通信原理实验讲义(2012)

1、通信原理 实验讲义2012年2月目录实验一AM 调制解调通信系统实验 3实验二HDB3 编译码实验 14实验三2ASK、2FSK 数字解调实验 172实验一 AM调制解调通信系统实验实验目的：1掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；2、掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路的工作原理及特点；3、学习调制系数 m及调制特性(mU m )的测量方法，了解 m1时调幅波的波形特点。4、掌握用集成电路实现同步检波的方法。预习要求：1、预习幅度调制器的有关知识；2、 认真阅读实验指导书，分析实验电路中用MC1496乘法器调制的工作原理, 并分析计算各引脚的直流电压；3、了解调制系数m的意义及测量方法；4、分析

2、全载波调幅信号的特点；5、了解实验电路中各元件作用。6、复习用集成模拟乘法器构成的同步检波器的工作原理；7、了解实验电路中各元件作用；8 了解检波器电压传输系数Kd的意义及测量方法 三、实验电路说明：(A )幅度调制系统原理及抗噪性能一、调制、解调方法用滤波器产生 AM、DSB、SSB、VSB信号方法。m(t) F m (f)m(t)=0f L f H24A m(t) F 2 A0 (f) M (f)cos ctF C(f)f fc f fcS(t) F S(f) 2 M f fcM f fcSm(t) F Sm(f)丄 H (f) M f f c M f fch M(f)1L 2 Ao (f

3、) M(f)nfnAf/1/I1 ./丨.-f H -fL f Lf H-f H -fL f Lf HA:L C(f)JIfJ0J/A Ch S(f)( ( f厂:r1 S(f)l r f-f c0fc-fHf cf c+fH-f c0f c-f Hfcf c+fH采用不同的H(f)可得到DSB、SSB、VSB、AM1. AMH(f)为理想带通。c-f Hfcc+f33Sam (t)=A+m(t)cos ct 3AM信号频谱同S(f),信号带宽B=2fH 解调包络检波要求A+m(t) 0相关解调0fH(t )2A m(t) cosctm(t) 1cos 2 ctLPF隔直1叫2m(t)fc-2

4、f c2fc、I-f c-f c频谱同 S(t),B=2f H-f H2. DSB (或 DSB-SC)A H(f)1_ f-f H f c f HSDSB(t)=m(t)COS ct 3 解调DSB信号。相干解调。请自己画出各点频谱。不能用包络检波法解调 相干解调方框图同AM3. SSBA H(f)A H(f)得上边带VSB,fc+九 f of c+fHfc-f H得下边带LSB,推导SSB信号的时域表达式sgnc sgncsgn(c) fm(t)是m(t)的希尔伯特变换,sin cct是cos cct的希尔伯特变换。m(t)cosctH()m(t) sin ct1H( ) jsgn( ),

5、 h(t)1 F 1 1m(t)sin ctM( ) jsgn()2 2 2j(c)(1-M( )sgn()(4c)(c )1M (c) sgn(4c) M(c)sg n(c)c)同理SuSB1m(t) cos ct1m(t) sin ct载波为cos cotSlsb ()1 M (2c) M (c)1?2 sgn(c )sgn(c)1 M (4c)sg n(c)M (c)sgn(c)丄M (4c)sgn(c)M(c)sgn(c)1 M (4c) M(c)1 M (4c)sg n(c)M (c)sgn(c)Slsb (t)1m(t) cos21ctm(t)s in2ctcos ot载波为1 1

6、当载波为 sin o 时Slsb 2m(t)sin ct 丁cos ctSUSB (t)m(t)sin ct1m(t)cos ct2 c单边带时域式中的系数1/2可为任一常数 据时域表达式可用相移法产生SSB信号解调相干解调方框图同AM，自己画各点频谱。插入强载波包络检波。Am(t) cos ctm(t)si n ctAm(t) cos ct此为AM信号故可用包络检波法解调SSB信号强载波Acoswet的获取方法：(1)发端插入导频acos wt,收端提取acos W后，放大得Acoswt, Aa。不插导频，收端的振荡器输出Acos wct作为强载波，语音单边带允许f H(f)-m(t)fm

7、(t)SvSB m(t)cos ct2m(t)si n ct2m (t) cos ct2m (t)sin ct2m (t) cos ct2m (t) sin ct2m(t) cos ct2m(t) sin ct2m (t)sin ctSvSB A cos ct-m(t) coscosctAM信号探线性调制含义：将m(t)频谱线性放大，再搬运到fc两边。二线性调制系统的抗噪性能分析AM，DSB，SSB相干解调抗噪性能，AM包络检波的门限效应AM，DSB 中 fo=fc1. 相干解调st)带通滤波器低通滤波器m(t)n(t)ni(t)i时包络检波的可靠性同相干解调。N(-S)ini(t)时，E(t

