash和硬盘驱动器hdd。pcm在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲0码和1码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为pcm（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由pcm电端机产生。 pcm可以向用户提供多种业务，既可以提供从2m到155m速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。 pcm线路的特点： pcm线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。 支持从 2m开始的各种速率,最高可达155m的速率。 通过sdh设备进行网络传输，线路协议简单。 与传统的ddn技术相比,pcm具有以下特点： 线路使用费用相对便宜。 能够提供较大的带宽。 接口丰富便于用户连接内部网络。 可以承载更多的数据传输业务。pcm （动力控制模块）： 汽车电控部分，电控单元的动力控制模块，有存储器、输入、输出。2. pcm原理框架pcm即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。pcm的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据ccitt的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为a律和律方式，我国采用了a律方式，由于a律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化pcm编码示意图见图1。 图1: pcm原理框图3.pcm编码的抽样量化及编码原理抽样：所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。量化：从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图2所示，量化器q输出l个量化值，k=1，2，3，l。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为： 这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。 图2: 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和a压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用a压缩律，因此，pcm编码方式采用的也是a压缩律。所谓a压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：a律压扩特性是连续曲线，a值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于a律函数规律的13折线(a=87.6)的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的pcm编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。图3示出了这种压扩特性。图3: 13折线示意图表1： 13折线的值与计算值的比较。0101按折线分段时的01段落12345678斜率16168421表1中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。编码：所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。表2： 段落码 表3： 段内码段落序号段落码量化级段内码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表3。五simulink设计及仿真1.pcm编码器设计：设计步骤及思路如下：1.) 设计一个信号发生器signal generator且输入为一个频率为100hz的正弦波，通过采样器且采样时间为0.001s。2.) 然后将输入通过-1,1的限幅器(saturation)，其主要作用是将输入信号的幅度限制在pcm编码的定义范围内。3.) 用abs函数进行绝对值处理。输入值取绝对值之后，用模块进行a律13折线压缩。4.) 用gain增益模块将输入值放大到127，然后用间距为1的quantizer进行四舍五入取整。5.) pcm编码输出的二进制序列中，每个值都用8位的二进制码进行表示，其中最高的比特位表示的是值得正负性质，并且负值用0表示，正值用1表示。所以这里用relay模块将门限设置为0，使其输出即可做pcm编码二进制序列的最高位来表示正负极性。6.) 最后将整数编码为7位二进