现代通信技术实验平台说明书RZ8681B.doc

现代通信技术实验平台说明书 前 言润众科技有限公司是国内著名的通信实验产品研发企业。枕紫金，挽玄武，踞金陵城之宝地，映秦淮河之碧波。公司座落在风景秀丽的六朝古都、现代电子、文化名城南京。公司依靠本地区电子工业发达、教育资源丰富的优势先后研发了通信原理、信号与系统、光纤通信、程控交换、移动通信、高频电子线路、射频通信、微波通信及天线、现代通信网络实验系统、通信网与SDH传输实验系统、DSP与通信应用系列、课题设计系列、实验台系列、通信仪表设备、虚拟仪器系列、软件无线电系列、开放实验室管理系统等通信电子实验教学设备，其中通信原理更是本公司的拳头产品，国内第一台通信原理实验箱就诞生在这里。公司始终以科技为先导，以满足各类院校教学要求为目标，先后开发出RZ860l、RZ861l、RZ862l、RZ863l、RZ864l、RZ868l、RZ8641B、RZ8681B等多代通信原理实验产品，适应了各类不同学校的需求。RZ8681B现代通信技术实验平台是针对电子和通信工程类专业学生，系统完成通信原理等现代通信技术相关课程实验专门研制的实验平台。该平台实验内容丰富、全面、系统性强。它除包括信源的模数转换、模拟调制、基带传输、数字调制、同步技术、信道纠错编码等基本通信原理实验外，还增加了软件无线电、各种复用复接技术等现代通信技术的实验，还可选购光纤、信道均衡等模决进行相关的实验。系统采用“主板+实验模块”相结合的灵活结构，便于学校选择、定制、硬件升级。实验平台全部采用模块化结构，各模块既能完成通信系统中对应单元部件实验，又能由学生用各单元模块构建一个完整通信系统进行系统实验。说明书先介绍拨码开关设置，因为它能设置各种实验项目、信号类型、功能和参数等，然后再介绍各种实验。通常实验分为通信原理预备性实验、通信原理重要部件实验、信道复用技术和均衡技术实验、通信系统实验等。 润众公司任重道远，公司感谢教育界同仁多年来对我们的支持，感谢贵校选择我公司的产品，并热忱欢迎老师和同学们对我们产品提出宝贵意见，愿我们公司产品伴随贵校的教学工作共同进步、发展。由于水平所限，书中缺点错误在所难免，恳请广大读者批评指正。技术支持及联系方式： 电 话:84585951 68550915 传 真:E-Mail：Http:/ 润众教材编写组2011年09月版目 录前 言1目 录2拨码器开关设置一览表4第一部分 通信原理预备性实验7实验1 DDS信号源实验7实验2 用户电话实验11实验3 CPLD可编程逻辑器件实验13实验4 接收滤波器与功放实验18实验5 USB接口实验21实验6 数字光纤通信实验*23实验7 虚拟仪器使用说明*26第二部分 通信原理重要部件实验29实验1 抽样定理及其应用实验29实验2 PCM编译码系统实验33实验3 ADPCM编译码系统实验37实验4 CVSD编译码系统实验41实验5 FSK（ASK）调制解调实验47实验6 PSK QPSK调制解调实验53实验7 数字同步技术实验63实验8 眼图观察测量实验68实验9 数字频率合成实验73实验10 卷积编译码及纠错能力验证实验79实验11 汉明码编译码及纠错能力验证实验86实验12 汉明、交织码编译码及纠错能力验证实验90实验13 循环码编译码及纠错能力验证实验93实验14 软件无线电技术实验之一（FSK调制解调）97实验15 软件无线电技术实验之二（BPSK调制解调）102实验16 软件无线电技术实验之三（QPSK调制解调）105实验17 软件无线电技术实验之四（OQPSK调制解调）108实验18 软件无线电技术实验之五（MSK调制解调）111实验19 软件无线电技术实验之六（AM调制）114实验20 软件无线电技术实验之七（DSB调制）119实验21 软件无线电技术实验之八（SSB调制）122实验22 基带信号的常见码型变换实验126实验23 AMI/HDB3编译码实验131实验24 集成乘法器幅度调制电路实验*136实验25 集成乘法器幅度解调电路实验*143实验26 变容二极管调频器实验*147实验27 电容耦合回路相位鉴频器实验*151第三部分 信道复用技术和均衡技术实验156实验1 频分复用/解复用实验156实验2 时分复用/解复用实验160实验3 码分复用/解复用实验165实验4 手动频域均衡实验169实验5 预置式自动时域均衡实验172第四部分 通信系统实验177实验1 PCM、HDB3传输系统实验177实验2 PCM、汉明码传输系统实验179实验3 PCM、汉明、交织码传输系统实验181实验4 CVSD、汉明码传输系统实验183实验5 CVSD、汉明、交织码传输系统实验185实验6 光纤时分复接/解复接系统综合实验*187实验7 单台实验箱实现单工通信系统实验189实验8 两台实验箱实现双工通信系统实验191实验9 通信信道误码仪测试实验*194实验10 通信信道虚拟误码仪测试实验*196第五部分 二次开发实验198实验1 M序列产生实验198实验2 PCM时序控制实验198实验3 CMI编译码实现实验198实验4 绝对/相对码转换实验198实验5 FSK系统建模与设计（VHDL）实验198148 拨码器开关设置一览表在本实验平台上，我们采用了红色的拨码器，设置各种实验的项目、信号类型、功能和参数。拨码器的白色开关上位为1；下位为0。