电子班通信原理实验报告

1、 通信原理 实 验 报 告 报告人： 12 电子 1242006 孙世林 电话12电子 1242038 杨俊慧 电话指导老师：程卫军 日期：2015年6月23日 目录实验一 双边带抑制载波调幅（DSB-SC、AM）.3 1实验目的 .3 2实验原理.3 3步骤及分析.5实验二 数字基带传输系统.15 1实验目的 .15 2实验原理.15 3步骤及分析.16实验三OOK和DPSK信号的产生及解调.23 1实验目的 .23 2实验原理.23 3步骤及分析.27实验四 三种码的编解码和低通信号的采样与重建.37 1实验目的 .37 2实验原理.37

2、 3实验步骤.40 4实验分析.47实验感想.50通信原理实验一双边带抑制载波调幅（DSB-SC、AM）1、 实验目的1了解DSBSC AM 信号的产生及相干解调的原理和实现方法。2了解DSBSC AM 的信号波形及振幅频谱特点，并掌握其测量方法。3了解在发送DSB-SC AM 信号加导频分量的条件下，收端用锁相环提取载波的原理及其实现方法。4 掌握锁相环的同步带和捕捉带的测量方法，掌握锁相环提取载波的调试方法。2、 实验原理DSB-SC AM信号的产生及相干解调与原理图1、将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(f)相乘得到DSB-SC AM 信号，其频谱不包含离散的载波分量。2、DS

3、BSC AM 信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波，一种方法是在发送端加导频，如图所示。收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。此锁相环必须是窄带锁相，仅用来跟踪导频信号。3、在锁相环锁定时，VCO 输出信号与输入的导频信号的频率相同，但二者的相位差为(+90。)其中很小。锁相环中乘法器(相当于鉴相器)的两个输入信号分别为发来的信号s(t)(已调信号加导频)与锁相环中VCO 的输出信号，二者相乘得到4、 相干解调是将发来的信号 s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带信号。 5、 分析：设调制波为，载波为。则在A点有DSB波：通过相加器后有AM波：在接收端锁相环产生

4、稳定的同步解调正弦波，最终通过乘法器，低通滤波器，直流滤波器得原始波形。3、 实验步骤及分析1、DSBSC AM 信号的产生1）按照图所示，将音频振荡器输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100 kHz模拟载频信号分别用连接线连至乘法器的两个输入端。2）用示波器观看音频振荡器输出信号的信号波形的幅度及振荡频率，调整音频信号的输出频率为10 kHz，作为均值为O 的调制信号m()。3) 用示波器观看主振荡器输出信号波形的幅度及振荡频率。主振荡器的振幅为vpp=4v，f=100kHz4) 用示波器观看乘法器的输出波形，并注意已调信号波形的相位翻转与调制信号波形的关系。5) 测量已调信号的振幅频谱，注

5、意其振幅频谱的特点。6) 按照图将DSBSC AM 信号及导频分别连到加法器的输入端，观看加法器的输出波形及振幅频谱，分别调整加法器中的增益G 和g，具体调整方法如下。(a) 首先调整增益G：将加法器的B 输入端接地，A 输入端接已调信号，用示波器观看加法器A 输入端的信号幅度与加法器输出信号的幅度。调节旋钮G，使得加法器输出幅度与输入一致，说明此时G=1。(b) 再调整增益g：加法器A 输入端仍接已调信号，B 输入端接导频信号。用频谱仪观看加法器输出信号的振幅频谱，调节增益g 旋钮，使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的 0.8 倍。此导频信号功率约为已调信号功率的0.32 倍。

6、实验分析：将调制信号和主信号通过乘法器得到波形，为DSB波。（如下图） 很容易得出：DSB信号在调制信号过零点存在相位反相。通过相加器后有：，此时为AM波。包络与调制信号一致（如下图）。由实验要求：加法器A 输入端仍接已调信号，B 输入端接导频信号。用频谱仪观看加法器输出信号的振幅频谱，调节增益g 旋钮，使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的 0.8 倍。此导频信号功率约为已调信号功率的0.32 倍。导频信号已调信号单边频谱密度图为： 2、 锁相环的调试1)单独测量VCO 的性能。将 VCO 模块前面板上的频率选择开关拨到HI 载波频段的位置，VCO 的Vin 输入端暂不接信号(此

7、时Vin 被模块内部接地)。用示波器观看VCO 的输出波形及工作频率f0，然后旋转VCO 模块前面板上的f0 旋钮，改变VCO 中心频率f0，其频率范围约为70130 kHz。然后将可变直流电压模块的 DC 输出端与VCO 模块的Vin 端相连接，双踪示波器分别接于VCO 输出端及DC 输出端。当直流电压为零时，调节VCO 模块的f0 旋钮，使VCO 的中心频率为100 kHz。从-2 V 至+2 V 改变直流电压，观察VCO 的频率及线性T 作范围。调节 VCO 模块的GAlN 旋钮，使得在可变直流电压为±1 V 时的VCO 频率偏移为±10 kHz。值得注意的是，不同G

