通信原理实验指导书.doc

通信原理实验指导书陈桂芬 朱一峰 于林韬 编著电子信息工程学院通信工程专业实验室二0 0二年 九月51前 言本书是用于电子应用技术及通信工程各专业配合通信系统原理、数字通信原理等这一类课程的实验教材，共收入了十多项实验和示教内容。这些实验既可单独开设，亦可适当组合构成一个较完整的通信实验系统。可根据不同层次和对象灵活安排，有选择地开设部分实验或示教。适用于电子信息工程学院各电子信息技术、应用电子技术、通信等相近专业本科或专科层次通信系统原理、数字通信原理的实验教学，亦可供研究生和工程技术人员、有关专业人员参考。与该教材相配套的是“电子与通信原理系统综合实验箱”。通过多年的教学实践与总结，该系统实验箱有如下特点：1、微处理器技术单片机的应用，有助于拓宽学生的知识面。2、采用新技术、新器件、新工艺，实现了过去用面包板难以完成的实验项目，使理论与实践的联系更加密切。3、采用“积木式”结构，便于教师灵活安排，有利于启发学生自己动手构成较完整的通信实验系统。由于编写时间仓促，水平能力所限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。 编 者 2002.9 目 录通信原理实验系统简介1实验一 脉冲幅度调制(PAM)实验4实验二 脉冲编码调制(PCM)实验9实验三 FSK调制解调实验15实验四 HDB3编解码及系统实验20实验五 二相PSK(DPSK)调制实验23实验六 二相(PSK,DPSK)解调实验28实验七 增量调制编、译码系统实验33附录一 PAM实验报告37附录二 PCM实验报告41附录三 FSK实验报告45附录四 HDB3实验报告49通信原理实验系统简介本电子与通信原理实验系统采用MCS51微型单片计算机技术、电子技术及通信基本原理等知识，灵活运用在实验教学环节中，可以独立、组合或综合实施22项实验或示教，实验电路原理清楚，重点突出，实验内容丰富。电路设计新颖，技术先进，波形测量点选择准确，具有代表性。理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理为目标，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立通信系统完整的概念。该电子与通信原理实验系统的总方框图见图一所示。由图可知，该电子与通信原理实验系统由下列九个单元电路组成：1、中央集中控制器系统单元2、信号发生器系统单元3、脉冲幅度调制 PAM系统单元4、脉冲编码调制 PCM系统单元5、增量调制编译码系统单元6、基本锁相环与锁相式数字频率合成器系统单元7、二相PSK数字相位调制系统单元8、FSK调制解调系统单元9、HDB3编解码系统单元所有的单元电路在CPU中央控制单元的管理与控制下，可由实验者根据实验基本内容与基本原理，在人工操作与CPU自动控制相结合下，可以独立进行或综合完成二十多个实验项目。在此将着重介绍信号发生器系统单元和中央集中控制器系统单元： 一、信号发生器系统单元时钟信号乃是其他各级电路的重要组成部分，无论在通信系统电路还是其他系统中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。因此，我们在做电子与通信原理各项实验时，必须先对所有的时钟信号加以了解和熟悉，以便能顺利地进行后面的各项实验。信号发生器电路是供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其它有用信号以及测试信号，其中包括：1、内时种信号源2、多级分频及脉冲编码调制PCM系统收、发帧同步信号产生电路3、伪随机序列码产生电路4、简易正弦信号发生器电路图二 信号发生器原理图二、中央集中控制器系统单元中央集中控制器是该综合实验系统中的中心控制部分，它控制着各部分实验电路的工作，采用MCS51微型单片计算机技术，对全部系统实现集中管理与控制，学生上机做某项实验或综合实验时，由辅助键盘进行操作，可选择各种方式的实验，实验过程中，系统能自动检测，通过数码管和发光管指示，即可了解实验系统的全部工作状态。一旦某一电路或部件出现故障，即可自行诊断故障部位，并发出相应的报告信息，以便于处理。实验一 脉冲幅度调制(PAM)实验【实验性质】：验证性实验一、实验目的1、加深对取样定理的理解。2、了解脉冲幅度调制PAM系统的工作过程二、实验预习要求主要预习通信系统原理教材中关于“脉冲模拟调制系统”这章中的“低通信号的取样定理”、“脉冲幅度调制”等主要章节，其次预习一下PPM、PDM调制系统。三、实验仪器仪表：1、双踪示波器 一台2、低频信号源 一台3、电子与通信原理实验系统实验箱 一台四、实验原理（1）、电路组成脉冲幅度调制实验系统图见图11所示，主要由输入电路、调制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成。图11 脉冲振幅调制电原理框图（2）、实验电路工作原理这是一种简单的脉冲幅度调制实验，在设计上有一定的普遍性和代表性，比较清晰直观。为了能使学生在实验时有一个感性认识和方便测试，没有采用大规模集成电路，而是采用分离元件与集成电路相结合的设计。