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通信原理实验指导书适用专业：电子信息工程 信息与电气工程学院2010年3月目 录实验要求及注意事项1实验一 AMI / HDB3码编译码过程实验2实验二 眼图观察测量实验7实验三 FSK(ASK)调制实验11实验四 FSK(ASK)解调实验14实验五 二相PSK调制实验17实验六 二相PSK解调实验22实验七 脉冲编码调制PCM与时分复用26通信电子电路实验指导书实验要求及注意事项1、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：1)认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算；2）熟悉实验任务；3)复习实验中所用的仪器的使用方法及注意事项。2、使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。3、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误后才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫、或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意后再继续实验。5、实验过程中需要改变接线时，应关断电源后才能拆、接线。6、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据、波形、现象），所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。7、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理好。8、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。- 47 通信原理实验指导书实验一 AMI / HDB3码编译码过程实验一、实验目的1. 熟悉AMI / HDB3码编译码的原理及工作过程；2. 观察AMI / HDB3码码型变换编译码电路的测量点波形。二、实验工作原理（一） HDB3 / AMI编码原理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交替的变换为传输码的+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1B/1T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或B00V,实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3、 HDB3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。 下面我们举个列子来具体说明一下，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。从上述原理看来，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个连0码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。图1-1 NRZ-HDB3码编码工作波形（二）HDB3/AMI译码原理译码是编码的逆过程。其波形如图1-2所示。图1-2 HDB3译码工作波形实验电路工作原理在实验系统中， HDB3/AMI的编译码由CPLD完成，U501内部编码程序完成HDB3/AMI的编码，U501内部译码程序完成HDB3/AMI译码。在该电路模块中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现HDB3码，而是采用U504A(TL082)对HDB3/AMI码的输出进行变换。SW501、SW502、SW503使用说明： 1SW501为8比特基带信号设置开关，每位拨上位1，拨下位0，速率为32KHZ（或者64KHZ），如下图设置 即表示为11100110，速率为64KHZ（或者128KHZ）的数字基带信号。 2SW502为系统功能设置开关，每位拨上位1，拨下为0。最左端一位为基带信号选择位，拨上即选择SW501设置的8位数字信号送往编码模块，拨下即选择15位随机码，码序列为111100011001010，送往编码模块。左端第二位为基带信号速率选择位，拨上即选择32KHZ，拨下即选择64KHZ。右端两位为功能设置，全部拨下00，即选择HDB3/AMI编译码功能（K503的 1-2脚为AMI编译码，2-3脚为HDB3编译码）。