通信原理实验(2014)

1、通信原理实验指导书（本 科）通信技术教研室2012年3月19信号源介绍一、数字信号源CPLD可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。晶振JZ1用来产生系统内的32.768MHz主时钟。1、 信号源模块的电源开关为POWER1。 2、 各个输出端口介绍CLK1：第一组时钟信号输出端口，通过拨码开关S4选择频率。CLK2：第二组时钟信号输出端口，通过拨码开关S5选择频率。FS：脉冲编码调制的帧同步信号输出端口。（窄脉冲，频率为8K）NRZ：24位NRZ信号输出端口，码型由拨码开关S1

2、，S2，S3控制，码速率和第二组时钟速率相同，由S5控制。PN：伪随机序列输出，码型为111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4控制。NRZIN：解码后NRZ码输入。BS：NRZ码解复用时的位同步信号输入。FSIN：NRZ码解复用时的帧同步信号输入。3、信号源输出两组时钟信号，对应输出点为“CLK1”和“CLK2”，拨码开关S4的作用是改变第一组时钟“CLK1”的输出频率，拨码开关S5的作用是改变第二组时钟“CLK2”的输出频率。拨码开关拨上为1，拨下为0，拨码开关和时钟的对应关系如下表所示表0-2拨码开关时钟拨码开关时钟000032.768M1000128K00011

3、6.384M100164K00108.192M101032K00114.096M101116K01002.048M11008K01011.024M11014K0110512K11102K0111256K11111K1) 根据表0-2改变S4，用示波器观测第一组时钟信号“CLK1”的输出波形；2) 根据表0-2改变S5，用示波器观测第二组时钟信号“CLK2”的输出波形。4、信号源提供脉冲编码调制的帧同步信号，在点“FS”输出，一般时钟设置为2.048M、256K，在后面的实验中有用到。将拨码开关S4分别设置为“0100”、“0111”或别的数字，用示波器观测“FS”的输出波形。5、信号源提供伪随

4、机信号输出。伪随机信号码型为111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4控制。根据表0-2改变S4，用示波器观测“PN”的输出波形。6、信号源提供24位NRZ码，码型由拨码开关S1，S2，S3控制，码速率和第二组时钟速率相同，由S5控制。二、模拟信号源模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号：同步正弦波信号、非同步信号和音乐信号。1、信号源模块的电源开关为POWER1。2、各信号输出端口介绍2K同步正弦波：2K的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由W1调节。64K同步正弦波：64K的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由W2调节。128K同步正弦波：128K的正弦波信号

5、输出端口，幅度（05V）由W3调节。非同步信号源：普通正弦波、三角波和方波信号输出端口，波形由S6选择；频率由S7、S8调节，它可产生频率为180Hz18KHz的正弦波、180Hz10KHz的三角波和250Hz250KHz的方波信号；幅度(04V)由W4调节。音乐输出：音乐片输出端口。音频信号输入：音频功放输入端口（功放输出信号幅度由W6调节）。K1：音乐片信号选择开关。K2：扬声器输出选择开关。W6：调节扬声器音量。实验一 码型变换实验一、 实验目的1、 了解几种常用的数字基带信号。2、 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。3、 掌握常用CPLD实现码型变换的方法。二、 实验内容1、 观察N

6、RZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。2、 观察全0码或全1码时各码型的波形。3、 观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。4、 观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。5、 自行设计码型变换电路，下载并观察波形。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、 20M双踪示波器 一台5、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不使

7、用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图1-1所示。图1-1 基带传输系统的基本结构该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。基带信号是代码的一种电表

8、示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。（二）编码规则1、 NR

9、Z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：2、 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：3、 AMI码AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号)和1(传号)按如下方式进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0,而把代码中的1交替地变换为传输码的+1，-1，+1，-1，。例如：信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI码： +1 0 0-1+1 0 0 0-

10、1+1-1由于AMI码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。除了上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，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。4、 HDB3码HDB3码是对AMI码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：先检查消息代码（二进制）的连0情况，当没有4个或4个以上

11、连0串时，按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一非0符号（+1或-1）同极性的符号，用V表示（即+1记为+V，-1记为-V），为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。当两个相邻V符号之间有奇数个非0符号时，用取代节“000V”取代4连0信息码；当两个相邻V符号间有偶数个非0符号时，用取代节“B00V”取代4连0信息码。例如：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0

12、00 0 -1 +1HDB3码：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1HDB3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。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。5、 CMI码CMI码是传号反转码的简称，其编码规则为：“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1CMI码： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0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CC