为了便于学生熟悉整体与部分、分离与集成以及实验中任意改变元件的数值，加强理论与实践相结合。下面就将电路中五部分的工作原理介绍如下：1、输入电路该电路由低通滤波、陷幅电路等组成，其中低通滤波器主要用在发端的波形编码电路中，即所谓的发端通道电路中，见图1-2。因此，该电路还用于PCM、增量调制编码电路中。在其他实验中，遇到该电路将不再介绍。特别注意后继电路中有二个陷幅二极管D1、D2组成双向陷幅电路，主要防止外加输入信号过大而损坏后面调制电路中的场效应管器件。图1-2 (PAM、PCM、增量调制)发送通道输入电路电原理图2、调制电路调制电路采用单管调，由场效应管3DJ6F来担任，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好的满足调制要求。取样脉冲由该管的S极加入，D极输入音频信号，由于场效应管良好的开关特性，在TP602处便可以测到理想的脉冲幅度调制信号，该信号为双极性脉冲幅度信号，不含直流分量。脉冲序列可表示为：SN(t)=P(t-KTS)，其傅氏变换FS(W)=CkF(w-kwK)，由此可见，成周期性上、下边带频谱信号。3DJ6f10G极为输出负载端，接有取样保持电路，由R601、C601以及R602等组成，由开关K601来控制，在做调制实验时，K601的2端与3端相连，以便更清楚地观察其取样定理的多种波形。在做系统实验时，将K601的1端与2端相连，即与解调滤波电路连通。3、脉冲发生电路该部分电路主要由555及其附加元件组成，这是一个普通的单谐振荡器电路，产生极性、脉宽、频率可调的方波信号，可通过改变CA601的电容量来实现其输出脉冲频率的变化，以便用来验证取样定理。可在TP606处很方便地观测到脉冲频率变化情况和输出的脉冲波形。4、解调与滤波电路根据调制信号的付氏级数展开式：Fs(w)=CkF(w-kw)可以看出它是由一系列上、下边带频谱所组成。因此；在接收端通过低通滤波器后能将其中基带频谱提取出来。本实验就是通过低通滤器来解调的，这部分电路详见图1-3所示。图1-3 (PAM、PCM、增量调制)接收通道输出电路电原理图解调滤波电路由集成运放电路组成了一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，因为该滤波器负担着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还可以用在接收通道电路中，即PCM译码、增量调制译码电路中，可在TP605处观测滤波器解调后的信号波形。5、功放输出电路功放电路主要用来放大输出信号，提高解调后的音频信号的电平或者说提高输出功率。该电路选用了常见的小功率运放LM386为核心芯片，配以少量的外围元件来完成。放大后的音频信号由喇叭作为负载输出。五、实验内容1、脉冲幅度调制实验本实验主要完成三个方面的内容：a 观察被调制信号正弦波形、取样脉冲波形和已调信号波形的相互之间的关系及特点，特别是音频带内各频率点的情况。(测5个测量点)b 观察取样保持前后的两种波形的异同点，并加以理论分析。c 观察验证取样定理，并加以理论分析和必要的说明。2、PAM通信系统实验本实验主要完成三个方面的内容：a 观察整个系统收发各点信号的特点并测量其参数，06K音频段至少测六个频率点。b 在输出端再次验证取样定理的正确性，并分析这两种方法验证取样定理的差别。c 观察本实验系统对语音信号的传输能力及系统参数的测量。六、实验步骤1、脉冲幅度调制实验步骤 在S201处，用外加信号源送04KHZ音频带内的某频率信号fsr，然后用示波器在TP601处观察测量，以该点信号输出幅度不失真时较大为好，如有削顶失真则减小外加信号源的输出幅度，达到上述要求。TP606处观察其方波取样脉冲信号。在TP602处观察并用示波器测量该点波形。并做详细记录、绘图。 改变外加信号源的频率fsr，使之分别为300Hz、800HZ、1.6KHz、2.4KHz、4KHz，在TP601和TP602两点用示波器观测其波形，做详细记录并绘图。2、脉冲幅度调制实验注意事项a、+5V工作b、按下按键开关：K2、K3、K100、K600c、按一下“开始”与“PAM”功能键，显示代码“8”d、跳线开关设置： A、K601 1-2，做PAM调制、解调实验 B、K601 2-3，做PAM取样保持实验e、外加300Hz-3400Hz信号从S201进入f、音频带内五点波形调测好后，最好连续变化输入信号频率，使之在04KHZ话音频带内调制均能达到要求g、验证取样定理时，有时会产生不同步现象，在示波器中观察不到稳定的信号。此时可适当调整外加信号频率，使之同步，有时需要反复耐心地调整才能观察到。特别当观察fc2fsr时，注意判断区别临界状态时的波形及频率，并记下奈氏(Nyquist)速率。3、PAM通信系统实验步骤 a、在s20l处，分别送fsr=0.3KHz、0.8KHz、1.6KHz、2.4KHz、4KHz、6KHZ信号。将K601的1端和2端相连，分别用示波器观测TP601-TP606各点波形，并做详细记录、绘图。 