通信原理综合设计性实验(方)2009.doc

通信原理实验课程编码：X61020003 实验指导书：现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06面向专业：通信工程、电子信息工程、 综合性实验项目名称 脉冲幅度调制(PAM)及系统实验实验项目学时：3学时 实验要求： 必修 选修 （一） 实验目的及要求1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解；2、 通过实验电路的组成、波形和所测数据分析，加深理解这种调制的优缺点；3、 通过脉冲调制实验，对脉冲调制系统中最重要的取样定理，在理论和实际演示过程中得到巩固；（二） 实验基本原理这是一种简单的脉冲幅度调制实验，在设计上有一定得普遍性和代表性，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。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。（三） 主要仪器设备及实验耗材100MHz二踪示波器1台函数信号发生器 1台通信原理实验箱 1台计算机 1台集成电路芯片、单片机电路芯片、电阻、电容器件各100 套，约 2000元（四） 实验内容或步骤1. 脉冲幅度调制实验本实验主要完成三个方面的内容1) 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。2) 观察取样保持前后的两种波形的相同点和不同点，并加以理论分析。3) 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：1） 观察整个系统收发各点信号的特点并测量其参数，06KHZ音频段至少测六个频率点；2） 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；3） 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。（五） 思考题1. 本实验是什么方式的取样？为什么？2. 系统造成失真的原因有哪些？（六） 主要参考书 现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 脉冲编码调制(PCM)及系统实验实验项目学时：3学时 实验要求： 必修 选修 （一）实验目的及要求1、 加深对PCM编码工作过程的理解；2、 掌握PCM编、译码的时序关系；3、 熟悉PCM编、译码专用集成芯片的使用方法及其要求；4、 了解PCM系统的工作过程。（二） 实验基本原理 众所周知，脉冲调制通信就是把一个时间连续、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后在信道中进行传输。而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样，之后，再对抽样值的幅度进行量化、编码的过程。（三） 主要仪器设备及实验耗材100MHz二踪示波器1台函数信号发生器 1台通信原理实验箱 1台计算机 1台集成电路芯片、单片机电路芯片、电阻、电容器件各100 套，约 2000元（四） 实验步骤+5V、-5V工作；动手实验时，先看清楚本实验内容所处实验箱中的具体位置。脉冲编码调制（PCM）系统元器件位置结构图在试验箱中的PCM这一块中；按下按键开关：K2、K3、K100、K500;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：1）2048KHZ主时钟信号；2）8KHZ收发分帧同步信号；3）使能信号，此为低电平有效。跳线开关放置：K101的1-2脚、K501的1-2脚；外加300HZ3400HZ信号从S201进入；（五）思考题 1.TP3067 PCM编码器输出的RCM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分帧收、发同步时钟的相位关系？（六）主要参考书 现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06 综合性实验项目名称 增量调制编码系统实验 实验项目学时：4 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.掌握增量调制编码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。2.了解不同速率的编码，以及低速率编码时的输出波形。二、实验基本原理：1.增量调制的工作原理增量调制是由PCM发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM的一种特例。增量调制编码基本原理是只用一位编码，这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。三、主要仪器设备及实验耗材： 二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤：1.增量调制CVSD（M）编码实验2.工作时钟可变状态下M编码比较实验 详细内容具体如下：a.从实验一中信号发生器实验电路的测量点TP106处输出一简易正弦信号，频率为2000Hz，加到信号输入插座S201上，再测量TP201TP207各点波形，并画出波形。b.用外加信号源输入音频信号，保持f = 800Hz不变，改变信号幅度再重复观测TP201TP207各点波形。3.输入音频信号保持幅度不变，改变信号的频率再逐点观测TP201TP207各点波形。4.用外加信号源输入音频信号，保持f = 800Hz不变，幅度也保持不变，而改变工作时钟再观测TP201TP207各点波形。并分析测试结果。同时要注意时间相位关系。 五、思考题 1. 思考实验电路的方框图，并作简要叙述。2. 思考实验内容2中的各点波形图，注意对应时间相位关系。3.结合理论分析说明在测量各点波形时，所发生的各种现象。六、主要参考书及资料 现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 增量调制系统译码实验 实验项目学时：4 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。