现将各主要拨码开关功能列表说明如下：表0-1“时钟与基带数据产生模块”5位拨码开关4SW02状态设置与功能一缆表类 別4SW02状态时钟与基带数据产生模块产生的信号、时钟及其它功能信号输出或信号测量点M序 列 设 置00000PN15 2K（15位m序列：111101011001000）4P01输出00001PN15 32K（15位m序列：111101011001000）4P01输出00010PN31 2K （31位m序列：1111100110100100001010111011000）4P01输出00011PN31 32K (31位m序列：1111100110100100001010111011000)4P01输出CVS编码及PCM 线路编码时钟设置001008K 的CVSD编码时钟0010116K的CVSD编码时钟0011032K 的CVSD编码时钟0011164K 的CVSD编码时钟0100064K的 PCM线路编码时钟01001128K的 PCM线路编码时钟自编数据输出01110用拨码开关4SW01设置8比特自编数据，数据速率为64K。4P01输出时分复用设置01111拨码开关4SW01设置的8比特数据输出，数据速率为64K， PCM编码时钟为64K、CVSD编码时钟为64K、滤波器截止频率为2.65K8比特数据4P01输出， 待 用01101码型变换 设置X=1对2KPN码码型变换；X=0对SW01自编码码型变换1X000单极性归零编码4TP01输出1X001双极性不归零码4TP01输出1X010双极性归零码4TP01输出1X011CMI码4TP01输出1X100曼彻斯特码4TP01输出1X101密勒码4TP01输出1X110PST码4TP01输出注：1. 时钟与基带数据产生模块中各铆孔与测量点说明：4P01为原始基带数据输出铆孔； 4P02为码元时钟输出铆孔；4P03为相对码输出铆孔。 4TP01为码型变换后输出数据测量点；4TP02为编码时钟测量点。2 5位拨码开关4SW02补充说明：左起第一位为“0”, 4P01 输出信号码型为单极性不归零码；左起第一位为“1”, 4TP01 输出信号码型如上表。左起第二位为“1”, 4P01 输出15位m序列；左起第二位为“0”, 4P01 输出4SW01拨码器设置的8bit数据。3 以上实验设置的功能和各种参数也可根据学校要求定制。表0-2“汉明、交织、循环编码模块”拨码开关24SW01状态设置与功能一缆表24SW01状态功 能0XXX外部输入数据，64K1XXX读取24SW02设置数据，往上为1，往下为0X001汉明编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效X010交织编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效1100循环编码，不可外部输入数据。24SW02后三位数有效X000卷积编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效表0-3“汉明、交织、循环传输模块”拨码开关23SW01状态设置与功能一缆表23SW01状态功能该位置“0” 原编码对应位数据不变该位置“1”原编码对应位数据取反表0-4“汉明、交织、循环译码模块”拨码开关25SW01状态设置与功能一缆表25SW01状态功 能X001汉明译码 X010交织译码X100循环译码X000卷积译码注：译码模块25SW01第一位X为空位待用。表0-5“复接/解复接、同步技术模块”4位拨码器开关39SW01设置与功能一缆表39SW01状态功 能说 明00012K基带数据的同步时钟提取、再生2K基带数据从39P01输入，39P06输出提取同步时钟，39P07输出再生2K基带信号。001032K DPSK时钟提取、相对码/绝对码转换（相对码对应于“时钟与基带数据产生模块”中生成的4P03输出，绝对码对应4P01输出）32K DPSK数据从39P01输入，39P06输出提取同步时钟，39P07输出再生基带信号（绝对码）001132K基带数据的同步时钟提取、再生32K基带数据从39P01输入，39P06输出提取同步时钟，39P07输出再生32K基带信号。1111时分复接/解复接实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码、CVSD编码等数据的时分复接/解复接功能。0111码分复接/解复接实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码等数据的码分复接/解复接功能。0100外部数据的绝对码与相对码转换功能绝/相转换：基带绝对码输入铆孔39P02；相对码输出铆孔39P06; 相/绝转换：相对码输入铆孔39P01；基带绝对码输出铆孔39P07;基带绝对码速率为：2K左右（可为计算机串口数据：波特率2400） 本实验平台其它一些模块还有拨码开关，由于它们功能比较简单，我们将在相应模块中说明，在此不再列表介绍。第一部分 通信原理预备性实验实验1 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频率计1台3. 20M双踪示波器1台4低频信号发生器 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 D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.备用、3.正弦波、4.三角波、5.方波、6.扫频信号、7.调幅信号、8.