南理工通信原理实验报告

1、目录实验一？抽样定理实验实验七HDB3码型变换实验14实验HBPSK调制与解调实验21实验十九？滤波法及数字锁相环法位同步提取实验29实验一？抽样定理实验实验目得1 .了解抽样定理在通信系统中得重要性。2 .掌握自然抽样与平顶抽样得实现方法。3 .理解低通采样定理得原理。4 .理解实际得采样系统.5 .理解低通滤波器得幅频特性与对抽样信号恢复得影响。6 .理解带通采样定理得原理.实验器材1 .主控&信号源、3号模块。？各一块2 .双踪示波器？一台3. 连接线？若干实验原理1 .实验原理框图瑞信源编译码模块图1T抽样定理实验框图2 .实验框图说明抽样信号由抽样电路产生。将输入得被抽样信号与抽样脉

2、冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平定抽样与自然抽样信号就是通过S1切换输出得.抽样信号得恢复就是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复得信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3、4khz得巴特沃斯低通滤波器）或fpga数字滤波器（有FIR、IIR两种）.反sinc滤波器不就是用来恢复抽样信号得，而就是用来应对孔径失真现象。要注意，这里得数字滤波器就是借用得信源编译码部分得端口。在做本实验室与信源编译码得内容没有联系。四、实验结果与波形观测实验项目一？抽样信号观测及抽样定理验证?概述:通过不同频率得抽样时钟，从时域与频域两方面观测自然抽样与平顶抽样得输

3、出波形，以及信号恢复得混叠情况，从而了解不同抽样方式得输出差异与联系，验证抽样定理。注:通过观测频谱可以瞧到当抽样脉冲小于2倍被抽样信号频率时，信号会产生混叠1.关电，按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明信号源:MUSIC模块3:TH1（被抽样信号）;将被抽样信号送入抽样单兀3源：A-OUT模块3:TH2（抽样脉冲）提供抽样时钟模块3:TH3（抽样输出）模块3:TH5(LPFIN)送入模拟低通滤波器2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】一【通信原理】一【抽样定理】。调节主控模块得W1使Aout输出峰峰值为3V.3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦

4、合成波.抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9khz、占空比20%得方波。4、波形观测（1）主控MUSIC波形（2）自然抽样输出”喝(3)平顶抽样输出(4)LPFOUT(此时采样频率为7、9khz)思考:理论上当采样频率低于2倍得信号最高频率时恢复得波形会失真。实验中当抽样脉冲频率为7、9khz时输出波形刚好有失真，从而验证了奈奎斯特采样定理。实验二？滤波器幅频特性对抽样信号恢复得影响?概述该项目就是通过改变不同抽样时钟频率，分别观测与绘制抗混叠低通滤波与FIR数字滤波得幅频特性曲线，并比较抽样信号经过两种滤波器后得恢复效果，从而了解与探讨不同了不起幅频特性对抽样信号恢复得影响。1.测试抗混叠滤

5、波器得幅频特性曲线(1)关电，按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明佶号源：AOUT模块3:TH5(LPF-IN):将信号送入模拟滤波器(2)开电，设置主控模块，选择【信号源】一【输出波形】与【输出频率】，通过调节相应旋钮，使AOUT主控&信号源输出频率5khz、峰峰值为3V得正弦波。(3)此时实验系统初始状态为：抗混叠低通滤波器得输入信号为频率5khz、幅度3V得正弦波。(4)实验数据表格A-OUT得频率/khz54、94、84、74、64、5基频幅度/V0、540、6120、70、8240、941、084、34、24、143、93、83、71、41、591、822、182、342、48

6、3、63、53、43、33、23、132、62、72、762、82、842、862、842、521、512、92、922、923(5)幅频特性曲线抗混叠滤波器的幅频特性0123456思考:对于3khz低通滤波器，为了更好得画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率得步进值大小？答：当输入波形频率远离3、4khz时增大频率间隔，当输入波形频率接近3、4khz时减小频率间隔.低通滤波器得截止频率为3、4khz,则选取0、68khz得整数倍测幅频得到得曲线会更接近理论曲线，可将信号源输入频率得步进值调整为680hzo2.测试FIR数字滤波器得幅频特性曲线(1)关电，按表格所示进行连线。源端口目

7、标端口连线说明佶号源：A-OUT模块3:TH13(编码输入)将信号送入数字滤波器(2)开电，设置主控菜单：选择【主菜单】一【通信原理】一【抽样定理】一【FIR滤波器】.调节【信号源】，使AOUT输出频率5khz、峰峰值为3V得正弦波。(3)实验数据表格A-OUT得频率/khz54、54、44、34、24、1基频幅度/V0、040、0760、1190、170、2030、37643、93、83、73、63、53、40、5120、670、8761、11、351、641、923、33、23、132、92、82、72、222、52、843、123、43、643、922、62、52、42、32、22、12

