实验一 ASK调制与解调实验_图文

1、通信原理实验报告学院:信息与通信工程学院 专业 :光电工程班级:12051041学号:12051041姓名实验一 ASK调制与解调实验一 实验目的1. 理解 ASK 调制的工作原理及电路组成。2. 理解 ASK 解调的原理及实现方法。3. 了解 ASK 信号的频谱特性。二 实验内容1. 观察 ASK 调制与解调信号的波形。2. 观察 ASK 信号频谱。三 实验器材4. 同步提取模块四 实验原理1.2ASK 调制原理 ASK 基带信号经过电压比较器(LM339 ,输出高 /低电平驱动模拟开关(74HC4066导 通 /关闭, ASK 载波通过电压跟随电路 (TL082 提高带负载能力,然后通过模

2、拟开关电路选 择通过 /截止,最后得到 ASK 调制信号输出。2.2ASK 解调原理本实验采用的是包络检波法, ASK 调制信号经过 RC 组成的耦合电路,输出波形可从 OUT1观察,然后通过半波整流器(由 1N4148 组成 ,输出波形可从 OUT2 观察,半波整流 后的信号经过低通滤波器 (由 TL082 组成 , 滤波后的波形可从 OUT3 观察, 再经过电压比 较器(LM339与参考电位比较后送入抽样判决器(74HC74进行抽样判决,最后得到解调 输出的二进制信号。 标号为 “ ASK 判决电压调节” 的电位器用来调节电压比较器的判决电压。 判决电压过高, 将会导致正确的解调结果的丢失

3、; 判决电压过低, 将会导致解调结果中含有 大量错码, 因此,只有合理选择判决电压,才能得到正确的解调结果。 抽样判决用的时钟信 号就是 ASK 基带信号的位同步信号。 五 实验步骤1. 将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步提取模块、频谱分析模块小心地 固定在主机箱中,确保电源接触良好。2. 插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,再分别按下五个模块中的开关 POWER1、 POWER2,对应的发光二极管 LED01、 LED02 发光,按一下信号源模块的复位键,五个 模块均开始工作。 (注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,后打 开电源做实验,不要带电连线3.ASK 调

4、制实验<1>将信号源模块产生的码速率为 15.625KHz 的周期性 NRZ 码和 64KHz 的正弦波(幅度 为 3V 左右分别送入数字调制模块的信号输入点“ ASK 基带输入”和“ ASK 载波输 入” 。以信号输入点“ ASK 基带输入”的信号为内触发源,用示波器双踪同时观察点“ ASK 基带输入”和点“ ASK 调制输出”输出的波形。并将这两点的信号送入频 谱分析模块进行分析,观察其频谱。<2>改变送入的基带信号和载波信号,重复上述实验。4.ASK 解调实验<1>将信号源模块的位同步信号(BS 的频率设置为 15.625KHz,将信号源模块产生的 N

5、RZ 码设置为周期性码,将同步信号提取模块的拨码开关 SW01 的第一位拨上。<2>用信号源模块产生的 NRZ 码为基带信号,合理连接信号源模块与数字调制模块,使 数字调制模块的信号输出点“ ASK 调制输出”能输出正确的 ASK 调制波形。<3>将“ ASK 调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“ ASK-IN ” ,观察 信号输出点“ ASK-OUT ”处的波形,并调节标号为“ ASK 判决电压调节”的电位器, 直到在该点观察到稳定的 NRZ 码为止。将该点波形送入同步信号提取模块的信号输 入点“ NRZ-IN ” , 再将同步信号提取模块的信号输出点“

6、位同步输出”输出的波形送 入数字解调模块的信号输入点“ ASK-BS ” ,观察信号输出点“ OUT1” 、 “ OUT2” 、“ OUT3” 、 “ ASK 解调输出”处的波形,并与信号源产生的 NRZ 码进行比较。<4>改变信号源产生的 NRZ 码的设置,重复上述观察。六 实验结果及分析ASK 调制1. 基带信号(上与 ASK 信号(下: 2.基带信号的频谱: 3、 ASK 信号的频谱: ASK 解调4.ASK-OUT 波形: 5.基带信号(上和 OUT1波形(下: 6. 基带信号(上和 OUT2波形(下: 7.基带信号(上和 OUT3波形(下: 8. 基带信号(上和 ASK