双边带信号、9.调频波、10.外输入AM波等十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，最大序号为10，正好与l0种输出信号状态对应。序号为10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。3）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，顺时针旋转频率每步增加100HZ，逆时针减小100HZ；在其它序号，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) 实验结束，通常DDS信号源常置于正弦波输出状态，频率为2KHZ。因为正弦波是最常使用的模拟信号源，以便后面实验使用。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D1D2D3D41载波20KPWM波（频率0.1-20KHZ可调）00012备用载波20KPWM（频率锁定于初始状态10KHZ或最新PWM波设定的频率）00103正弦波载波20K00114三角波载波20K01005方波载波20K01016扫频载波20K01107调幅载波20K01118双边带载波20K10009调频载波20K100110外部调制信号外输入信号AM调制载波20K1010备注：1.对于调幅、调频信号，载波频率固定为20KHz,内部产生调制波频率固定为1KHz，由外部“调制输入”的调制信号频率由外部输入信号决定。2.扫频信号的扫频范围是300Hz50KHz。六、实验报告要求1简叙DDS信号源工作原理。2画出DDS信号源各种输出信号波形，并说明其幅度、频率等调节方法。实验2 用户电话实验一、实验目的1了解用户电话模块的工作原理；2了解本模块在后续实验系统中的作用；3熟悉本模块使用方法。二、实验仪器1用户电话模块（实物图片如下）2时钟与基带数据发生模块，位号：G （实物图片见第17页）3频率计1台420M双踪示波器1台5. 小电话单机1部三、实验原理本模块提供用户模拟电话接口，图2-1是其电路结构示意图。J02A是电话机的水晶头接口，U01是PBL38614专用电话集成电路。它的工作原理是：当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38614的TR对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T端输出。T端的模拟电话输出信号经P05铜铆孔送出，可作为语音信号输出用。 当接收对方的话音时，送入U01芯片R端的输入信号可由P06铜铆孔送入。此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。南京润众科技有限公司整理U01J02AP05PBL38614电话接口芯片P06TRTR图2-1 用户电话结构示意图四、各可调元件及测量点的作用 J02A：用户电话的水晶头接口。P05: 用户电话语音发送信号输出铆孔。P06: 用户电话语音接收信号输入铆孔。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）将电话单机挿入用户电话模块水晶接头，对着单机送话器说话或按住某个数字键不放，用示波器测试用户电话发端(P05输出铆孔)波形。3）用信号连接线连接P03与P06铆孔，即将DDS信号送入用户电话的接收端，调节信号的频率和幅度，听单机受话器输出的声音。6. 关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线。六、实验报告要求1简述用户电话接口电路工作原理。2记录电话数字键波形，了解电话拨号的双音多频的有关技术。实验3 CPLD可编程逻辑器件实验一、实验目的1了解ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240；2了解本模块在实验系统中的作用及使用方法；3掌握本模块中数字信号的产生方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片如下）220M双踪示波器1台 3频率计1台三、实验原理CPLD可编程模块（时钟与基带数据发生模块，芯片位号：4U01）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240、下载接口电路（4J03）和一块晶振（4JZ01）组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。本实验要求实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，理论联系实践，提高实际操作能力。m序列是最被广泛采用伪随机序列之一，除此之外，还用到其它伪随机码，如Gold序列等，本模块采用m序列码作为系统的数字基带信号源使用，在示波器上可形成稳定的波形，方便学生观测分析。下面介绍的m序列原理示意图和仿真波形图都是在MAX+PLUS II软件环境下完成。其中，RD输入低电平脉冲，防止伪随机码发生器出现连0死锁，其对应仿真波形的低电平脉冲。CLK为时钟脉冲输入端。OUT为m序列伪随机码输出。下图3-1、图3-2为三级m序列发生器原理图和其仿真波形图。