3SW503设置确定按钮，每当SW501、SW502设置后，需按SW503确定。编码部分：完成AMI/HDB3编码实验。其结构组成框图如下图1-3图1-3 AMI/HDB3编码结构组成框图译码模块：完成AMI/HDB3译码实验。其结构组成框图如下图1-4图1-4 AMI/HDB3译码结构组成框图三、实验任务1、在RZ8631实验平台的“调制模块”位置插“AMI/HDB3编译码系统模块”。2、当输入8位码为全“0”、全“1”、伪随机码、任意码时，分析AMI / HDB3码型变换结果。3、观测AMI / HDB3码型变换波形，验证你的分析结果。四、测量点说明TP501：数字基带信号；TP502：编码时钟；TP503：AMI/HDB3正极性编码；TP504：AMI/HDB3负极性编码；TP505：AMI/HDB3编码输出；TP506：译码输出，波形应与PT501同。五、实验报告要求1、根据实验结果，画出AMI/HDB3码编译码电路的测量点波形图。2、写出AMI/HDB3码编译码的工作过程。实验二 眼图观察测量实验一、实验目的学会观察眼图及其分析方法。二、实验电路工作原理 我们知道衡量整个通信系统的传输质量，最直观的方法就是用眼图来衡量传输畸变和噪声干扰的方法。 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，信号通过信道后，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的。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。为了便于实际评价系统的性能，常用所谓“眼图”。 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”，就是由解调后经过低通滤波器输出的基带信号，以码元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的眼图波形。从这个称为眼图的图形上可以估计出系统的性能（指码间串扰和噪声的大小）。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输特性。 在图2-1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2-1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，在取样时刻信号取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分闭合。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”张开的大小就指明失真的严重程度。 为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图2-2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2-3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2-1 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2-2 眼图的重要性质其中U=U+U- 2.“眼皮”厚度2 U/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再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准确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，实际判决越准确。所以，还是可以通过眼图的张开度来衡量和比较基带信号的质量，并以此为依据来调整信号在信道中的传输特性，使信号在通信系统信道中传输尽最大可能接近于最佳工作状态。 在图2-3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。图2-3 实验室理想状态下的眼图三、实验内容 眼图观察及分析实验。四、实验步骤 1.用示波器的一根探头放在TP105，另一根探头放在TP405上，使波形同步，则观察到的是眼图波形； 2.用示波器的一根探头放在TP404，另一根探头放在TP405上，使之波形同步，则观察到的是升余弦波形。五、测量点说明 1.TP404：数字基带信号输出； 2.TP105：32KHz时钟信号； 3.TP405：观察眼图测量点或升余弦波形。 注意：若用示波器的一根探头（触发）放在TP105，另一根探头放在TP405上，使波形同步，则观察到的是眼图波形； 波形如图2-4所示。