7、解调输出(下: 实验分析:1. 图 1的基带信号为 NRZ 码,图 3和图 4分别为基带信号的频谱和 ASK 信号的频谱。2. 图 4是 ASK 信号经过解调后得到的波形(未经同步判决 ,可见该波形和基带信号是基本 一致的。3. 图 5是 ASK 信号经耦合电路后得到的信号,幅度有所衰减,目的是隔离直流信号。4. 图 6是 ASK 信号经过耦合电路后再经过二极管检波得到的波形。5. 图 7是 ASK 信号检波后再经过低通滤波器得到的波形。6. 图 8是 ASK-OUT 信号(OUT3信号经电压比较器得到的输出信号再经过同步判决得到的 最终的 ASK 解调信号,此信号和原基带信号是完全一致的。实

8、验二 频移键控 FSK 调制与解调实验一、 实验目的1、 掌握用键控法产生 FSK 信号的方法2、 掌握 FSK 过零检测解调的原理。二、 实验内容1、 观察 FSK 调制信号波形。2、 观察FSK解调信号波形3、 观察FSK过零检测解调器各点波形。三、 实验器材1、信号源模块 一块2、号模块 一块3、号模块 一块4、号模块 一块5、20M双踪示波器 一台6、连接线 若干四、 实验原理1 FSK调制原理2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的, 被调制载波的频率随二进 过零检测法(2FSK 解调原理框图五、 测试点说明1、 输入点参考说明 FSK 调制模块:FSK-NRZ :FSK

9、 基带信号输入点 FSK 载波 A :A 路载波输入点 FSK 载波 B:B路载波输入点 FSK 解调模块:FSKIN : FSK调制信号输入点FSK-BS :FSK 解调位同步时钟输入点 2、 输出点参考说明 FSK 调制模块:TH7:FSK-NRZ 经过反相后信号观测点。 FSK-OUT :FSK 调制信号输出点。 FSK 解调模块:TH7: FSK调制信号经整形 1后的波形观测点。 TH8:FSK 调制信号经单稳(U10A 的信号观测点。 TH9:FSK调制信号经单稳(U10B 的信号观测点TH10:FSK 调制信号经两路单稳后相加信号观测点。 TN11:FSK信号经低通滤波器后的输出信

10、号。FSK-DOUT :FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决 OUT2:FSK解调信号输出点。六、 实验步骤1、 将信号源模块和模块3,4,7固定在主机箱上,将黑色塑料螺钉拧紧,确保电源接触良好。 3、 将模块上拨码开关 S1都拨上, 一信号输入点” FSK-NRZ ” 的信号为内触发源,用 双 踪 示 波 器 同 时 观 察点 “ FSK-NRZ ” 和 点 “ FSK-OUT ” 输 出 的 波 形。 4、 单独将 S1拨为“ 01”或“ 10” ,在“ FSK-OUT ”出观测单独载波调制波形。 5、 通过信号源模块上的拨码开关 S4改变 PN 码频率后送出,重复上述实

11、验。 (一 FSK 解调实验1、 接着上面 FSK 调制实验继续连线: 2、 将模块 7上的拨码开关 S2拨为“ 1000” ,观察模块 4上信号输出点“ FSK-DOUT ”处的波形,并调节模块 4上的电位器 W5(顺时针拧到最大 ,直到在该点观测到稳定 的 PN 码。3、 用示波器双踪分别观察模块 3上的“ FSK-NRZ ”和模块四上的“ OUT2”出的波形,将“ OUT2” 出 FSK 解 调 信 号 与 信 号 源 产 生 的 PN 码 进 行 比 较 。 实验三 PSK/DPSK调制与解调一、实验目的1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。2. 掌握用键控法产