8、AIN 值对应不同的VCO 压控灵敏度。2)单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的T 作是否正常按图226 所示的电路图进行实验，即图223 中的锁相环处于开环状态。锁相环中的LPF 输出端不要接至VCO 的输入端。此时，图226 中的乘法器相当于混频器。在实验中，将另一 VCO 作为信号源输入于乘法器。改变信源VCO 的中心频率，用示波器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号，它应是输入信号与VC 输出信号的差拍信号(差频信号)。(3)测量锁相环的同步带及捕捉带将载频提取的锁相环闭环连接，仍使用另一VCO 作为输入于锁相环的信号源。锁相环的输出和输入存在频差或相差时，这种差别会体现在环路滤波器

9、的输出上。如果环路滤波器的输出接近直流，它将对VCO 形成一个负反馈控制，使锁相环输出信号的频率和相位能跟踪输入，此即同步状态(锁定状态)。锁定状态下，若输入信号的频率或相位发生轻微变化，VCO 的输出都能进行跟踪。如果环路滤波器的输出是交变的，则锁相环处于失锁状态。失锁状态下锁相环中的乘法器相当于混频器，此时环路滤波器输出的是乘法器两输入信号的差拍信号(差频信号)。分析：锁相环性质旋转旋钮，其变化范围极限为50Khz-147khz（如下）。当在-2V+2V之间变化时，VCO输出频率范围为129Khz71Khz。在实验中，将另一VCO 作为信号源输入于乘法器。改变信源VCO 的中心频率，用示波

10、器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号，由观察得知：它刚好是输入信号与VC输出信号的差拍信号(差频信号)，因此VCO正常。(如下图)将锁相环处于闭环状态，测量其同步带和捕捉带。得：同步带为（90.9k，106k），捕捉带为（94.3k，109k）。中心频率为100khz。（如下图） 中心频率f=100khz f=94.3khz f=109khz f=90.9khz f=106khz3恢复载波(1)将图中的锁相环按上述过程调好，再按照图的实验连接图，将加法器的输出信号接至锁相环的输入端。请将移相器模块印刷电路板上的频率选择开关拨到HI 位置。(2)用示波器观察锁相环中的LPF 输出信号是否是直

11、流信号，以此判断载波提取PLL是否处于锁定状态。若锁相环锁定，用双踪示波器可以观察发端导频信号锁相环VCO 输出的信号是同步的，二者的相位差为90°+，且很小。锁相环失锁，则锁相环LPF 输出波形是交流信号可缓慢调节锁相环VCO 模块的f0 旋钮，直至锁相环LPF 输出为直流，即锁相环由失锁进入锁定。继续调节f0 旋钮，使LPF 输出的直流电压约为0 电平。(3)在确定锁相环提取载波成功后，利用双踪示波器分别观察发端的导频信号及收端载波提取锁相环中VCO 的输出经移相器后的信号波形。调节移相器模块中的移相旋钮，达到移相90°，使输入于相干解调的恢复载波与发来的导频信号不仅同

12、频，也基本同相。4相干解调(1)在上述实验的基础上，按照图223 所示，将相干解调的相乘、低通滤波模块连接上(将“LPF"模块前面板上的频率范围选择开关拨到WIDE 位置)，并将发送来的信号与恢复载波分别连至相干解调的乘法器的两个输入端。(2) 用示波器观察相干解调相乘、低通滤波后的输出波形。改变发端音频振荡器的频率，解调输出信号也随之改变。4、 实验思考1、 实验中载波提取锁相环的 LPF 是否可用系统中的“LPF”?说明理由。 系统提供的是可调低通滤波器，输出可能不是理想的状态。2、若本实验中的音频信号为 1 kHz，请问实验系统所提供的PLL能否用来提取载波？为什么? 因为音频

13、信号频率太小，导致同步带和捕捉带太窄，使得在博提取效果不是很理想，所以不可取。通信原理实验二数字基带传输系统1、 实验目的(1) 了解各种常用线路码的信号波形及其功率谱。(3) 了解线路码的解码。(4)了解从线路码中提取时钟的原理。(5)了解从 RZAMI 码中提取时钟的实现方法。(6)请学生自主完成从 BIPRZ 或 UNIRZ 码恢复时钟的实验。(7)了解数字基带传输系统中“眼图”的观察方法及其作用。(8) 了解采样、判决在数字通信系统中的作用及其实现方法。(9) 自主设计从限带基带信号中提取时钟、并对限带信号进行采样、判决、恢复数据的实验方案，完成实验任务。2、 实验原理1、 在数字通信