b、将输入信号固定在fsr=3KHz，然后改变脉冲发生器电路中CA601，使2fsr：fc=2fsr.fcD控制来决定，同样PCM码被接收到译码电路后经过译码低通、放大，最后输出模拟信号到话机，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AD及DA变换。编码器把模拟信号变换成数字信号的规律一般有二种，一种是律十五折线变换法，它一般用在PCM24路系统中，另一种是A律十三折线非线性交换法，它一般应用于PCM3032路系统中，这是一种比较常用的变换法。模拟信号经取样后就进行A律十三折线变换，最后变成8位PCM码，在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在个时隙中被发送出去，这个时序号是由AD控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的，即对个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里只在一个由它自己的AD控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，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D-A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM码。其实单路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A-D控制电路来控制，而AD控制电路还是受外部控制电路的控制，同样在译码电路中DA控制电路也受外部控制电路的控制，这样，我们只要向A-D控制电路或D-A控制电路发某种命令即可控制单路编译码器的发送时序和接收时序号，从而也可以达到总线交换的目的。但各种单路编译码器对其发送时序和接收时序的控制方式都有所不同，象有些编译码器就有二种方式，一种是编程法，即给它内部的控制电路输进一个控制字，令其在某某时隙干什么工作，另种是直接控制，这时它有两个控制端，我们定义为FSx和PSr，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都为125uS，这样，每来个FSx，其codec就输出一个PCM码，每来一个FSr，其codec就从外部输入一个PCM码。图2-3(b)是PCM的译码电路方框图，它的工作过程同图2-3(a)的工作过程完全相反，因此这里就不再讨论了。图23 A/D及D/A电路框图2、本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codec和Filter集成在个芯片上，它的内部结构方框图见图2-4所示，它的外部接口可分两部分：部分是模拟接口电路，它与编译码器中的Filter发生联系，这一部分可控制模拟信号的放大倍数，另一部分是与处理系统和交换网络的数字接口。它与编译码器中的Codec发生联系，我们对Codec的控制主要通过这些数字接口线来达到目的的。该器件为美国国家半导体公司的TP3067。有一点希望特别引起注意的是，编译码器是本实验中最易受损器件，稍有不慎就有烧坏的可能，所以我们在实验中要求特别细致，我们要求做到以下几点：(a) 在使用中要注意编译码器芯片说明中的要求。(b) 在实验中要细心，接线正确，在通电前对各电源都要求采取去耦措施，去耦可以用一大电容(10uF)和一个0.1uF的电容起并联到电源上。以便滤去电源的高低频频率和由于开关所接收到的大电流尖峰信号。(c) 芯片应该远离继电器，因为继电器的动作及振铃电压的出现，中继和环路电流浪涌都会产生巨大的暂态现象，连接的导线之间以及因芯片与这些电路在同一电路板上相隔较近将可能产生感应耦台而影响芯片的工作。(d) 使用时，在关电源之前应该做好如下几项工作： 第一 将所有外来的输入信号(如时钟，同步脉冲等)去除，即先关掉其他几部分的电源，最后关编译码器的电源，以免在关电后仍有信号输入。 第二 将示波器去掉，以免关电后因示波器引起的静电对芯片产生影响。(e) 测试设备必须接地。(f) 芯片应存放在有屏蔽的地方，以防止静电积累。图24 TP3067内部结构方框图3、PCM编译码电路的工作时钟由上述电路分析可知，PCM编译码器所需的工作时钟为2.048MHZ，FSr、FSx的帧同步信号为8KHz窄脉冲，因此内部要进行多次分频。五、实验内容(一) PCM编码调制实验1、在不加信号的情况下，用二踪示波器测量TP501TP505各测量点处的波形，仔细观查。2、从外加信号发生器中输入一正弦信号（1000Hz）至S201中，测量TP501TP505各测量点处的波形，画出波形并分析其相位关系。(二)PCM编解码系统实验3、在上述“1”、“2”的基础上，继续测量TP506TP508各点处的波形，并画出波形，作详细分析。4、用小话筒进行通话，即小话筒接入S201信号插座中，用二踪示波器观察输入、输出波形。接上喇叭，仔细鉴别话音传输质量与效果。六、实验步骤及注意事项(1)+5V、-5V工作。(2)动手进行实验时，先看清楚本实验内容所在实验箱中的电路板中的位置。