8、) A+m(t)+(t)mo(t)=m(t)，no(t)=nc(t)可得:G当m(t) A cos mt时，G舟A m2(t)3当 A+m(t) ni(t)时，解调器的输出端得不到独立的信号。（B ）电路原理本实验调制部分电路如图1-1所示。图中MC1496芯片引脚1和引脚4接两个51 Q和两个100Q电阻及51K电位 器用来调节输入馈通电压，调偏RP1,有意引入一个直流补偿电压，由于调制电压 uQ与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号uQ叠加了某一直流电压后与载波电压uc相乘，从而完成普通调幅。如需要产生抑制载波双边带调幅波，则应仔细 调节RP1，使MC1496输入端电路平衡。另外，调节 R

9、P1也可改变调制系数 m。 1496芯片引脚2和引脚3之间接有负反馈电阻R3,用来扩展 uQ的输入动态范围。载波电压 uc由引脚8输入。MC1496芯片输出端（引脚12）接有一个三极管组成的射随器，来增加电路的 带载能力。幅度解调实验电路 同步检波器如图1-2所示。本电路中MC1496构成解调 器，载波信号加在8 10脚之间，调幅信号加在1 4脚之间，相乘后信号由12 脚输出，经C11、C12、R25、R26、R31和U3组成的低通滤波器输出解调出来的 调制信号。四、实验内容及步骤：1、实验连线：a）调制实验连接线:源端口目的端口载波信号源模块：CAR1AM调制单元：CAR-IN低频正弦信号源

10、：信号输出AM调制单元：S-INb）解调实验连接线：保持调制实验连接线不变，增加以下连接线源端口目的端口载波信号源模块：CAR1AM解调单元：CAR-INAM调制单元：AM-OUTAM解调单元：AM-IN2、打开交流电源开关和各模块的电源开关；3、 调整低频可调信号源：输出频率一定，例如可为1KHz左右（通过电位器 进行调整），幅度不大于0.2Vpp （通过调节电位器进行调整）。匚耳叵卜JT一 I1原路电制调MA 11图4、高频信号发生器输出一一CAR1接到电路输入端 CAR_IN，使其产生fc=500KHz的载波频率，输出幅度不大于0.2V （可通过调节高频信号产生 单元源模块的电位器来任意

11、调整），从正弦信号源输出频率为f Q =10KH的正弦调制信号到A_IN （频率可通过调节电位器来任意调整），示波器接 电路输出端AM OUT ;州OUT5MTil图1-2 AM解调电路原理图5、 反复调整可调信号源模块及高频信号源模块的可调电阻及AM调制单元的 电位器（调制信号幅度调节及乘法器的工作点调节）使之出现合适的调幅波，观察其波形并测量调制系数 m；6、观察并记录m1时的调幅波形；7、将载波加至AM解调单元的B_IN端，将调幅波加至AM解调单元的AMN 端，观察并记录解调输出波形，并与调制信号相比较。五、实验报告要求:1、整理各实验步骤所得的数据和波形，绘制。2、分析各实验步骤所得的

12、结果。3、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法;4、掌握用集成电路实现同步检波的方法。实验二 HDB3 编译码实验一、实验目的1、掌握 AMI 、HDB3 码的编码规则。2、掌握从 HDB3 码信号中提取位同步信号的方法。二、实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（ NRZ ）、三阶高密度双极性码（ HDB3）、 整流后的 HDB3 码。2、用示波器观察从 HDB3 码中提取位同步信号的电路中有关波形。3、用示波器观察 HDB3 译码输出波形。三、基本原理HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或BOOV代替，当两个 相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V，有偶数

13、个信息1码（包括0个 信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有 符号的1码即+1或-1； HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而 V的符号破 坏这种符号交替反转原则，但相邻 V 码的符号又是交替反转的； HDB3 码是占空比 为 0.5 的双极性归零码。设信息码为0000 0110 0001 0000 0贝U NRZ码、AMI码，HDB3码如图3-1所 示。分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图2-2所示，它不含有离散谱fs成份（fs =1/Ts，等于位同步信号频率）。在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路。在做译码时必须

14、提供位同步信号。工程上，一般将 AMI 或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码（RZ| t =5Ts）。 这种信号的功率谱也在图1-9中给出。由于整流后的 AMI、HDB3码中含有离散谱 fs ,故可用一个窄带滤波器得到频率为 fs的正弦波，整形处理后即可得到位同步信 号。图 2-1 NRZ、AMI 、HDB3 关系图图 2-2 AMI、HDB3、RZ| T =0.5T频谱组成模块如下图所示：端口说明：CCLK：编码时钟输入端DIN：编码数据输入端HDB3OUT：密勒编码结果输出端DCLK：译码时钟输入端HDB3IN：密勒译码数据输入端DOUT：译码结果输出端HDB