图2-4 实际观测到的眼图 若用示波器的一根探头放在TP404（触发），另一根探头放在TP405上，使之波形同步，则观察到得是升余弦波形。 波形如图2-5所示。图2-5 实际观测到的升余弦波形六、实验报告要求 1.叙述眼图的产生原理以及它的作用。 2.绘出实验观察到的眼图形状。 实验三 FSK(ASK)调制实验一、实验目的理解和掌握FSK调制的工作原理及电路组成。二、FSK调制电路工作原理图3-1 FSK调制解调原理框图 FSK调制解调电原理框图，如图3-1所示。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，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。 数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个震荡频率分别由不同的独立振荡器提供，他们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。图3-2是本实验系统FSK调制模块的电路示意图。电路中的一路载波，是CPLD可编程模块产生的方波信号C32或C64经过低通滤波后，得到相同频率的正弦波f1，C32或C64（效果不好）由3K01选择，f1载波幅度由3W01调节。另一路载波，是CPLD可编程模块产生的方波信号C16经过低通滤波后，得到相同频率的正弦波f2，f2载波幅度由3W02调节。FSK调制模块的基带输入信号有四种，分别为2KHz的伪随机序列、8KHz的方波、PC数据、增量调制CVSD模块输出的编码信号，由多路选择器3J03进行选择输入。基带输入信号分成两路，一路控制频率为32KHz或64KHz的载波f1，由3K01选择；另一路经倒相去控制16KHz的载波f2。当基带信号为“1”时，模拟开关A（3U01A）打开，模拟开关B（3U01B）关闭，此时输出f1，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2，于是可在输出端得到已调的FSK信号，该信号的幅度由3W03调节。图3-2 FSK调制模块的电路示意图在FSK调制信号中还可加入噪声信号NOISE，这时把跳线器插在3K03的1、2两端，不加噪声信号时，则插在2、3两端。数字幅度调制ASK本试验箱没有做成专门的ASK单元，因为只接通FSK调制单元电路中相加开关K902的“对1调制”信号，即为ASK调制。三、实验内容FSK调制模块必须插在实验平台的“调制模块”位置才能正常工作。1.载波信号的观察与调节。跳线器插在3K01的1、2两端，选择C32，测量点为3TP01,经低通滤波器后输出正弦波作为载波f1，测量点为3TP02。用双踪示波器观察对比C32和f1，两信号的频率是多少，是否相等？调节3W01使f1的幅度为3V。集成电路芯片4066（3U01A）对输入信号的Vpp幅度要求为05V另一路载波f2由C16经低通滤波器后输出，测量点为3TP06，测量载波f2的频率，调节3W01使f2的输出幅度也为3V。2.观察两路载波信号，经基带信号通过4066开关电路控制输出的情况。用跳线器插在多路选择器3J03的第二排，选择C8（8KHz的方波）为基带信号，注意拔去3K02上的两个跳线器。a该基带信号通过模拟开关（3U01A、4066）控制f1输出，测量点为3TP04。当基带信号为“1”时，模拟开关A（3UO1A）打开，此时输出f1，当基带信号为“0”时，没有信号输出。用示波器观察和记录该信号的输出情况。b该基带信号经倒相通过模拟开关（3U01B、4066）去控制16KHz的载波f2输出，测量点为3TP07。用示波器观察和记录该信号的输出情况。3.观察和记录FSK调制信号的波形。a插上3K02的两个跳线器，使实验内容2中的二路信号相加，这时再用示波器观察和记录3TP04和3TP07上的信号波形，这时3TP04和3TP07上的信号已是FSK调制信号。b3K03上的跳线器插在1、2两端，对3TP08上FSK调制信号加上白噪声信号，在3TP09测量点观察加入白噪声的FSK调制信号，观察3TP08和3TP09上的信号在波形上有些什么变化。c调节3W03，使FSK调制信号的输出幅度大于1V小于5V。4.观察载波信号的频率确定后，对基带信号的数码率有何限制。用跳线器插在多路选择器3J03的第四排选择CVSD为基带信号CVSD编码模块的模拟输入信号为MUSIC，编码时钟为8KHz，这时编码信号的数码率为8KHz(即使得FSK调制模块的基带信号CVSD的数码率为8KHz，该数码率能否提高，先思考，然后用实验证明)音频输出模块中选择DCOUT输出，K401接1、2两端，接通喇叭，可听音乐。注：各测量点波形示意图见下一实验的“图92”（数字基带信号为32KHZ PN）。四、思考题1画出各测试点的波形。