3.熟悉该系统在不同工作频率，不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。二、实验基本原理：1.实验电路基本工作过程由发端送来的编码数据信号加至信开关K802的引脚，通过该开关的作用，把信号送到U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。本系统因为是译码电路，故CPU送出低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道，低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。三、主要仪器设备及实验耗材：二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤：实验内容：1.连续可变斜率增量调制（M）译码实验2.增量调制（M）系统特性、指标测试实验3.同等条件下的PCM与 M 系统性能比较实验实验步骤：1.按下按键开关：K2、K3、K100、K200、K8002.按一下“开始”与“DM译码”功能键，显示代码“7”3.必须使DM编码实验工作正常4.跳线开关设置：K10112、K20112、K80112、K802125.外加300Hz3400Hz信号从S201进入五、思考题1. 思考实验系统总方框图的作用2. 思考实验内容1中各测量点的波形。3.思考过载特性曲线并根据实验内容列表画出。六、主要参考书及资料现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 基本锁相环与锁相式数字频率合成器系统实验 实验项目学时：4 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.掌握VCO压控振荡器的基本工作原理, 加深对基本锁相环工作原理的理解。 2.熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。二、实验基本原理：所谓压控振荡器就是振荡频率受输入电压控制的振荡器。 4046锁相环的VCO是一个线性度很高的多谐振荡器，它能产生很好的对称方波输出。电源电压可工作在3V18V之间。本电路取+5V电源。它利用由门电路组成的RS触发器控制一对开关管轮番地向定时电容C1 正向充电和反向充电，从而形成自激振荡，振荡频率与充电电流成正比。与C1的容量成反比，振荡频率不仅与定时电容C1、外加控制电压Ui有关而且还与电源电压有关，与外接电阻R1、R2的比值也有关。 锁相式数字频率合成器的框图如图8-5所示，其电原理图如图8-2所示。从图8-2可见，U402(MC14522)、U403(MC14522)、U404(MC14522)为三级可预置分频器，全部采用可预置BCD码同步1/N计数器MC14522，可由4位小型拨动开关选择。U402、U403、U404分别对应着总频比N的百位、十位、个位分频器，U402、U403、U404的输入端一方面SW401、SW402、SW403分别置入分频比的百位数、十位数、个位数以8421 BCD码形式输入。 使用时按所需分频比N预置好SW401、SW402、SW403的输入数据，f0 NfR，3位程序分频器MC14522的数据输入端P0P3分别接有510K的下拉电阻，当SW401、SW402、SW403没有对该系统单元数据输入时，即开路状态时，此时下拉电阻把数据输入端置“0”电平；当SW401、SW402、SW403工作时，则有相应的“1”电平输入到数据输入端，使之置于“1”电平状态，以便程序分频器进行处理。 在图8-2电路图中，当程序分频器的分频比N置成1，也就是把SW401、SW402均断开，SW403置成“0001”状态。也即N1输入至三级程序分频器的对应数据输入码。这时，该电路就是一个基本锁相环电路。 当三级程序分频器的N值可由外部输入进行编程控制时，该电路就是一个锁相式数字频率合成器电路。输入频率转换开关K401进行选择，当K401的2与1相连接，则把来自实验一的时钟信号发生器的1KHz方波信号输入到该14引脚，若K401的2与3相连接，则必须用外接信号源，产生1KHz方波信号通过输入信号插座S401引入。当锁相环锁定后，可得到：fRfV 其中 fVf0/N ,代入得： fRf0/N 移项得： f0NfR 由此可知，当fR固定不变时，改变三级程序分频器的分频比N，VCO的振荡输出频率(也就是频率合成器的输出频率)f0也得到相应的改变。例如： 当设fR1KHz方波 , 把三级程序分频器的分频比N置成257即N257 则： f0NfR2571KHz257KHz 当N132时 , f0NfR1321KHz132KHz 当N 999时 ,则f0NfR9991KHz999KHz。这样，只要输入一个固定信号频率fR，即可得到一系列所需要的频率，其频率间隔等于fR，这里为1KHz。对选择不同的fR，则可以获得不同的fR的频率间隔。在用实验一信号发生器产生的时钟信号频率时，当设fR1KHz，实际上准确频率为1.024KHz，而不是1KHz。因而经过三级程序分频器与锁相实验后，VCO压控振荡器的输出频率也应当是1.024KHz的N位数。 例： 当N 132时 则f0 NfR 1321.024 135.168KHz 当N 133时 则f0 N1.024 1331.024 135.192KHz 输出产生一定的积累误差，这点在下面进行实验时应注意。 三、主要仪器设备及实验耗材：二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤： (一)基本锁相环实验 1.观察锁相环路的同步过程； 2.观察锁相环路的跟踪过程； 3.观察锁相环路的捕捉过程； 4.测试环路的同步带与捕捉带，并计算它们的带宽。(二)锁相式数字频率合成器实验 1.在程序分频器的分频比N1、10、100三种情况下： a.测量输入参考信号的波形；b.测量相位比较器的信号波形； c.测量频率合成器输出信号的波形。 2.检查并观察输出频率(或分频比)的置换功能； 3.测量并观察最小分频比与最大分频比。五、思考题VCO输入参考信号，即相位比较器输入信号，为什么它要由开关K401进行选择？