(3)按下按键开关：K2、K3、K100、K500。(4)按一下“开始”与“PCM”功能键，显示代码“2”。 这样就给PCM系统中送上三组信号，即： a2048KHz主时钟信号。 b8KHz收发分帧同步信号。 C使能信号，此为低电平有效。(5)跳线开关放置： KlOl l_2、K501 1-2。(6)外加300Hz3400Hz信号从S201进入。七、讨论思考题1、 TP3067 PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少?在本次实验系统中，为什么要给TP3067提供2.048MHz的时钟?2、 认真分析TP3067主时钟与8KHZ的分帧接收、发送同步时钟的相位关系?八、实验报告要求1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。2、画出实验过程中各测量点的波形图，注意对应相位关系。3、写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。实验三 FSK调制解调实验【实验性质】：验证性实验一、实验目的1、理解FSK调制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、预习要求实验前预习通信原理关于二进制幅移键控ASK、频移键控FSK及其解调有关章节。三、实验仪器仪表1、+5V、+12V稳压电源 一台2、示波器 一台3、电子与通信实验系统实验箱 一套四、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。数字调频又可称作频移键控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。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它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。本实验电路中，由实验提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。(一)FSK调制电路工作原理1、FSK调制原理框图，见图31。2、FSK调制工作原理。由图3-1可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出fl=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2打开，此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。 电路中的两路载频(fl、f2)由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关1、2。关于FSK调制原理波形见教材相关章节。(二)FSK解调电路工作原理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。1、FSK解调电原理框图。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的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末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。解调器框图如图3-2所示。图3-2 FSK解调电原理框图FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MCl4046，集成电路内部结构如图3-3所示。图33 MCl4046内部结构示意图MC14046集成电路内有两个数字式鉴相器(PDI、PD)、个压控振荡器(VCO)，还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部。压控振荡器的中心频率设计在32KHz。由RC电阻电容网络来确定压控振荡器的振荡频率。R、C构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。当输入信号为32KHz时，即当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PD输出端为低电平，锁定指示输出端为高电平，鉴相器PDI输出为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门后输出为低电平，再经积分电路和非门输出为高电平。再经过整形电路反相后从输出信号插座S902输出。当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示输出为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门后输出为低电平。可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。