在实验模块中的clk为2KHZ时钟，输出测试点为4P02，m序列输出测试点为4P01。图3-1 三级m序列发生器原理图（M=7）图3-2 三级m序列仿真波形图下图3-3、图3-4为四级m序列发生器原理图和其仿真波形图。图3-3 四级m序列发生器原理图（M=15）图3-4 四级m序列仿真波形图下图3-5、图3-6为五级m序列发生器原理图和其仿真波形图。图3-5 五级伪随机码发生器原理图图3-6 五级伪随机码仿真波形图图3-7中介绍是异步四级2分频电路，其特点是电路简单，但由于其后级触发器的触发脉冲要待前级触发器的状态翻转之后才能产生，因此其工作速率较低。在对分频输出时钟的相位关系要求严格的情况下，一般采用同步分频法，具体实现原理请同学自己整理。图3-8为异步四级2分频电路仿真波形图。图3-7 四级2分频原理图图3-8 四级2分频仿真波形图另外，在本模块上设计了一个8位的拨码器和一个5位的拨码器。8位的拨码器用来设置8比特的数字信号源，5位的拨码器用来控制数字信号的速率、码型和其它模块的工作时钟，具体设置可参见“前言”中的拨码开关设置说明。本模块上的EPM240芯片的编译环境是quartusII软件。四、各测量点的作用本模块加电后即运行，输出各种数字信号和时钟，通过底板送到各个实验模块。 4P01：输出m序列或4SW01设置的8比特串行数据，由4SW02拨码器控制。 4P02：4TP01对应的码元时钟。 4P03: 4TP01对应的相对码。 4TP01：4P01对应的一些码型变换，由4SW02拨码器控制。 4TP02：4TP01对应的码型变换时钟。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”，插到底板“G”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。3拨码器4SW02设置“00000”，此时4P01输出15位2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。4拨码器4SW02设置“00001”，此时4P01输入15位32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。5拨码器4SW02设置“00010”，此时4P01输出31位2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。6拨码器4SW02设置“00011”，此时4P01输出31位32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。7拨码器4SW02设置“01110”或“01111”，此时4P01输出的波形为4SW01拨码器设置的数据。改变拨码器4SW01设置，用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。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记录本模块产生的时钟和伪随机码序列，画出测试的波形图。2运用MAX+PLUS II或quartusII软件，VDHL语言或图形法设计产生一个多级m序列。写出你设计过程和仿真结果。实验4 接收滤波器与功放实验一、实验目的1了解接收滤波器与功放模块的组成结构；2掌握接收滤波器与功放模块的使用方法。二、实验仪器1. 接收滤波器与功放模块(位于大底板右下角，实物图片如下)2时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片见第3页）320M双踪示波器1台 4信号连接线2根三、实验原理本实验模块位于底板的右边，由低通滤波器、低频功放、喇叭等组成。可作为PAM、PCM、CVSD等通信模块的接收终端。其组成结构示意图，如图4-1所示。K601上、中位低 通滤波器功 率放大器P15P14K601下位4SW02拨码器图4-1 终端滤波放大器结构示意图外加信号通过P14铆孔送入低通滤波器电路，低通滤波器带宽有2.6KHZ和5KHZ两种，由K601拔动开关上位、中位人工手动设置，经过低通滤波器滤波后的信号，可在P15测试点进行观测。滤波后的信号接着送入LM386构成的低频功率放大器，驱动小喇叭播放出声音， W09可调节喇叭音量大小,K601拔动开关下位可断开喇叭。实验者通过本模块喇叭播放功能，可感性的判断音频信号经编解码信道的传输质量。四、实验设置K601：上位，低通滤波器带宽为2.6KHZ中位，低通滤波器带宽为5KHZ下位，断开喇叭。W09：音频功率放大器输出功率的调节电位器，注意音量不可调节太大。P14：外加模拟信号输入连接铆孔。P15：经滤波器滤波后输出连接铆孔。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”，插到底板“G”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。3滤波器测试用信号源选择与调节采用非同步函数信号选择正弦波档，用示波器和频率计监测P03测试点，调节W02使其频率最低，峰峰值4V左右。如用其它音频信号源亦可。4信号线连接用专用导线将P03、P14两铆孔连接，将测试信号送入后面的“接收滤波功放模块”。5截止频率2.6K滤波器测试K601：上位，低通滤波器带宽为2.6KHZ,用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。