8、4、124、44、564、684、84、884、961、5(4)幅频特性曲线FIR滤波器的幅频特性思考:对于3khz低通滤波器，为了更好得画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率得步进值大小？答:在测量频率特性曲线时，当输入波形频率远离3khz时增大频率间隔，当输入波形频率接近3khz时减小频率间隔。调整信号源输入频率得步进值为600hz,能更好得画出幅频特性曲线。3.分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复，比较被抽样信号得恢复效果关电，按表格所示进行连线：源端口目标端口连线说明信号源：MUSIC模块3:TH1（被抽样信号）:提供被抽样信号佶号源：AOUT模块3:TH2（抽样脉冲）

9、提供抽样时钟模块3:TH3（抽样输出）模块3:TH5(LPF-IN)P送入模拟低通滤波器模块3:TH3（抽样输出）模块3:TH13（编码输入）送入FIR数字低通滤波器（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】一【通信原理】一【抽样定理】一【FIR滤波器】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右.（3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟信号A-OUT为频率9khz、占空比20%得方波。当设置采样频率为7、5khz时,抗混叠滤波器（CH1）在电压为负值时出现严重失真，而FIR数字滤波器（CH2）得恢复结果说明采样后得信号发生了混叠.?思考:

10、不同滤波器得幅频特性对抽样恢复有何影响？答:模拟滤波器得恢复结果理论上更接近幅频特性，实际中会受到元件因素得影响;FIR数字滤波器可以实现相位得匹配。实验三滤波器相频特性对抽样信号恢复得影响概述：该项目就是通过改变不同抽样始终频率，从时域与频域两方面分别观测抽样信号经过FIR滤波与IIR滤波后得恢复失真情况，从而了解与探讨不同滤波器相频特性对抽样信号恢复得影响。观察被抽样信号经过f1r低通滤波器与i1r低通滤波器后，所恢复信号得频谱.1.关电，按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明佶号源MUSIC模块3:TH1（被抽样信号）提供被抽样信号佶号源：AOUT模块3:TH2（抽样脉冲）提供抽样时

11、钟模块3:TH3（抽样输出）模块3:TH13（编码输入）:将信号送入数字滤波器2.开电，设置主控菜单，选择【主菜单】一【通信原理】一【抽样定理】。调节W1&信号源使信号AOUT输出峰峰值为3V左右。3、 此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟信号A-OUT为频率9khz、占空比20%得方波。4、 实验操作及波形观测。a、观测彳t号经fir滤波后波形恢复效果：设置主控*II块菜单，选择【抽样定理】一【FIR滤波器】；设置【信号源】使AOUT输出得抽样时钟频率为7、5khz;用示波器观测恢复信号译码输出3#得波形与频谱。b、观测信号经iir滤波后波形恢复效果：

12、设置主控模块菜单，选择【抽样定理】一【IIR滤波器】；设置【信号源】使A-OUT输出得抽样时钟频率为7、5khz;用示波器观测恢复信号译码输出3(c得波形(CH1)与频谱。c、探讨被抽样信号经不同滤波器恢复得频谱与时域波形:被抽样信号与经过滤波器后恢复得信号之间得频谱就是否一致？如果一致，就是否就就是说原始信号能够不失真得恢复出来？用示波器分别观测f1r滤波恢复与iir滤波恢复情况下，译码输出3#得时域波形就是否完全一致，如果波形不一致，就是失真呢皿就是有相位得平移呢？如果相位有平移，观测并计算相位移动时间。答：恢复出得信号与被抽样信号不完全一致，同时同一信号经FIR与IIR滤波器恢复出得波形

13、也不一致，同时两种滤波器输出波形都大约相对于原始波形延迟1ms。五、问题分析1、滤波器得幅频特性就是如何影响抽样恢复信号得描述平顶抽样与自然抽样得原理与实现方法。答:抗混叠滤波器得截止频率等于源信号谱中最高频率fn,将高频分量滤除。经滤波后得到得信号包含了原信号频谱得全部内容，故在低通滤波器输出端可以得到恢复后得原信号。当抽样频率小于2倍得原信号得最高频率即滤波器得截止频率时，抽样信号得频谱会发生混叠现象，从发生混叠后得频谱中无法用低通滤波器获得信号频谱得全部内容，从而导致失真。平顶抽样原理：抽样脉冲具有一定持续时间，在脉宽期间其幅度不变，每个抽样脉冲顶部不随信号变化.实际应用中就是采用抽样保