从而在解调器输出端就得到正常的基带信号序列。五、实验内容1、测试FSK调制电路TP901TP907各测量点波形，画出波形并作详细分析。2、测试FSK解调电路TP908TP910各测量点波形，画出波形并作详细分析。注意：为便于对照，请将调制与解调电路画在同一张图上。六、实验步骤及注意事项(一) FSK调制实验(1)、+5V、-5V工作。(2)、按下按键开关：K2、K100、K900。(3)、按一下“开始”与“FSK”功能键，显示代码3”。(4)、跳线开关设置：KlOll_2、K901 l_2、K902 l_2 K904 l_2、2KHz的伪随机码，码序列为：1110010。K9042-3、 8KHz方波，码序列为：1100。做FSK解调实验时，K904 l_2、K903 l_2。注意：选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)和1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。(二) FSK解调实验 (1)、接通开关K903“1”和“2”脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。(2)、观察FSK解调输出TP910-TP912波形，并作记录。并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。七、讨论思考题1、改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?2、采用锁相环解调时，其输出的信号序列与发送的信号序列相比有否产生延迟，为什么？八、实验报告要求1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。2、画出实验过程中各测量点的波形图，注意对应相位关系。实验四 HDB3编解码实验【实验性质】：验证性实验一、实验目的1、加深对n阶高密度双极性码的理解2、了解HDB3码的编码规则及其工作原理、实现方法3、掌握HDB3码编、解码的时序关系二、实验预习要求主要预习通信系统原理教材中关于“信号编码”这章中的“n阶高密度二进制码”等章节及HDB3码的编码规则和工作原理。三、实验仪器仪表1、示波器 一台2、电子与通信实验系统实验箱 一套四、实验原理HDBn码是 n阶高密度双极性码的缩写。在 HDBn码中信息“l”也交替地变换为 +l与-1的半占空归零码，但与AMI码不同的是：HDBn码中的连“0”数被限制为小于或等于n。当信息中出现n1个连“0”码时就用特定码组来取代，这种特定码组称为取代节。为了在接收端识别出取代节，人为地在取代节中设置“破坏点”，在这些“破坏点”处传号极性交替规律受到破坏。HDBn码是一种模态取代码，它有两种取代节：n+1位（B 0 0 .V） 或 n+1位（0 0 . V）其中B表示符合极性交替规律的传号，V表示破坏极性交替规律的传号，V就是破坏点。这两种取代节的选取原则是：使任意两个相邻V脉冲间的B脉冲数目为奇数。这样，相邻V脉冲的极性也满足交替规律，因而整个信号仍保持无直流分量。HDBn码中应用最广泛的就是3阶高密度双极性码，即HDB3码。在HDB3中每当出现4个连“0”码时用取代节B00V或000V代替。替代原则是：1.当四个连续的0出现时，我们将第四个0以V-bit (violation bit)取代，这个V-bit与上一个1有相同的极性，这样就会违反AMI Rule，我们表示为0000000V。2.如果在V-bit与上一个V-bit之间的1为奇数，我们将第一个0以B-bit取代，表示为0000B00V。其波形替代如图41所示：图41 HDB3码替代原则示意图根据上述替代原则，可得到以下结果： 前一破坏点的极性 + - + -4个连“0”码前一脉冲的极性+ - - +取代节码组 B00V（-00- +00+） 000V（000- 000+）例如：二进制信息： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1HDB3码： B+ 0 B- B+ 0 0 0 V+ 0 0 0 B- B+ B- 0 0 V- 0 0 B+上述HDB3码是在信息序列前一破坏点为V-，且它是至第一个连“0”串前有奇数个B情况下得到的。若前一破坏点为V+，且它至第一个连“0”串前有偶数个B，则HDB3码变为另一种形式：二进制信息： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1HDB3码： B+ 0 B- B+ B- 0 0 V- 0 0 0 B+ B- B+ 0 0 V+ 0 0 B-以上两种 HDB3码中 B+、 B-分别表示符合极性交替规律的正脉冲和负脉冲。 V+、 V-分别表示破坏极性交替规律的正脉冲和负脉冲。由此可知，HDB3码的波形不是唯一的，它与出现4连“0”码之前的状态有关。HDB3码具有检错能力，当传输过程中出现单个误码时，政坏点序列的极性交替规律将受到破坏，因而可以在使用过程中监测传输质量。