(输出的信号幅度下降到0.707时所对应的频率为滤波器的截止频率。)6截止频率5K滤波器测试K601：中位，低通滤波器带宽为5KHZ,用示波器监测P15测试点，调节W02，测试其滤波器截止频率并作记录。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。六、实验报告要求1画出实验过程结构示意图，熟悉低通滤波器频率的设置。2LM386芯片常用来设计低频功率放大器，请查找有关资料，画出放大倍数分别为20、50、200的LM386构成的功放电路。实验5 USB接口实验一、实验目的了解计算机USB接口通信；二、实验仪器1. USB接口(位于大底板左上，实物图片如下)2实验平台320M双踪示波器1台 4信号连接线1根5USB接口线1根三、实验接口及测试点：USB：计算机USB接口。P01：发送给计算机的数据铆孔。P02：计算机发送过来的数据铆孔。四、实验内容及步骤1在关闭系统电源的条件下，将实验平台上接口USB与计算机USB连接。2打开系统电源开关。3打开计算机USB调试软件。4在USB接口调试软件的发送窗口键入发送信息，点击“发送”；同时用示波器测试实验平台上的P02铆孔，检验是否有数据下来。5用信号连接线连接P01、P02。6再次点击“发送”，看USB接口调试软件的接收窗口，是否能正确接收到发送的数据。7实验完毕，先关闭平台电源，再拔USB接口连接线。五、实验报告要求1画出实验过程结构示意图。2熟悉USB接口使用。实验6 数字光纤通信实验*（说明：凡带*号的均为选购件实验）一、实验目的1初步了解完整光通信的基本组成结构；2掌握光通信的通信原理；3熟悉本模块的使用方法。二、实验仪器1. 数字光纤通信系统（实物图片如下，本模块为选购件）2时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片见第3页）320M双踪示波器4ST-ST单模尾纤 1根5信号连接线 2根6光信道（光端机、尾纤选配）三、基本原理本实验主要涉及两部分：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。实验系统（光通信）基本组成结构（光通信）如图6-1所示：光 电电 光电发射电接收光发射光接收P10/P12P11/P13 光纤 1310nmLD+单模 或1550nmLD+单模图6-1 实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分发送的电信号可以是M序列，也可以是各种编码信号（PCM、CVSD等TTL数字信号），光信道可以是1310nmLD+单模光纤组成，也可以是1550nmLD+单模光纤组成。需要说明的是本实验系统中提供的两个光端机接口，可配置的两个不同工作波长的一体化结构数字光端机。光端机包括光发射端机TX（集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接收端机RX（集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。一体化数字光端机的结构示意图如图6-2所示： RX TX P11/P13P10/P12 TX光接收输入光发射输出光纤图6-2 一体化数字光端机结构示意图四、各可调元件及测量点的作用W07/W08：对应光发端机的输入电平调节，调节后信号在旁边测试过孔测量。P10/P12：光发端机输入电信号连接铆孔。P11/P13：光收端机输出电信号连接铆孔。LD01/LD02：一体化数字光端机插座。五、实验步骤1关闭系统电源，用ST-ST单模尾纤连接光端机的光发送接口和光接收接口，注意收集好器件的防尘帽（我们默认使用上面一个光端机）。2对应位号安置好“时钟与基带数据发生模块”，信号连接线连接4P01和P10两铆孔3打开系统电源， 4SW02设置“00000”（白色开关往上为1，往下为0），即在4P01铆孔输出2KHZ的15位m序列。4示波器测试P10铆孔波形，确认有相应的波形输出。5示波器A通道测试W07边上的测试过孔，调节W07电位器，确认有相应的波形输出（调节W07即增大送入光发端机信号幅度，最大不超过5V）。6示波器B通道测试光收端机输出电信号的P11铆孔，看是否有与P10铆孔一样或类似的信号波形。7轻轻拧下ST-ST单模尾纤，观测P11铆孔的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。8以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，实验者可依据双工通信的要求设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。9关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本一体化光端机的光输入、输出接口为ST头。六、实验结果1画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。2结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。3画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明实验7 虚拟仪器使用说明*一、实验目的1掌握本虚拟示波器和频谱仪的使用方法；2了解本实验系统硬件的原理结构。