为什么它要由CLK时钟信号电路送入1KHz的方波信号作为VCO的输入参考信号；为什么它要由2脚与3脚相连：为什么外加方波信号TTL电平由S401端输入。六、主要参考书及资料现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 二相BPSK(DPSK)调制实验实验项目学时：3学时 实验要求： 必修 选修 （一） 实验目的及要求1.二相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.掌握二相绝对码的码变换方法。（二）基本原理 在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法莱实现的，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莱实现相位键控。（三）仪器设备及实验耗材100MHz二踪示波器1台函数信号发生器 1台通信原理实验箱 1台计算机 1台集成电路芯片、单片机电路芯片、电阻、电容器件各100 套，约 2000元（四） 实验内容1.二相BPSK调制器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。2.二相DPSK调制器实验加入差分编码器电路来传输二相DPSK信号，即将开关K301置成2脚与3脚相连，其他开关设置不变重做上述内容。（五）思考题 1.调节W301会改变载波幅度的大小，在TP302测量点，为什么载波幅度增大到一定程度是会出现波形失真？ 2.设给定一码组1011001110010，试画出对这个码组进行DPSK调制的波形。（六）主要参考书 现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 二相BPSK(DPSK)解调实验实验项目学时：3学时 实验要求： 必修 选修 （一） 实验目的及要求1. 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得转换方法； 3.掌握载波锁相环技术指标的测试方法； 4. 掌握二相(PSK、DPSK)系统的主要性能指标的测试方法； 5.了解以二相(PSK、DPSK)解调的基带数字信号中提取位同步的方法。（二）基本原理 二相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。（三）仪器设备及实验耗材100MHz二踪示波器1台函数信号发生器 1台通信原理实验箱 1台计算机 1台集成电路芯片、单片机电路芯片、电阻、电容器件各100 套，约 2000元（四）实验内容1.二相BPSK解调实验；2.二相DPSK解调实验；3.PSK解调载波提取实验；（五）思考题 1.如果调节W701和W702的阻值，使得输出的载波信号频率小于4.096MHZ或大于4.096MHZ对实验有何影响？ 2.伪随机码1110010每个码元应对应多少个载波？（六）主要参考书 现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06设计性实验项目名称 数字同步信号发生器 实验项目学时：4 实验要求： 必修 选修 一、 实验目的及要求：1.掌握数字基带信号的传输过程。2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。3.学会观察眼图及其分析方法。二、 实验基本原理： 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端和收端正确地同步。同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。通常有三种同步方式，即：载波同步、位同步和群同步。在本实验中主要分析位同步，载波同步和群同步不分析。实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。另一类是自同步法。所谓外同步法，就是在发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，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而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。三、主要仪器设备及实验耗材：二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤：实验内容：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端和收端正确地同步。同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。通常有三种同步方式，即：载波同步、位同步和群同步。在本实验中主要分析位同步，载波同步和群同步不分析。实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。另一类是自同步法。所谓外同步法，就是在发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，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而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。（1）按下按键开关：K300、K700。（2）按一下“开始”与“PSK”功能键，显示代码“5”。（3）跳线开关接通设置：K304的12、K301的12、K302的12或K302的23或K302的45或K302的56、K303的1-2、K303的3-4。（4）PSK调制时： K302的1-2：伪随机码，码序列为1110010，速率为32KHz的绝对码。（5）PSK解调时：A.首先要使PSK调制电路正常工作。接通跳线开关：K701的1-2、K702的1-2、K703的1-2、 K704的 1-2、K705的1-2、K705的2-3。 B.在CA701上插上电容，使振荡器工作频率为4.096MHz，电容在80Pf120Pf之间。 