但单个误码有时会在接收端译码后产生多个误码、HDB3码的平均误码增殖系数在11-17之间，有时高达2，这取决于译码方案。五、实验内容1、测试HDB3编码电路TPA01TPA05各测量点波形，画出波形并作详细分析。2、测试HDB3解码电路TPA06TPA08各测量点波形，画出波形并作详细分析。注意：为便于对照，请将调制与解调电路画在同一张图上。六、实验步骤(一)、HDB3编码实验(1)、+5V、-5V工作。(2)、按下按键开关：K2、K100、KA00。(3)、按一下“开始”与“综合实验”功能键，显示代码“6”。(二)、HDB3解码实验 观察HDB3解码输出TPA06TPA08波形，并作记录。并同时观察HDB3编码输入端的NRZ信号，比较两者波形，观察是否有失真。七、讨论思考题1、 认真观察HDB3编码器输出的TPA03TPA04波形，说说两者的差异与关系。2、 认真分析在HDB3解码时，说说HDB3解码器是如何从HDB3码中提取同步时钟信号的？3、 在HDB3解码时，其输出的信号序列与发送的信号序列相比有否产生延迟，为什么？4、为什么说n阶高密度双极性码具有检错能力？八、实验报告要求1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。2、画出实验过程中各测量点的波形图，注意对应相位关系。实验五 二相PSK(DPSK)调制实验【实验性质】：演示性实验一、实验目的1、掌握二相PSK(DPSK)调制的工作原理及电路组成。2、了解载频信号的产生方法。3、掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。二、预习要求认真预习通信原理中关于PSK调制有关章节的内容。三、实验仪器仪表1、+5V、+12V、-12V三路稳压电源 一台2、二踪示波器 一台3、电子与通信原理实验系统实验箱 一台四、实验原理在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK）中，就频带利用率和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，理论上都是PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。图5-1是本实验系统二相PSK(DPSK)调制器电路框图。众所周知，数字相位调制又称为移相键控。它是利用载波相位的变化来传递数字信息的。通常又可把它分成绝对相移与相对相移两种方式。本实验是采用绝对移相方式，所谓绝对移相就是利用载波不同相位的绝对值来传递信息。那么，怎样才能让载波不同相位的绝对值来传递信息呢?如果让所传输的数字基带信号控制载波相位的改变，而载波的幅度和相位都不变，那么就得到载波相位发生变化的已调信号。我们把这种调制方式称为数字相位调制。即移相键控PSK调制。PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的态制方式，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。本实验采用的是二相PSK调制，其它还有四相移相键控(QPSK)、八相移相键控(8PSK)、正交部分响应(QPRS)、十六进制正交调幅(16QAM)等。设在二相调制情况下，某一数字基带信号的码元时隙传送消息为“1”时，发送相位为0的振荡信号。S1(t)=Acos(0t+0) 0tT S1(t)=0 t为其它 传送消息“0”时，发送相位为180的振荡信号：S0(t)=Acos(0t+0+180)=-Acos(0t+0) 0tTS0(t)=0 t为其它当设o=0时，则S1(t)=Acos(0t) 0tTS1(t)=0 t为其它S0(t)= -Acos(0t+0) 0tTS0(t)=0 t为其它在数据传输系统中，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。DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。那么相对移相的含义是什么?所谓相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。“绝对移相”的原理提出还是比较早的，然而由于技术实现上的困难，一直未能在实际系统中推广应用，只是后来提出了“相对移相”后，才使移相键控付诸于实现。理论分析和实际试验证明：在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到了广泛的应用。在绝对相移方式，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，这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。DPSK是利用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式。设载波相对相移用 表示，(定义为本码元初相与前码元初相之差)，而且：= 时，表示数字信息“1”。= 0 时，表示数字信息“0”。