12、生 PSK/DPSK信号的方法。3、掌握 PSK/DPSK相干解调的原理。4、掌握绝对码波形与 DPSK 信号波形之间的关系。二、实验内容1、观察绝对码和相对码的波形和转换关系。2、观察 PSK/DPSK调制信号波形。3、观察 PSK/DPSK解调信号波形 。三、实验模块1、通信原理 0 号模块 一块2、通信原理 3 号模块 一块3、通信原理 4 号模块 一块4、通信原理 7 号模块 一块5、示波器 一台四、实验原理1、 2PSK/2DPSK调制原理PSK 调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式, 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,

13、PSK 技术在中、高速数据传输中得到了十 分广泛的应用。PSK 信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的,通常规定 0相位载波和 相位载波分 别代表传 1和传 0,其时域波形示意图如图 11-1所示。设二进制单极性码为 an ,其对应的双极性二进制码为 bn ,则 2PSK 信号的一般时域数学表达 式为: 我们知道, 2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的,在这 种绝对移相的方式中, 由于发送端是以某一个相位作为基准的, 因而在接收系统也必须有这 样一个固定基准相位作参考。 如果这个参考相位发生变化, 则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反,从而造成错误的恢复

14、。这种现象常称为 2PSK 的“倒 ”现象,因此, 实际中一般不采用 2PSK 方式,而采用差分移相(2DPSK 方式。 2DPSK 方式即是利用前后相 邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。 例如, 假设相位值用相位偏移 x 表示 (x 定义为本码元初相与前一码元初相之差,并设 图 11-2为对同一组二进制信号调制后的 2PSK 与 2DPSK 波形。从图中可以看出, 2DPSK 信号波形与 2PSK 的不同。 2DPSK 波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号,而前后码 元相对相位的差才唯一决定信息符号。 这说明, 解调 2DPSK 信号时并不依赖于某一固定的载 波相位参考值。

15、 只要前后码元的相对相位关系不破坏, 则鉴别这个关系就可以正确恢复数字 信息,这就避免了 2PSK 方式中的“倒 ”现象发生。同时我们也可以看到,单纯从波形上 看, 2PSK 与 2DPSK 信号是无法分辨的。这说明,一方面,只有已知移相键控方式是绝对的 还是相对的, 才能正确判定原信息; 另一方面, 相对移相信号可以看成是把数字信息序列 (绝 对码变换成相对码,然后再根据相对码进行绝对移相而形成。为了便于说明概念, 我们可以把每个码元用一个如图 11-3所示的矢量图来表示。 图中, 虚线矢量位置称为基准相位。在绝对移相中, 它是未调制载波的相位; 在相对移相中, 它是 前一码元载波的相位。

16、如果假设每个码元中包含有整数个载波周期, 那么, 两相邻码元载波 的相位差既表示调制引起的相位变化,也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。根据 ITU-T 的建议,图 11-3(a 所示的移相方式,称为 A 方式。在这种方式中,每个码元的载 波相位相对于基准相位可取 0、 。因此,在相对移相后,若后一码元的载波相位相对于基 准相位为 0,则前后两码元载波的相位就是连续的;否则,载波相位在两码元之间要发生跳 变。图 11-3(b 所示的移相方式,称为 B 方式。在这种方式中,每个码元的载波相位相对 于基准相位可取 /2。 因而, 在相对移相时, 相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。 这样, 在接

17、收端接收该信号时, 如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻, 即可提供码 元定时信息,这正是 B 方式被广泛采用的原因之一。 2DPSK 的调制原理与 2FSK 的调制原理类似,也是用二进制基带信号作为模拟开关的控 制信号轮流选通不同相位的载波,完成 2DPSK 调制,其调制的基带信号和载波信号分别从 “ PSK-NRZ ”和“ PSK 载波”输入,差分变换的时钟信号从“ PSK-BS ”点输入,其原理框图 如图 11-4所示: 差分变换在数据传输系统中, 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,

18、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(如伪随机码序列、 增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制 PCM 编码器输出的数字信号 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。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。图 11-6(a