13、ITT推荐为PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。6、 BPH码BPH码的全称是数字双相码（Digital Biphase），又称Manchester码，即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码，编码规则之一是：001（零相位的一个周期的方波）110（相位的一个周期的方波）例如：代码：1 1 0 0 1 0 1双相码： 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0双相码的特点是只使用两个电平，这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。（三）电路原理将信号源产生的N

14、RZ码和位同步信号BS送入U1（EPM3064）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CPLD的IO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，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2（CD4051）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HDB3码。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD进行解码，得到NRZ码。其他双极性码的编、解码过程相同。各编码波形如图1-2所示图1-2 编码波形五、 输入、输出点参考说明1、 输入点说明N

15、RZ：NRZ码输入点。BS：编码时钟输入点。BSR：解码时钟输入点。IN-A：正极性HDB3/AMI码编码输入点。IN-B：负极性HDB3/AMI码编码输入点。DIN1：正极性HDB3/AMI码解码输入点。DIN2：负极性HDB3/AMI码解码输入点。HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI码编码输入点。2、 输出点说明DOUT1：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为正极性编码输出。DOUT2：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为负极性编码输出，选择其它码型时，无输出。OUT-A：正极性HDB3/AMI码解码输出点。OUT-B：负

16、极性HDB3/AMI码解码输出点。HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI码编码输出点。NRZ-OUT：解码输出。六、 实验步骤1、 CMI，RZ，BPH码编解码电路观测1） 将信号源模块和模块6、7固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2） 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为CMI码，即“00100000”。3） 信号源模块上S4、S5都拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“01010101”“00110011”。4） 对照下表完成实验连线源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K

17、）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：DOUT1模块6：DIN1电平变换的编码输入A模块6：DOUT1模块7：DIN提取编码数据的位时钟。模块7：BS模块6：BSR提取的位时钟给译码模块* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5） 将模块7的S2设置为“0111”6） 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测编码输出“DOUT1”波形。7） 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。8） 拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、BPH码（00001000）重复上述步骤。9） 实验结束关闭电源。2、 AMI，

18、HDB3码编解码电路观测1) 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为AMI码，即“01000000”。2) 将信号源S4、S5拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“00011000”“01000011”。3) 对照下表完成实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：HDB3/AMI-OUT 模块7：输入锁相环法同步提取输入模块7：位同步输出模块6：BSR提取的位同步输入模块6：DOUT1模块6：IN-A电平变换A路编码输入模块6：DOUT2模块6：IN-B

19、电平变换B路编码输入模块6：HDB3/AMI-OUT模块6：HDB3/AMI-IN电平反变换输入模块6：OUT-A模块6：DIN1电平反变换A路编码输出模块6：OUT-B模块6：DIN2电平反变换B路编码输出* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源4) 模块7的S2设置为“1000”。5) 以 “NRZIN”为内触发源，分别用双踪示波器观测“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三点的波形。6) 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三点的波形，观察解码波形与初始信号是否一致。7) 通过拨码开关S1选择码型为HDB3

20、码（S1设置为“10000000”），重复上述步骤。3、 将信号源模块上的拨码开关S1，S2，S3全部拨为0和全部拨为1，重复步骤2，观察各码型编解码输出。4、 按通信原理教材中阐述的编码原理自行设计其它码型变换电路，下载并观察各点波形。（选做）5、 实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。七、 实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、 写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。实验二 数字调制实验一、 实验目的1掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。 2掌握用键

21、控法产生2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的方法。 3. 掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系，绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。4. 掌握2ASK、2FSK、2PSK解调的原理。二、 实验内容1、 观察ASK、FSK、PSK/DPSK调制信号波形。2、 观察ASK、FSK、PSK/DPSK解调信号波形。3、 观察FSK过零检测解调器各点波形。4、 观察绝对码和相对码的波形和转换关系。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、 ASK调制电路在这里，我们采用的

22、是通断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ”和“ASK载波”输入，其实验框图和电路原理图分别如图2-1、图2-2所示。图2-1 ASK调制实验框图图2-2 ASK调制原理图2、2FSK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，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为时代表传0，载频为时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以和为载频、以和为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图2-3所示，其一般时域数学表达式为 图2-3 2FSK信号的典型时域波形 （2-1）式中，是的反码，即因为2FSK属于

23、频率调制，通常可定义其移频键控指数为 （2-2）显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h<1时，2FSK信号的功率谱与2ASK的极为相似，呈单峰状；当h>>1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为（Hz） （2-3）2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（或）时刻，2FSK信号的相位通常是

24、不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图2-4所示：图2-4 2FSK调制原理框图由图可知，从“FSK-NRZ”输入的基带信号分成两路，1路经U5（LM339）反相后接至U4B（4066）的控制端，另1路直接接至U4A（4066）的控制端。从“FSK载波A”和“FSK载波B”输入的载波信号分别接至U4A和U4B的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关U4