2FSK信号的产生有两种方法，直接调频法和频率键控法。本FSK调制模块中，属于频率键控法利用数字基带信号去控制电子开关，选择不同的频率源。频率键控法也常常利用数字基带信号去控制可变分频器的分频比来改变输出载波频率，从而实现FSK调制。请运用数字电路设计出此电路（可在开放CPLD中仿真验证），组成结构提示如下：时钟源数字基带信号分频器11/13分频输出 图3-3实验四 FSK(ASK)解调实验一、实验目的1. 理解FSK解制的工作原理及电路组成；2. 理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。二、FSK解调工作原理 FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用 FSK集成电路模拟锁相环解调器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的二个载频f1，f2的中心频率（中心频率定义为二载频的算术平均值，例如：若f1=16KHz,f2=32 KHz，则中心频率为24 KHz；若f1=16 KHz,f2=64 KHz, 则中心频为40 KHz），那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。 FSK锁相环解调节器中的集成锁相环选用了MC14046，如图4-1所示。图4-1为FSK解调电路示意图。图4-1 FSK解调电路示意图 当2K01选择1，2两端时，电路中接2200P的电容，通过微调2W01，使压控振荡器的中心频率设计在40KHz。 当2K01选择2，3两端时，电路中接4700P的电容，通过微调2W01，使压控振荡器的中心频率设计在24KHz。 电路其它参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉，迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。三、实验内容 “CVSD编译码模块”插在实验系统的“编/解码模块”区。 “FSK调制模块”插在实验平台的“调制模块”位置，“FSK解调模块”插在实验平台的底板“解调模块”的位置才能正常工作，K404闭合（即平台右下角，K404插上跳线器）。1解调基带信号为2KHz伪随机序列PN2的调制信号 当FSK调制模块的基带信号为2 KHz的伪随机序列PN2时，使其调制信号的二个载波频率分别为16 KHz和32 KHz，因此FSK解调模块中的中心频率应设计在24 KHz。a. 用示波器接在2T01，检测输入到解调模块的调制信号，读二个载波的频率。b. 用示波器的B通道接在调制模块的4TP01，观察调制模块的基带信号，为2 KHz的PN2伪随机序列；示波器的A通道模块接在2TP03，观察解调模块的解调信号输出。2K01选择2，3两端，电路中接4700P的电容，使压控振荡器的中心频率设计在24 KHz，通过微调2W01，使示波器B通道显示出稳定的解调输出信号。观察该信号是否是2 KHz的伪随机序列PN2，与A通道的波形是否一致？c. 此时，用示波器接在2TP02，测量集成锁相环MC14046（2U01）的中心频率，是否为24 KHz？2解调基带信号为8 KHz方波的调制信号。 当FSK调制模块的基带信号是8 KHz方波时，其调制信号的二个载波频率分别为16 KHz和64 KHz，因此FSK解调模块中的中心频率应设计在40 KHz。a. 用示波器接在2TP01，观察输入到解调模块的调制信号的二个载波频率是否分别为16 KHz和64 KHz。b. 用示波器的B 通道接在调制模块的4TP01，观察调制模块的基带信号，为8 KHz的方波；示波器的A通道接在2TP03，观察解调模块的解调信号输出。2K01选择1，2两端，电路中接2200P的电容，使压控振荡器的中心频率设计在40 KHz，通过微调电位器2W01，使示波器B通道显示出稳定的解调输出信号。观察该信号是否是8 KHz的方波，与A通道的波形是否一致？c. 此时，用示波器接在2TP02，测量集成锁相环MC14046（2U01）的中心频率是否为40 KHz？3解调基带信号为音乐信号的调制信号。 CVSD编码模块中选择编码时钟为8KHz的音乐信号。在调制模块中确定其调制信号的二个载波频率分别为16 KHz和32 KHz，对该调制信号进行解调，根据实验原理自行选择2K01上的跳线器的位置。用示波器观察解调输出的基带信号。并用音频输出模块输出该基带音乐信号。（FSK解调模块的2K02接1，2两端，音频输出模块的J401接DCOUT，K401接1、2）。此时，喇叭中应响起音乐声。微调电位器2W01，使音乐声听起来更加悦耳。图4-2 FSK调制解调波形示意图四、思考题1画出各测试点的波形。24046的哪些外围元件参数对其正确解调输出有影响？