14、中，接收端为了能从接收信号中恢复出原始的数据信号，必须要有一个与收到的数字基带信号符号速率相同步的时钟信号。 通常， 从接收信号中提取时钟这一过程称为符号同步或时钟恢复。2、 对于实际的数字通信传输系统，可用实验手段以波形观察方式来评价传输系统的性能。 用示波器显示基带传输系统接收滤波器的输出基带信号波形， 在示波器显示屏上可观察到类似人眼的图案，称其为眼图。从眼图的张开程度，可以观察码间干扰和加性噪声对接收基带信号波形的影响，从而能对系统性能做出定性的判断。3、 在数字通信系统中的接收端，设法从接收滤波器输出的基带信号中提取时钟，用以对接收滤波器输的基带信号在眼图睁开最大处进行周期性的瞬时采

15、样，然后将各采样值分别与最佳判决门限进行比较作出判决、输出数据。3、 实验步骤1、线路的编码与解码（1）对随机码进行RZ-AMI（归零AMI码）编码。如图（从右往左看）：（2）对随机码进行BIP-RZ（双极性归零）编码。（3）对随机码进行UNI-RZ（单极性归零）编码。（4）对随机码进行URZ-M（双极性不归零相对码）编码。（5）RZ-AMI（归零AMI码）编码的频谱（6）序列发生器所产生随机码的频谱（7）NRZ-L（双极性不归零码）解码。2、时钟恢复（1）将RZ-AMI码通过乘法器自乘之后的波形为：（2）再通过比特时钟重建器得整流后的波形：（3）再通过缓冲放大器，调节K得到放大后的正弦波形：

16、（4）再通过移相器和公共模块得到方波，其波形为冲击波。（5）利用该时钟信号利用线路解码器解除原为随机序列。（6） 从 BIP RZ 码或者 UNI RZ 恢复时钟; 从 BIP RZ是跟RZ-AMI一样，通过乘法器来达到取绝对值的效果; UNI RZ 通过低通低通滤波或者不处理直接接过来都可以达到恢复时钟的效果3、眼图1）实验原理与思路：将序列码发生器输出到低通滤波器，同时观察低通滤波器的输出和时钟信号，通过观察波形余辉叠加形成眼图。2)眼图：4、采样、判决 采样时钟等于判决器的时钟，即2.08kHz。每个采样脉冲对应信号的最大值，即最好判决时刻。通信原理实验三 OOK和DPSK信号的产生及解

17、调1、 实验目的(1) 了解OOK 信号的产生及其实现方法。(2) 了解OOK 信号波形和功率谱的特点及其测量方法。(3) 了解OOK 信号的解调及其实现方法。(4) 了解差分移相键控(DPSK)的作用及其实现方法。2、 实验原理1. 二进制通断键控（OOK）信号的产生OOK方式以单极性不归零码序列来控制正弦载波的导通与关闭。其表达式可以写成如下形式：，其中：实验连接图如下：2.二进制通断键控（OOK）解调原理OOK信号解调方式有想干和非相干解调两种，原理图如下：实验连接图如下（采用非相干解调）：3. DPSK信号产生的原理DPSK利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。其表达式可以写

18、成如下形式：，其中：实验连接图如下：4. DPSK信号的相干解调与差分译码：3、 实验步骤及结果分析如图，OOK信号产生过程中，信号发生器产生的TTL信号，以及经过线路编码器后四分频输出信号波形为：8.3Khz的TTL信号波形8.3Khz的TTL信号频谱四分频2.08Khz信号波形四分频2.08Khz信号频谱正弦波及其频谱为：序列码发生器的输出随机序列为：其频谱为：OOK信号波形理论值与实际值分别为：OOK信号输入（红色）与通过公共模块输出（蓝色）波形公共模块输出（蓝色）与可调LPF输出（红色），可看出有一定时延。对信号进行抽样：解调信号，和原始信号有一定时差：思考题：如何完成时钟提取、采样、

19、判决的实验任务(需要注意的是，恢复时钟的相位要与发来信号的时钟相位一致)？如图，即将信号通过乘法器自乘后，再通过比特时钟重建器，缓冲放大器并调节K得到放大后的正弦波，再通过公共模块得到重建后的时钟。DPSK信号的调制与解调DPSK信号的产生波形及其频谱序列发生器输出分别为单极性（红色）与双极性（蓝色）波形。分别为移相器输出和DPSK输出，时而同相，时而反相。乘法器输出波形如下：判决模块与编码器输出：通过序列发生器与解码器移相器变180°，输出反相通信原理实验四三种码的编解码和低通信号的采样与重建1、 实验目的1、了解分组码的编码原理和利用伴随式译码的基本方法；2、掌握简单的交织和解交