25、A打开，U4B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A关闭，U405B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到FSK调制信号。3、 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，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2-5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： （2-4）其

26、中：则（2-4）式可变为： （2-5）图2-5 2PSK信号的典型时域波形由（2-4）式可见，2PSK信号是一种双边带信号我们知道，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。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

27、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”则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息：00111001012DPSK信号相位：000000或： 0 0 0 0 0图2-6 2PSK与2DPSK波形对比图2-6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。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2

28、PSK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2-7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。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

29、ITU-T的建议，图2-7（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2-7（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。图2-7 二相调制移相信号矢量图2DPSK的调制原理与2FSK的调

30、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2-8所示：图2-8 2DPSK调制原理框图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，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

31、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”。 图2-9（a） 差分编码器电路 图2-9（b） 工作波形相对码（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2-9（a）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1011

32、100，即bn= anÅ bn1。 图2-9（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。五、 测试点说明1、 信号输入点参考说明ASK调制模块：ASK-NRZ： ASK基带信号输入点。ASK载波：ASK载波信号输入点。FSK调制模块：FSK-NRZ：FSK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。PSK调制模块：PSK-NRZ：PSK基带信号输入点。PSK载波：PSK载波信号输入点。PSK-BS：PSK差分编码时钟输入点。2、 信号输出点参考说明ASK调制模块：ASK-OUT：ASK调制信号输出点。TH2：A

33、SK信号经低通滤波器后的信号观测点。ASK-DOUT：ASK解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）。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。PSK调制模块：PSK-OUT：PSK/DPSK调制信号输出点。六、 实验步骤（一）ASK调制实验1、 将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（8K）模块3：ASK-NRZS4拨为1100，PN是8K伪随机序列信号源：64K同步正弦波模块3：ASK载波提供ASK调制载波，幅度为4V*

34、 检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、 以信号输入点“ASK-NRZ”的信号为内触发源，用示波器观察点 “ASK-OUT”输出，即为PN码经过ASK调制后的波形。4、 通过信号源模块上的拨码开关S4控制产生PN码的频率（小于64K），改变送入的基带信号，重复上述实验；也可以改变载波频率来实验。5、 实验结束关闭电源。（二）FSK调制实验1、 将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（8K）模块3：FSK-NRZS4拨为“1100”，PN是 8K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3：载

35、波A提供FSK调制A路载波，幅度为4V信号源：64K同步正弦波模块3：载波B提供FSK调制B路载波，幅度为3V* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、 将模块3上拨码开关S1都拨上。以信号输入点“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”和“10”，在“FSK-OUT”处分别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，重复上述实验。6、 实验结束关闭电源。（三）PSK/DPSK调制实验1、 将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源

36、接触良好。2、 按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（32K）模块3：PSK-NRZS4拨为“1010”，PN是32K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3：PSK载波提供PSK调制载波，幅度为4V* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源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。4、 不改变PSK调制实验连线。将开关K3拨到“DPSK”端，增加连线：源端口目的端口连线说明信号源：CLK1（32K）模块3：PSK-BSDPSK位同步时钟输入以信号输入点“PSK-N

37、RZ”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。5、 通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出，重复上述实验。6、 实验结束关闭电源。七、实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、 写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。实验三 抽样定理和PAM调制解调实验一、 实验目的1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。2、 通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。二、 实验内容1、 观察模

38、拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间的相互关系及特点。2、 改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。 三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 20M双踪示波器 一台4、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理1、抽样定理抽样定理表明：一个频带限制在（0，）内的时间连续信号，如果以T秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图3-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有：图3-1 抽样与恢复假设、

39、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理，的傅立叶变换是和的卷积：因为 所以 由卷积关系，上式可写成 该式表明，已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为s的相迭加而成。这就意味着中包含的全部信息。需要注意，若抽样间隔T变得大于，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见，是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与之间，而是限制在（信号的最低频率）与（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，其抽样频率并不要求达到，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的两倍。00图3-2画出抽样频率2B（无混叠）和2B（有混叠

40、）时两种情况下冲激抽样信号的频谱。(a) 连续信号的频谱100 （b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）0 10（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱2、脉冲振幅调制（PAM）所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。图3-3 自然抽样及平顶抽样波形PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样

41、，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。（二) 电路组成 脉冲幅度调制实验系统如图3-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图3-5所示。图3-4 脉冲振幅调制电路原理框图图3-5 脉冲幅度调制电路原理图（三）实验电路工作原理1、 PAM调制电路如图3-5所示，LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高