3本实验模块采用锁相环解调。其解调方法很多，如同步（相干）解调法、过零检测法和包络解调法，请查找资料，画出至少两种解调方法的原理框图和每点信号变化示意图。实验五 二相PSK调制实验一、实验目的 1.掌握二相PSK调制的工作原理及电路组成，以及绝对移相BPSK和相对移相DPSK的实现方法； 2.了解载频信号的产生方法。二、实验电路工作原理 在本实验中，绝对移相键控（BPSK）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。 PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方法，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。 在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，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，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。 在绝对相移BPSK方式中，由于发端是以两个可能出现的相位之中的一个相位作基准的。因而在收端也必须有这样一个相同的基准相位作参考，如果这个参考相位发生变化（0相变相或相变0相），则恢复的数字信息就会发生0变1或1变0，从而造成错误的恢复。 在实际通信时参考基准相位的随机跳变是有可能发生的，而且在通信过程中不易被发现。如，由于某种突然的骚动，系统中的触发器可能发生状态的转移，锁相环路稳定状态也可能发生转移，等等。出现这种可能时，采用绝对移相就会使接收端恢复的数据极性相反。如果这时传输的是经增量调制的编码后话音数字信号，则不影响话音的正常恢复，只是在相位发生跳变的瞬间，有噪声出现，但如果传输的是计算机输出的数据信号，将会使恢复的数据面目全非。为了克服这种现象，通常在传输数据信号时采用二相相对移相（DPSK）方式。 相对移相（DPSK）方式可通过码变换加BPSK调制产生。产生原理如下图所示。这种方法是把原基带信号经过绝对码相对码变换后，用相对码进行BPSK调制，其输出便是DPSK信号。绝对码记为Ak，相对码记为Bk，绝对码相对码之间的关系为： Bk=AkBk-1 PSK调制电路模块示意图如图5-1所示。该模块中提供四种基带信号：32KHz的伪随机序列PN32、64KHz的方波、串口数字信号RXD、CVSD编码输出信号，由3J03选择输入。 对于数据率为32KHz的基带信号提供两种调制方式，即绝对移相BPSK调制和相对移相DPSK调制。由3K01选择，当3K01接1、2两端为绝对移相BPSK调制；当3K01接2、3两端为相对移相DPSK调制.其它数据率的基带信号只能选择BPSK调制。基带信号的测试点为3TP01。 载波信号由CPLD数字信号产生器模块的C1024（1024KHz方波）提供，测试点为3TP03，该方波信号通过带通滤波器输出1024KHz的正弦波信号，一路经0相移的射级跟随器输出作为载波1，载波1输出幅度大小由3W01调节，测试点为3TP05；另一路径相移的射级跟随器输出作为载波2，载波2输出幅度大小由3W02调节，测试点为3TP04。 载波1接到模拟开关4066（3U06A）的输入引脚，由基带信号控制输出，测试点为3TP06；载波2接到模拟开关4066（3U06B）的输入引脚，由反相基带信号控制输出，测试点为3TP07。当把二个跳线器分别插在3K03的1、2端和3、4端，则在3TP08得到PSK调制信号。由开关3K04选择是否在3TP08上的调制信号加入白噪声，当3K04接在1、2端，选择加入白噪声，当3K04接在2、3两端，不加白噪声。3TP09为PSK调制信号和噪音混合叠加后的信号输出，该信号的幅度大小由3W03调节，当选择加入白噪声时，该信号的输出幅度最好调到5V。图5-1 PSK调制电路模块示意图图 5-2 PSK调制波形三、实验内容与注意事项该模块必须插在实验平台的底板“调制模块”的位置才能正常工作。1. 对PN32的基带信号进行DPSK调制。a 观察并记录绝对码和相对码。用跳线器插在3J03的第一排选择PN32,PN32是32KHz的伪随机序列，示波器接在测试点3TP01。当跳线器插在3K01的1、2两端，用示波器观察和记录绝对码波形；当跳线器插在3K01的2、3两端，用示波器观察和记录相对码波形，对两种波形进行比较，判断是否符合实验原理中所给出的绝对码和相对码的关系式。b 观察和记录载波信号用跳线器插在3K02的2、3两端，在3TP03测试C1024（1024KHz方波）；该方波经带通滤波器后一路经0相射随器输出载波1，在3TP04用示波器观察和记录载波1的波形，另一路经相射跟器输出载波2，在3TP05用示波器观察和记录载波2的波形；并用双踪示波器观察对比二路载波波形，二路载波的相位差是多少？