19、 是差分编码器电路,可用模二加法器延时器(延时一个码元宽度 Tb 来实 现这两种码的互相转换。设输入的相对码 an 为 1110010码,则经过差分编码器后输出的相对码 bn 为 1011100, 即 bn= an bn 1。 图 11-6(b 是它的工作波形图。相乘器实现输入载波信号和基带信号的相乘变换,输出相应调制信号。 六、实验框图 七、实验步骤1、 PSK/DPSK调制实验 3将开关 K3拨到“ PSK ”端,以信号输入点“ PSK-NRZ ”的信号为内触发源,用双踪 示波器同时观察点“ PSK-NRZ ”与“ PSK-OUT ”输出的波形。 K3拨到“ DPSK ”端,增加连线: 再

20、启动仿真,以信号输入点“ PSK-NRZ ”的信号为内触发源,用双踪示波器同时观察点 “ PSK-NRZ ”与“ PSK-OUT ”输出的波形。 2、 PSK/DPSK解调实验 2按如下方式连接示波器和测试点: 启动仿真开关,开启各模块的电源开关。 3将模块 7上的拨码开关 S2拨为“ 0110” ,观察模块 4上信号输出点“ PSK-DOUT ”处的波形。 并调节模块 4上的电位器 W4(逆时针拧到最大 ,直到在该点观察到稳定的 PN 码。 4用示波器双踪分别观察模块 3上的“ PSK-NRZ ”和模块 4上的“ OUT3”处的波形,比较二者 波形。 实验四数字基带信号码型变换实验一、实验目

21、的1. 了解几种常见的数字基带信号。2. 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。二、实验内容1. 观察 NRZ 码、 RZ 码、 BRZ 码、 BNRZ 码、 AMI 码、 CMI 码、 HDB 3码、 BPH 码的波形。2. 观察全 0码或全 1码时各码型波形。3. 观察 HDB 3码、 AMI 码、 BNRZ 码正、负极性波形。4. 观察 NRZ 码、 RZ 码、 BRZ 码、 BNRZ 码、 AMI 码、 CMI 码、 HDB 3码、 BPH 码经过码型 反变换后的输出波形。三、实验器材1. 信号源模块2. 码型变换模块3. 20M 双踪示波器 一台4. 频率计(可选 一台5. 连接线 若

22、干四、实验原理 NRZ 码NRZ码的全称是单极性不归零码,在这种二元码中用高电平和低电平(这里为零电 平分别表示二进制信息“ 1”和“ 0” ,在整个码元期间电平保持不变。例如: RZ 码RZ 码的全称是单极性归零码,与 NRZ 码不同的是,发送“ 1”时在整个码元期间高 电平只持续一段时间,在码元的其余时间内则返回到零电平。例如: BNRZ 码BNRZ码的全称是双极性不归零码,在这种二元码中用正电平和负电平分别表示 “ 1”和“ 0” ,与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变,因而在这种码 型中不存在零电平。例如: BRZ 码BRZ码的全称是双极性归零码,与 BNRZ 码不同的是

23、, 发送“ 1”和“ 0”时,在整 个码元期间高电平或低电平只持续一段时间, 在码元的其余时间内则返回到零电平。 例如: AMI 码AMI 码的全称是信号交替反转码,其编码规则如下:信息码中的“ 0”仍变换为传 输码的“ 0” :信息码中的“ 1”交替变换为传输码的“+1、-1、+1、-1、” 。例如:代码: 100 1 1000 1 1 1 AMI 码: +100 -1 +1000 -1 +1 -1 AMI码的主要特点是无直流成分, 接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正 确判断。 译码时只需把 AMI 码经过全波整流就可以变为单极性码。 由于其具有上述优点, 因此得到了广泛应用。 但该