42、的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。LF398的内部结构如图3-6所示； 图3-6 LF398的内部电路结构N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为逻辑控制采样/保持开关，当S接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。LF398的引脚功能为：3、12脚：正负电源输入端。1脚：Vi，模拟电压输入端。11脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。10脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地。8脚：HOC，采样/保持电容接入端。7脚：OUT，采样/保持输出端。如图3-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，

43、经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通，为低电平时开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。2、PAM解调与滤波电路解调滤波电路由集成运放电路TL084组成。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，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图3-7所示图3-7 PAM解调滤波电路五、 测试点说明1、输入点参考说明PAM-SIN：音频信号输入端口PAMC

44、LK：抽样时钟信号输入端口IN：PAM解调滤波电路输入端口2、输出点说明自然抽样输出：自然抽样信号输出端口平顶抽样输出：平顶抽样信号输出端口OUT：PAM解调滤波输出端口六、 实验步骤及注意事项1、 将信号源模块、模块1固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，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，将信号源模块和模块1的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为+5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，再打开电源做实验，不要带电连线）。3、 观测PAM自然抽样波形1) 用示波器观测信号源“2K同步

45、正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。2) 将信号源上S4设为“1010”，使“CLK1”输出32K时钟。3) 将模块1上K1选到“自然”。4) 关闭电源，按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波”模块1:“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“CLK1”模块1:“PAMCLK”提供抽样时钟* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5) 用示波器在“自然抽样输出”处观察PAM自然抽样波形。4、 观测PAM平顶抽样波形a) 用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。b) 将信号源上S1、S

46、2、S3依次设为“10000000”、“10000000”、“10000000”，将S5拨为“1000”，使“NRZ”输出速率为128K，抽样频率为：NRZ频率/8（实验中的电路，NRZ为“1”时抽样，为“0”时保持。在平顶抽样中，抽样脉冲为窄脉冲）。c) 将K1设为“平顶”。关闭电源，按下列方式进行连线。源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波模块1：“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“NRZ”模块1：“PAMCLK”提供抽样脉冲d) 打开电源，用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。5、 观测解码后PAM波形与原信号的区别1) 步骤3的前3步不变,按如下方式连线源端口目标

47、端口连线说明信号源：“2K同步正弦波”模块1:“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“CLK1”模块1:“PAMCLK”提供抽样时钟模块1:“自然抽样输出”模块1:“IN”将PAM信号进行译码2) 将K1设为“自然”，用“PAM-SIN”信号做示波器的触发源，用双踪示波器对比观测“PAM-SIN”和“OUT”波形。6、 改变抽样时钟频率，观测自然抽样信号，验证抽样定理。1、分别实现fs>2fm, fs=2fm , fs<2fm 三种情况的自然抽样信号，用双踪示波器观测“PAM-SIN”和“自然抽样输出”。2、分别实现fs>2fm, fs=2fm , fs<2fm 三种

48、情况的解码输出，用双踪示波器对比观测“PAM-SIN”和“OUT”波形。7、 将信号源产生的音乐信号输入到模块1的“PAM-SIN”，“自然抽样输出”和“IN”相连，PAM解调信号输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。七、 实验思考题1、 简述平顶抽样和自然抽样的原理及实现方法。2、 在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？3、 造成系统失真的原因有哪些？4、 为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？八、 实验报告要求1、 分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。并列出所测各点的波形、频率、电压等

49、有关数据，对所测数据做简要分析说明。必要时借助于计算公式及推导。对实验思考题加以分析，按照要求作出回答。实验四 帧同步提取实验一、实验目的1、 掌握巴克码识别原理。2、 掌握同步保护原理。3、 掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。二、实验内容1、 观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。2、 观察帧同步器的假同步现象、漏识别现象和同步保护现象。三、实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 20M双踪示波器 一台4、 频率计（选用） 一台四、实验原理（一）基本原理数字通信时，一般总是以一定数目的码元组成一个个的“字”或“句”，即组成一个个的“群”进行传输，因此群同步信号的频率很容

50、易由于位同步信号经分频而得出，但是每群的开头和末尾时刻却无法由分频器的输出决定。群同步的任务就是要给出这个“开头”和“末尾”的时刻。群同步有时也称为帧同步。为了实现群同步，通常有两类方法：一类是在数字信息流中插入一些特殊码组作为每群的头尾标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现群同步；另一类方法不需要外加的特殊码组，它类似于载波同步和位同步中的直接法，利用数据码组本身之间彼此不同的特性来实现同步。我们将主要讨论用插入特殊码组实现群同步的方法。插入特殊码组实现群同步的方法有两种，即连贯式插入法和间隔式插入法。1、 连贯式插入法连贯式插入法就是在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组是一个非周期序列或有限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延j0的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外，在j0的情况下，序列中只有部分元素