c 观察和记录调制信号拔去3K03上的两个跳线器，用双踪示波器接在3TP06和3TP07，观察和对比模拟开关3U06A和3U06B的输出波形。再插上3K03上的两个跳线器，这时3TP06和3TP07上的波形有什么变化，与3TP08上的波形有区别吗？跳线器插在3K04的1、2两端，给3TP08上的调制信号加上白噪声NOISE，用双踪示波器接在3TP08和3TP09，观察和对比不加噪声的调制信号（3TP08）和加噪声的调制信号（3TP09）有何区别？测试3TP09上的调制信号幅度，当没有5V时，调节3W03，使调制信号输出幅度为5V。2对PN32的基带信号进行BPSK调制，其测量点波形示意图如下。a 观察并记录基带信号。用跳线器插在3J03的第一排选择PN32，示波器接在测试点3TP01。跳线器插在3K01的1、2两端，用示波器观察和记录基带波形；b 观察和记录载波信号用跳线器插在3K02的2、3两端，在3TP04用示波器观察和记录载波1的波形，在3TP05用示波器观察和记录载波2的波形。c 观察和记录调制信号拔去3K03上的两个跳线器，用双踪示波器接在3TP06和3TP07，观察、对比和记录模拟开关3U06A和3U06B的输出波形。再插上3K03上的两个跳线器，这时3TP06和3TP07上的波形有什么变化，与3TP08上的波形有区别么？跳线器插在3K04的2、3两端，3TP08上的调制信号不加噪声NOISE，用双踪示波器接在3TP08和3TP09，观察和对比3TP08和3TP09上的调制信号有何区别？图5-3 对PN32基带信号进行BPSK调制的测量点波形示意图四、实验报告要求1.简述PSK调制电路的工作原理及工作过程。2.画出调制器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。3.下面为绝对码与相对码相互转换的原理框图，正变换规则为： bk=akbk-1,反变换规则为：ak=bkbk-1。请对照原理框图设计出详细的电路图（在开放CPLD中仿真验证）。图中TB为一个码元的宽度。图5-4 绝对码与相对码相互转换的原理框图实验六 二相PSK解调实验一、实验目的1. 掌握二相PSK调制解调的工作原理及电路组成；2. 了解PSK解调载波提取的产生方法。二、实验电路工作原理 二相PSK解调器的电路方框图如图11-1所示。图6-1 相位键控PSK解调器方框图 一个完整的解调器应由三部分组成：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，是数字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的，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，选择同相正交环解调电路作为基本实验。1. 同相正交环锁相环提取载波电路。 在这种环路里，误差信号是由两个鉴相器提供的。VCO压控振荡器给出两路互相正交的载波信号分别送至两鉴相器，输入的二相PSK信号经过两个鉴相器分别鉴相后，由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，分别送入两判决器进行判决后得到基带信号Ud1与Ud2，其中Ud1中包含着码元信息，但无法对VOC压控振荡器进行控制。只有将Udi、Ud2经过基带模拟相乘器相乘后，就可以去掉码元信息，得到反映VCO输出信号与输入载波间的相位差的误差控制电压，从而实现了对VCO压控振荡器的控制。PSK解调模块包括鉴相器1、鉴相器2、低通滤波器1、低通滤波器2、比较判决器1、比较判决器2、相乘器、环路滤波器、VCO压控振荡器、数字分频、移相器等电路组成。2. 具体工作过程如下： 由PSK调制电路输出的相位键控信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与/2相载波信号。这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，去相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud，Ud经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO压控振荡器，即压控振荡器74LS124。 