则数字信息序列与DPSK信号的相位关系可举例说明如下：数字信息序列： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1DPSK信号相位： 0 0 0 0 0 0 绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”。相对码(差分码)是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。设输入的相对码an，为1110010码，则经过转码器后输出的相对码bn，为1011100，即bn =anbn-1 五、实验内容(一)、二相PSK调制实验用内载波发生器产生的信号作输入载波信号来观察TP301TP309各测量点的波形。(二)、二相DPSK调制实验加入差分编码器电路来传输二相DPSK信号，重做上述内容。六、实验步骤及注意事项 (1)看清楚本次实验电路的元器件在实验箱的分布结构。(2)+5V、-5V、+12V、-12V工作。(3)按下按键开关：K2、K3、K100、K300、K700。(4)按一下“开始”与PSK”功能键，显示代码“5”。(5)跳线开关设置：K1011-2、K3041-2或k3042-3、K3011-2、K3022-2或K3022-3或K3024-5或K3025-6、K3031-2与3-4。(6)跳线开关设置功能如下：K3021-2 ： 伪随机码，码序列为1110010，速率为32KHz的绝对码K3022-3 ： 伪随机码，码序列为1110010，速率为32KHz的相对码K3024-5 ： 128kHz方波，码序列为1010码。K3025-6 ： 64KHz方波，码序列为1100码。K3041-2 ： 1024MHz方波，作为载波输入。K3042-3 ： 512Hz方波，作为载波输入。(7)做二相PSK实验时，必须把开关K302的1脚与2脚相连接做二相DPSK实验时，必须把开关K302的2脚与3脚相连接。七、实验讨论思考题1、DPSK波形与载波幅度、基带信码有何关系?PSK与DPSK从波形上来看是无法分辨的，那么，它们到底又有何不同? 2、设给定一码组1011001110010，试画出对这个码组进行DPSK调制的波形。八、实验报告要求1、根据实验结果，作出DPSK已调信号的波形。2、简述DPSK调制电路的工作原理及工作过程。3、画出二相PSK调制器详细框图，并简述其工作过程。4、根据实验测试记录(波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系)依此画出调制器各测量点的工作波形，并给以必要的说明。实验六 二相(PSK,DPSK)解调实验【实验性质】：演示性实验一、实验目的l、掌握二相(PSK、DPSK)解调器的工作原理与系统电路组成2、熟悉二相相对移相与绝对移相的转换方法3、掌握二相(PSK，DPSK)系统的主要性能指标的测试方法4、了解以二相(PSK，DPSK)解调的基带数字信号中提取位同步信号的方法二、预习要求认真预习通信原理中关于PSK调制有关章节的内容。三、实验仪器材1、示波器 一台2、信号源 一台3、电子与通信原理实验系统实验箱 一台四、实验原理 1、电路组成二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图6-1所示。二相PSK(DPSK)的载波为1024MHz，码元速率有32kbits，16kbits可选择。从图9-1可见，该解调器由三部分组成：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。数字调相信号的解调有多种方法，如相干解调法(极性比较去)、相位比较法、锁相环法。本实验采用的是同相正交环锁相环提取载波电路。2、位定时恢复电路与信码再生器 众所周知，所有数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发送端和接收端正确地同步。同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。在通信系统中，通常遇到的有三种同步方式：载波同步、位同步和群同步在本次实验系统中，主要是分析位同步的问题，载波同步和群同步不在这里分析。实现位同步的方法有很多种，但基本上可以分为两大类型；一种类型是外同步法。另一种类型是自同步法。所谓外同步法，就是在发送端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。所谓自同步法，就是在发送端不专门向接收端发送位同步信号，而接收端所需要的位同 步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。本次实验中，位同步提取的方法是从二相PSK(DPSK)信号中，对解调出的数字基带信息再直接提取恢复出位同步信号。3、眼图以上我们对PSK和DPSK的原理有了一定的了解。那么，怎样来衡量整个系统的传输质量呢?下面，我们再介绍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