C.做观察眼图实验时： 接通跳线开关K704的1-2；同时按下“开始”与“PSK”功能键，显示代码“5”； 若用示波器一根探头放在TP304，另一根探头放在TP707，使之同步，才能看到眼图； 若用示波器一根探头放在TP703, 另一根探头放在TP707，使之同步，则看到升余弦波波形。 D.CPU仿真眼图观察测量实验 具体步骤如下： a.接通跳线开关K704的2-3； b.同时按下“开始”与“眼图”功能键，显示代码“9”；c.若用示波器的一根探头放在TP304，另一根探头放在TP707，使之同步，才能看到CPU仿真眼图；它和PSK解调电路观察到的实际眼图基本一样。步骤：（1）按下按键开关：K300、K700。（2）按一下“开始”与“PSK”功能键，显示代码“5”。（3）跳线开关接通设置：K304的12、K301的12、K302的12或K302的23或K302的45或K302的56、K303的1-2、K303的3-4。（4）PSK调制时： K302的1-2：伪随机码，码序列为1110010，速率为32KHz的绝对码。（5）PSK解调时：A.首先要使PSK调制电路正常工作。接通跳线开关：K701的1-2、K702的1-2、K703的1-2、 K704的 1-2、K705的1-2、K705的2-3。 B.在CA701上插上电容，使振荡器工作频率为4.096MHz，电容在80Pf120Pf之间。 C.做观察眼图实验时： 接通跳线开关K704的1-2；同时按下“开始”与“PSK”功能键，显示代码“5”； 若用示波器一根探头放在TP304，另一根探头放在TP707，使之同步，才能看到眼图； 若用示波器一根探头放在TP703, 另一根探头放在TP707，使之同步，则看到升余弦波波形。 D.CPU仿真眼图观察测量实验 具体步骤如下： a.接通跳线开关K704的2-3； b.同时按下“开始”与“眼图”功能键，显示代码“9”； c.若用示波器的一根探头放在TP304，另一根探头放在TP707，使之同步，才能看到CPU仿真眼图；它和PSK解调电路观察到的实际眼图基本一样。五、思考题1.根据实验结果，思考后画出BPSK(DPSK)相干解调电路的波形图，在图上标上相位关系。2.根据实验结果，记录并绘出眼图的波形图，并表明眼图的各项参数。六、主要参考书及资料现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 FSK调制实验 实验项目学时：3 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。 二、实验基本原理：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，抗噪声和抗衰减性的能力较强，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，由实验一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，即为相位连续的数字调频信号。三、主要仪器设备及实验耗材：二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤：1.测试FSK调制电路TP901TP907各测量点波形，并作详细分析。 (一)FSK调制实验 （1）按下按键开关：K2、K100、K900。 （2）按一下“开始”与“FSK”功能键，显示代码“3”。 （3）跳线开关接通设置：K101的1-2、K901的1-2、K902的1-2。 K904的1-2、2KHz的伪随机码，码序列为：1110010. K904的2-3、8KHz方波，码序列为1100码。 做FSK解调实验时，K904的1-2、K903的1-2。 （4）在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf2400Pf之间。 （5）注意选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)、1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。五、思考题1.思考并画出测试点的各点波形。2.思考改变4046的哪些外围元件参数对其输出有影响? 六、主要参考书及资料现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 FSK解调实验 实验项目学时：3 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。二、实验基本原理：FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理十分简单，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。三、主要仪器设备及实验耗材：二踪示波器，函数信号发生器，实验箱。四、实验内容或步骤：(二)FSK解调实验 1.接通开关K903的1-2，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TP910TP912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。3.测试FSK解调电路TP908TP910各测量点波形，并作详细分析。 五、思考题1.思考并画出测试点的各点波形。2.思考改变4046的哪些外围元件参数对其输出有影响? 3.采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟?六、主要参考书及资料现代通信设计实验测试（修订版）主编方安安 江西科技出版社2006.06综合性实验项目名称 通信系统综合实验（一） 实验项目学时：4 实验要求： 必修 选修 一、实验目的及要求：1.熟悉数字通信系统各级信号的波形。 2.理解信号在信道传输过程中的变换原理和方法。 3.了解数字通信系统性能的测试方法。二、实验基本原理：为了使学生对数字通信系统有一个感性认识，进一步加深对通信系统工作的理解，本实验是在前面实验的基础上，有代表性地选择了增量编码调制实验，二相PSK(DPSK)调制解调系统实验，信号发生器系统实验和中央集中控制器系