20、织的基本原理和方法；3、了解利用交织和编码结合的方法纠突发差错的原理。4、了解低通信号的采样及其信号重建的原理和实现方法。5、测量各信号波形及振幅频谱。二、实验原理1 .交织在纠突发差错中的原理数字信号在传输过程中，会受到各种噪声和干扰的影响，使接收端产生错误判决，造成误码（差错）。差错的类型主要有二种。1）随机差错信道中各码元是否出现差错，与其前、后码元是否差错无关，每个码元独立地按一定的概率产生差错。 从统计规律看， 可以认为这种随机差错是由加性高斯白噪声 AWGN 引起的，主要的描述参数是误码率。2）突发差错差错成片出现，一个差错片称为一个突发差错。突发差错总是以差错码元开头、以差错码元

21、结尾，头尾之间并不是每个码元都错，而是码元差错概率大到超过了某个标准值。通信系统中的突发差错是由突发噪声引起的，比如雷电、强脉冲、时变信道的衰落等。存储系统中，磁带磁盘物理介质的缺陷、读写头的接触不良等造成的差错均为突发差错。然后，我们设计一个 8×7 交织器以后，让八个（7，4）分组码经过交织器后输出到信道，进行传输。在信道传输的过程中，如果发生一个长度小于 8bit 的突发差错，在接收端解交织以后， 错误比特将分摊在多个码字上， 每码字仅一个差错， 在分组码的纠错范围以内，突发差错可以完全纠正过来。2循环码的编码循环码是线性分组码中最重要的一个子类，它的结构完全建立在有限域基础上

22、，可以用近世代数方法精确地描述。一个(n, k)线性分组码，若将其任意一个码字 ) , , , (0 1 1c c c n K-的码元向右或向左循环移一位，所得的 ) , , , , (1 2 1 0c c c cn-或 ) , , , , (1 0 1 2 - - n nc c c c K 仍然是码字，则称该码为循环码。定理 1 ： (n，k)循环码的码多项式是模(x n -1)乘运算下多项式交换环的一个主理想;反之，多项式交换环的一个主理想一定可以产生一个循环码。定理 2: 在一个 GF(2)域上的 (n, k)循环码中，一定存在唯一的一个次数最低的(n-k)次首一码多项式 g(x):g(

23、x) = x n-k + g n-k -1 x n-k -1 +g 1 x+1使所有码多项式都是 g(x)的倍式，且所有小于n次的g(x)的倍式都是码多项式。3、卷积码编码原理卷积码是一个有限记忆系统，它也将信息序列切割成长度 k 的一个个分组，与分组码不同的是在某一分组编码时，不仅参看本时刻的分组而且参看本时刻以前的 L 个分组。我们把 L1 称为约束长度。L 是卷积码的重要参数，为了突出特征参数常把卷积码写成(n,k,L)卷积码。4、 低通信号的采样与重建：本实验的实验原理如图所示。说明如下。实验连接图如图：三、实验步骤1、交织码的编码及解码（1） 将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验

24、箱上电。（2） 将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在“实验选择”栏中选择“分组码交织”实验，点击确认键。从而进入此实验界面。（3） 在实验界面点右下方“操作”一栏中的 “生成数据”，让系统自动生成待编码的随机比特。也可在界面上直接双击所显示的 bit，修改其值。（信息的显示为图形显示比特显示）。（4） 在界面上点击下发“原始数据” ，该数据将被送入单片机（或 CPLD）进行分组码编码和 7×8 交织，然后经过编码和交织后的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。（5） 学生可以在噪声图样一栏加入一个突发差错，然后点击“加噪声” ，再点击下发“加噪数据” ，将加入噪声的信息比

25、特送到单片机（或 CPLD）进行分组码解码和解交织。（6） 解码和解交织以后的数据被回显在解码数据一栏，同时，不能纠正的误码比特在“错误统计”显示。（7） （可选）利用 CPLD 实现分组码交织时，学生自己编写（7，4）分组码的编码和解码模块程序，综合适配后，下载到 CPLD 中，然后重复 26 步骤，进行验证。结果分析：当噪声连续九个及以上：当噪声连续8个及以下：2.循环码的编码及解码循环码是将7字节的原码加上8字节校验位组合成15字节，前面再加上一字节，生成16字节输出。当编码数据部分超过两个噪声后，就会产生错误当噪声为两个及以下，就没有错误3.卷积码的编码及解码将原始数据设置为（01010101.）将噪声间隔置入结果