15、PN：HDB3 整流输出信号四、实验步骤1、实验连线：CCLK ：从数字信号源模块引入 BS-OUT。DIN ：从数字信号源模块引入 NRZ-OUT。HDB3 OUT 与 HDB3 IN 短接。DCLK与位同步模块BS-OUT (两种方式任选其一，如VCO锁相环方式)连接。 HDBPN位同步模块DATA-IN (两种方式任选其一，如VCO锁相环方式)连 接。2、用示波器观察 HDB3 编译单元的各种波形。用信源模块的FS信号作为示波器的外同步信号。(1) 示波器的两个探头 CH1和CH2分别接NRZ-OUT和HDB3-OUT，将信 源模块KS1、KS2、KS3的每一位都置1,观察并记录全1码对

16、应的HDB3码；再 将 KS1、 KS2、 KS3 置为全 0，观察全 0 码对应的 HDB3 码。观察时应注意编码输 出 HDB3 比输入 NRZ-OUT 延迟了 4 个码元。( 2)将 KS1 、 KS2、 KS3 置于 0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录 对应的 HDB3 码。(3)将KS1、KS2、KS3置于任意状态，CH1接NRZ-OUT , CH2分别接HDB PN、BS-OUT和DOUT，观察这些信号波形。观察时应注意：? 记录 DOUT 信号（译码输出）迟后于 DIN 信号（编码输入）的码元个数。? HDB3码是占空比等于0.5的双极性归零

17、码，HDBPN是占空比等于0.5的 单极性归零码。?对于 AMI 码，本实验中若 24 位信源代码中只有 1 个“ 1码“，则无法从 AMI 码中得到一个符合要求的位同步信号， 因此不能完成正确的译码。 若 24 位信源代码 全为“0码”，则更不可能从 AMI 信号（亦是全 0 信号）得到正确的位同步信号。信 源代码连 0 个数越多， 越难于从 AMI 码中提取位同步信号 （或者说要求带通滤波的 Q值越高，因而越难于实现），译码输出 NRZ越不稳定。而HDB3码则不存在这种 问题。五、实验报告要求1. 设代码为全 1，全 0 及 0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出

18、 HDB3 码的代码 和波形。2. 总结从 HDB3 码中提取位同步信号的原理。实验三 2ASK 、 2FSK 数字解调实验、实验目的1. 掌握 2ASK 过零检测解调原理。2. 掌握 2FSK 过零检测解调原理。 、实验内容1. 用示波器观察2ASK过零检测解调器各点波形2. 用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。 三、基本原理（A）2ASK 解调（1）包络检波eo(t)x(t)r(t)cp(t)无码间串扰实际系统中x（ t）迟后于eo（t），进行数学抽象时认为系统是物理不可实现的, 是否有码间串扰决定于滤波器和信道的频率特性。LPF用来滤除高频，一般对码间串扰无影响（2）相干解调r（

19、 t）与（1）中不同，有正、负值，其它同（1）（3）过零检测限幅1 c |1 d I* e 1 微分整流I_H单稳 H低通Icp(t)位同步器具体波形可以参考2FSK过零检测波形。判决准则：f(kTs)丄(A B) 02在本实验中，2ASK解调采用过零检测的方法。(B) 2FSK 解调包络检波条件：|fci fc2 I 2fs。判决准则：a(kTs) b(kTs) 0(2) 相干解调判决准则同(1)(3) 过零检测1 c |1 d |* e 1T微分|整流|H单稳 H低通I限幅抽样判决| 9 *cp(t)位同步器cp(t)波形图如上所示。判决准则：f(kTs) 1(A B) 02(C) 电路原

20、理本实验采用过零检测法解调2FSK信号。图3-1、图3-2分别为解调器的方框图 和电路原理图。图3-1 2FSK过零检测解调方框图2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点:? 2FSK-IN? BS-IN? FD? LPF2FSK信号输入点/测试点位同步信号输入点2FSK过零检测输出信号测试点 低通滤波器输出点/测试点? NRZ（ B）? NRZ- OUT位同步提取输出测试点解调输出信号的输出点/测试点2FSK解调器方框图中各单元与电路图中元器件对应关系如下:?整形1?单稳1、单稳2?相加器?低通滤波器?整形2?抽样器UF1:A :反相器 74HC04UF2:单稳态触发器74LS123UF3

21、 :或门 74LS32UF4:运算放大器LM318 ;若干电阻、电容UF1:B :反相器 74HC04UF5:A :双 D 触发器 74HC74在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外 的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实 验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入 端就没加带通滤波器。2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下：?图3-3为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“ 1码载频等于码速 率的两倍，“ 0码载频等于码速率。NRZ（B）BS-INNRZ-OUT图3-3 2FSK过零检测解调器各点波形示意图整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在 2.5V上。74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形 1将正弦 2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。整形2和抽样电路共同构成一个判决电平 为2.5V的抽样判决器。?单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一图路电调解字数KluN 2 3 图口 V首C