它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在070，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74LS124的输出频率表达式为：f0=510000/Cext，在实验电路中，调节精密电位器2W01(100K)的阻值，但频率控制输入电压（74LS124的2脚）与范围控制输入电压（74LS124的3脚）基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：f0=510000/Cext ，再变改电容CA701（80Pf110Pf），使74S124的7脚输出为2.048MHz方波信号。74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作； 当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时一方面可改变2CA01中的电容值，另一方面也可调节2W01，用频率计监视测量点2TP02上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz的载波信号。 该2.048MHz的载波信号经过分频（2）电路，变成1.024MHz载波信号，并完成/2相移项。这样就完成了载波恢复的功能。 该解调环路的优点是： 该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。 该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。但该解调环路的缺点是：存在相位模糊。三、实验内容 “CVSD编译码模块”插在实验系统的“编/解码模块”。 “PSK调制模块”插在实验平台的 底板“调制模块”的位置，“PSK解调模块”插在实验平台的底板“解调模块”的位置才能进行下面的实验，K404闭合（即平台右下角，K404插上跳线器）。1 解调节器基带信号为PN32的DPSK调制信号a. 观察调制信号 使PSK调制模块的输出信号为基带信号是PN32的DPSK调制信号；在PSK 解调模块中，跳线器接在2K01的2，3两端，使该调制信号输入到解调模块中，测量点为2TP01，用示波器观察该调制信号。b. 观察解调出的基带信号 用双踪示波器的B通道接调制模块中的基带信号3TP01，A通道接解调模块的基带信号输出2TP05，调节电位器2W01，使解调输出的基带信号的波形相对稳定，观察对比二个基带信号的波形是否一致？c. 观察载波恢复 在实验内容b的基础上，即使解调输出的基带信号的波形相对稳定时，用示波器测量2TP02上载波信号的频率值，是否正好为2.048MHz。 用双踪示波器观察和测量2TP03和2TP04上的载波频率，两测量点的载波相位相差多少？哪个测量点的载波相位与2TP02的载波相位一致？2 解调基带信号为C64的BPSK调制信号a. 观察调制信号 使PSK调制模块的输出信号为基带信号是C32的BPSK调制信号；跳线器接在2K01的2，3两端，使该调制信号输入到解调模块中，测量点为2TP01，用示波器观察该调制信号。b. 观察解调出的基带信号。 用双踪示波器的B 通道接调制模块中的基带信号3TP01，A 通通接解调模块的基带信号输出2TP05，调节电位器2W01，使解调输出的基带信号的波形相对稳定。观察对比二个基带信号的波形是否一致？c. 观察载波恢复 在实验内容b的基础上，即使解调输出的基带信号的波形相对稳定时，用示波器测2TP02上载波信号的频率值，与实验内容1中该频率值对比。3 解调基带信号为音乐信号的CVSD调制信号a. 在CVSD编码模块中选择编码时钟为8KHz音乐信号b. 在调制模块中3J03的跳线器插在第四排（CVSD），选择对CVSD编码模块输出的基带信号进行调制。c. 在解调模块中对该调制信号进行解调，用示波器观察解调输出的基带音乐信号，并用音频输出模块输出该基带音乐信号。（PSK解调模块的2K02接1、2两端，音频输出模块为J401接DCOUT。K401接1、2）。喇叭中应响起音乐声。调节电位器2W01。使音乐声听起来悦耳一些。四、实验报告要求 1、简述PSK调制解调电路的工作原理及工作过程。 2、根据实验内容的要求，依据画出调制解调器各测量点的工作波形，并给以分析说明。实验七 脉冲编码调制PCM与时分复用一、实验目的1. 加深对PCM编码过程的理解，掌握时分多路通信系统的基本概念和工作原理;2. 熟悉 PCM编、译码专用集成芯片TP3067的功能和使用方法；3. 了解PCM实验系统的工作过程。二、实验电路工作原理（一） PCM基本工作原理 PCM的原理如图7-1所示。话音信号先经防混叠低通滤波器，再进行脉冲抽样，得到抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话，CCITT规定抽样频率为8KHz，每抽样值用8位二进制数进行编码， 即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。 