24、码有一个重要缺点, 即当用它获取定时信息时, 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。 HDB 3码HDB3码的全称是三阶高密度双极性码,其编码规则如下:将 4个连“ 0”信息码用 取代节“ 000V ”或“ B00V ”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 ”码;有偶数个信息“ 1”码(包括 0个时,取代节为“ B00V ” ,其它的 信息“ 0”码仍为“ 0”码,这样,信息码的“ 1”码变为带有符号的“ 1”码,即“+1” 或“ 1” 。例如:代码: 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1 HDB 3码:-10

25、00 -V +1000 +V -1 +1 -B00 V +1 -1HDB 3码中“ 1” 、 “ B ”的符号符合交替反转原则,而“ V ”的符号破坏这种交替反转 原则,但相邻 “ V ” 码的符号又是交替反转的。 HDB 3码的特点是明显的,它除了保持 AMI 码的优点外, 还增加了使连 0串减少到至多 3个的优点, 而不管信息源的统计特性如何。 这对于定时信号的恢复是十分有利的。 HDB 3码是 ITU-T 推荐使用的码之一。 本实验电 路只能对码长为 24位的周期性 NRZ 码序列进行编码。 BPH 码BPH码的全称是数字双相码,又叫分相码或曼彻斯特码,它是对每个二进制代码分 别利用两个

26、具有不同相位的二进制新码去取代的码:或者可以理解为用一个周期的方波 表示“ 1”码,用该方波的反相来表示“ 0”码,其编码规则之一是:0 01(零相位的一个周期的方波 ;1 10(相位的一个周期的方波 。例如:代码: 1 1 0 0 1 0 1双相码:10 10 01 01 10 01 10BPH码可以用单极性非归零码(NRZ 与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是只使用两个电平, 而不像前面两种码具有三个电平。 这种既能提取足够的定时分量, 又无直流漂移,编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。 CMI 码CMI 码的全称是传号反转码,其编码规则如下:信息码中的“ 1”码交替用“ 11” 和

27、“ 00”表示, “ 0”用“ 01”表示。例如:代码: 1 1 0 1 0 0 1 0CMI 码:11 00 01 11 01 01 00 01这种码型有较多的电平跃变, 因此, 含有丰富的定时信息。 该码已被 ITU-T 推荐为 PCM 四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用 CMI 码作线路传输码型。将信号源产生的 NRZ 和位同步信号 BS 送入 U900(EPM7128SLC84-15进行变换, 可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号(因为 FPGA 的 I/O口不能直接接负电平,所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出, 在通过外加电路合成双极

28、性码 ,如 HDB 3的正、负极性编码信号送入 U901(4501的选 通控制端,控制模拟开关轮流选通正、负电平,从而得到完整的 HDB 3码。解码时同样 也需要先将双极性的 HDB 3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号,再送入 FPGA 进行解码,得到 NRZ 码。其它双极性码的编、解码过程相同。 NRZ 码从信号源“ NRZ ”点输出的数字码型即为 NRZ 码,其产生过程请参考信号源工作原 理。 BRZ 、 BNRZ 码将 NRZ 码和位同步信号 BS 分别送入双四路模拟开关 U902(4052的控制端作为控 制信号,在同一时刻, NRZ 码和 BS 信号电平高低的不同组合(00、

29、01、 10、 11将控 制 U902分别接通不同的通道,输出 BRZ 码和 BNRZ 码。 X 通道的 4个输入端 X 0、 X 1、 X 2、 X 3分别接 -5V 、 GND 、 +5V、 GND , 在控制信号控制下输出 BRZ 码; Y 通道的 4个输入端 Y 0、 Y 1、 Y 2、 Y 3分别接 -5V 、 -5V 、 +5V、 +5V,在控制信号控制下输出 BNRZ 码。解码时通过电 压比较器 U907(LM339将双极性的 BRZ 和 BNRZ 码转换为两路单极性码,即双(极性 单(极性变换,再送入 U900解码,恢复出原始的 NRZ 码。 RZ 、 BPH 码这两种码型的编、解码方法与 BRZ 和 BNRZ 是一样的,但因为是单极性的码型,所 以编、解码过程可以直接在 U900中完成,在这里不再赘述。 AMI 编码由于 AMI 码是双极性的码型,所以它的变换过程分成了两