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片如第3页）2线路均衡、软件无线电调制模块 位号：A （实物图片见第153 页）320M双踪示波器4信号连接线 2根5USB接口线 1根三、实验原理虚拟仪器（VirtualInstruments简称VI）技术发展非常迅速，所有测量测试仪器主要由数据采集、数据分析、结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成（如有代表性的LABVIEW软件），因此只要提供一定采集精度的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器（VI）。注意：这里所指的虚拟仪器和EDA仿真软件中的虚拟仪器概念完全不同，它可以完全替代传统台式测量测试仪器。而EDA仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的、仿真的。虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。图7-1为本实验中虚拟仪器的结构示意图,图中数据采集电路在“线路均衡、软件无线电调制模块”内，AD采集由V1572芯片完成，采集数据由DSP处理后经USB送往计算机。由于模块采样率的限制，为了能得到较为理想的测试效果，测试信号的最高频率最好不要超过40KHZ。 待测信号V1572 AD采集DSP数据处理USB接口数据采集卡计算机41P01图7-1虚拟仪器测试结构示意图待测信号由41P01铆孔输入， “线路均衡、软件无线电调制模块”中41SW01拨码开关选择“0000”（往上为“1”，往下为“0”），41K01选择左边档“频谱”，USB接口通过接口电缆与计算机连接。例如要测试频率为9KHZ峰峰值为2.8V的正弦波信号的波形，虚拟示波器测试界面如图7-2所示。如要测试此正弦波信号的频谱，请点击界面中左上角“频谱分析”标题。界面如图7-3所示，选择频谱分析功能时，右边的时间、幅度等旋钮开关均不起作用。图7-2 测试信号波形时虚拟示波器界面图图7-3 测试信号频谱时虚拟频谱仪界面图第二部分 通信原理重要部件实验实验1 抽样定理及其应用实验一、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：H（实物图片如下）2时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片见第3页）320M双踪示波器1台4频率计1台5小平口螺丝刀1只6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。接收数字低通滤波器截止频率的设置由该模块中微型连排拨动开关4SW02置位确定。 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“时钟与基带数据发生模块”、“PAM脉冲幅度调制模块”，插到底板“G、H”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：用专用铆孔导线将P03、32P01；P09、32P02；32P03、P14连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。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（通常频率为2KHZ）送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，调节电位器W01，使该点正弦信号幅度约2V（峰一峰值）。5取样脉冲观察：当DDS信号源处于PDM波1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取样恢复信号观察：PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）设有两组参数，其截止频率分别为2.6KHZ、5KHZ。调节不同的输入信号频率和不同的抽样时钟频率，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。（注意，调节32W01应使32TP01、32P03两点波形相似，即以不失真为准。）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.写出实验目的和内容。2.简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。3.写出自行设计的实验步骤，记录实验时各种测试条件，所测各点的波形、频率、电压等各项测试数据并验证抽样定理。4.说明抽样后信号经过PAM模拟信道传输及接收数字低通滤波器后，波形将会出现哪些失真。5.写出实验体会。实验2 PCM编译码系统实验一、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：H（实物图片如下）2时钟与基带数据产生器模块，位号:G（实物图片见第3页）320M双踪示波器1台4低频信号源1台（选用）5频率计1台（选用）6信号连接线3根7小平口螺丝刀1只三、实验原理脉冲编码调制（