PCM通信系统属于时分多路通信系统，常见的有PCM24和PCM30/32，PCM编译码本实验中用PCM30/32系统，PCM30/32是一个能同时传送30路数字信号的系统，一帧的时间为125us。125us被均匀地分为32个等份，称为一个时隙，30个信号各占一个时隙，另外2个时隙中一个为同步时隙，另一个为标志信号时隙。每话路PCM编码后的标准码率是64kb/s，32话路PCM编码后的标准数码率是2.048MHz。图7-1 PCM的原理框图（二）PCM编译码电路TP3067芯片介绍1. 编译码器 模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码，如图7-4（a）所示。到底在什么时候被取样，在什么时候输出PCM码则编码控制来决定，同意PCM码被接收到译码电路后经过译码、低通滤波、放大，最后输出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行编码及译码。在单路编译码器中， 经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时隙信号是由编码控制电路来决定的，而在其他时隙时编码器是没有输出的，同样在一个PCM帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的译码控制电路决定的时隙里，从外部接收8位PCM码。2. 实验系统编译码器电路的设计 我们所使用的编译码器是把编译码电路和各种滤波器集成在一个芯片上，该器件为TP3067,图7-2是它的管脚排列图。图7-2 TP3067管脚排列图TP3067引脚符号符号 功能VPO+ 接收功率放大器的同相输出GNDA 模拟地，所有信号均以该引脚为参考点VPO- 接收功率放大器的倒相输出VPI 接收功率放大器的倒相输入VFRO 接受滤波器的模拟输出VCC 正电源引脚，VCC=+5V5%FSR 接收帧同步脉冲，FSR为8kHz脉冲序列。DR 接收帧数据输入.PCM数据随着FSR前沿移入DRBCLKRCLKSEL 在FSR的前沿后把数据移入DR的位时钟，其频率可从64kHz至2.48MHz。MCLKRPDN 接收主时钟，其频率可以为1.536 MHz、1.544 MHz或2.048 MHz。MCLKX 发送主时钟，其频率可以是1.536 MHz，1.544 MHz或2.048 MHz。BCLKX PCM数据从DX上移出的位时钟，频率从64 kHz至2.048 MHz，必须与MCLKX同步。DX 由FSX启动的三态PCM数据输出。FSX 发送帧同步脉冲输入，它启动BCLKX并使DX上PCM数据移到DX上。ANLB 模拟环路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”。GSX 发送输入放大器的模拟输出。用来在外部调节增益。VFXI- 发送输入放大器的倒相输入。VFXI+ 发送输入放大器的非倒相输入。VBB 负电源引脚，VBB=-5V5%。TP3067属于PCM30/32系统，编译码时钟为2.048MHz，接收和发送时时钟为2.048MHz，帧脉冲速率为8KHz，它的发送时隙与接收时隙直接受发送帧脉冲FSX和接收帧脉冲FSR控制。图7-3是TP3067帧同步定时波形图，图7-4是PCM（U701）编码电路各测量点的波形图。其中，选择开关K701和K702均选择1-2脚，按照实验内容3中的实验步骤操作。图7-3 短帧同步定时图7-4 PCM编译码（U701编，U702译）电路测量点波形图7-5是实验系统中的PCM编译码电路示意图，用了二块TP3067,可分别对二路模拟信号进行PCM编码，一路为SELOUT1,另一路为SELOUT2.。图7-5 PCM编译码电路示意图SELOUT1和SELOUT2分别都有6种模拟信号供选择，分别为XM（外部输入信号）、同步正弦信号SIN、非同步正弦信号NSIN、音乐信号MUSIC、麦克风信号MIC、电话信号1VT，测量点为分别为TP710和TP709。例如，当选择SIN作为TP3067(U701)的模拟输入信号时，跳线器插在J703的第二排（第一排为空挡）。PCM编码信号从TP3067的DX引脚输出，由FSX引脚上的帧同步信号决定PCM编码信号输出在32个时隙的其中某一时隙上，当跳线器插在J701和J702的第一排，帧同步信号选择F8A（0时隙，测量点为TP703和TP707）时，PCM编码信号输出在0时隙，测量点分别为TP702和TP706;当跳线器插在J701和J702的第二排，帧同步信号选择F8B（8时隙）时，PCM编码信号输出在8时隙；当跳线器插在J701和J702的第三排，帧同步信号选择F8C(18时隙)时，PCM编码信号输出在18时隙。从DR引脚上输入的应该是PCM数字信号（测量点为TP704和TP708），某路信号在32个时隙的某一时隙