14、持电路来实现得。自然抽样原理抽样脉冲具有一定持续时间，在脉宽期间其幅度不变，每个抽样脉冲顶部随信号幅度变化用周期性脉冲序列与信号相乘就可以实现.2、思考一下，实验步骤中采用3K+1K正弦合成波作为被抽样信号，而不就是单一频率得正弦波，在实验过程中波形变化得观测上有什么区别？对抽样定理理论与实际得研究有什么意义？答:观测波形变化时可以方便地通过比较两个极大值得大小来查瞧失真情况，观测波形变化时更稳定，使抽样定理理论得验证结果更可靠实验七HDB3码型变换实验.实验目得1 .了解几种常用得数字基带信号得特征与作用2 .了解HDB3码得编译规则3 .了解滤波法位同步在码变换过程中得作用.实验器材?各一

15、块* 一台1、主控&信号源、2号、8号、13号模块2、双踪示波器3、连接线若干三.实验原理数字通信系统中，有时不经过数字基带信号与信道信号之间得变换，只由终端设备进行信息与数字基带信号之间得变换，然后直接传输数字基带信号.在基带传输中经常采用AMI码（符号交替反转码）与HDB3码（三阶高密度双极性码）。适合线路上传输得码型，以下几点考虑：1、在选用得码型得频谱中应该没有直流分量，低频分量也应尽量少。这就是因为终端机输出电路或再生中继器都就是经过变压器与电缆相连接得，而变压器就是不能通过直流分量与低频分量得。2、传输型得频谱中高频分量要尽量少这就是因为电缆中信号线之间得串话在高频部分更为严重，当

16、码型频谱中高频分量较大时，就限制了信码得传输距离或传输质量3、码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。若信号中连“0较长则等效于一段时间没有收脉冲，恢复位定时就困难，所以应该使变换后得码型中连“0”较少.4、设备简单，码型变换容易实现.（5）选用得码型应使误码率较低.双极性基带信号波形得误码率比单极性信号得低。根据这些原则，在传输线路上通常采用AMI码与HDB3码。HDB3码（三阶高密度双极性码）编码规则：连0串4时，进行AMI编码，即传号极性交替；连。串=4时，将第4个0变为非。符号（+V或-V）,称破坏脉冲V码；当相邻V之间有偶数个（含。个）非。符号时，再将该小段得第1个0变换成B,称附

17、加脉冲B码。极性规则：极性交替规则1码与B”码一起作极性交替，“V”码也作极性交替；极性破坏规则一一“V”码必须与前一个“1”码或“B”码同极性。例：基带二进制：100001000011000011AMI码：一10000+100001+100001+1HDB3码：一1000-V+1000+V1+1-B00-V+1-1特点：无直流分量，且只有很小得低频分量;HDB3中连。串得数目至多为3个，易于提取定时信号；编码规则复杂，但译码较简单。解码规则：寻找两个相邻得同极性码，后者即为“V”码；把“V”码连同其前3位码均改为“0”,所有得“土1”均改为1”,即恢复信号。AMI码:我们用“0”与“1”代表

18、传号与空号.AMI码得编码规则就是“0”码不变，“1”码则交替地转换+1与一1。当码序列就是100100011101时，AMI码就变为：+100-1000+1-1+10-1.这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少。这种码得反变换也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将“-1”转换成“+1”，恢复成单极性码，这种未能解决信号中得长“0”得问题。四.实验步骤与波形1、编码输入数据TH32.编码输出数据TH13 .编码输入数据及基带码元奇数位波形（黄色：编码输入数据）（蓝色:基带码元基数位波形）4 .码元输入数据及基带码元偶数位波形（黄色:编码输入数据）（蓝色:基带码元偶

19、数位波形）5.TP2与TP3相减后得波形6.编码输入数据与译码输出数据（黄色编码输入数据）（蓝色:译码输出数据）思考：译码过后得信号波形与输入信号波形相比延时多少答:波形相比延迟了五个时钟周期7.TP4(HDB3-A2)及TP8(HDB3-B2)8.TP5（HDB3输入）频谱分量9.TP3（单极T码）频谱分量10.编码输入时钟及译码输出时钟（黄色：编码输入时钟）（蓝色：译码输出时钟）五.问题分析分析电路得实验原理，叙述其工作过程(1)先将消息代码变换成AMI码若AMI码中连0得个数小于4,此时得AMI码就就是HDB3码(2)若AMI码中连0得个数大于4,则将每4个连0小段得第4个0变换成与前一

20、个非0符号(+或一)同极性得符号，用V表示(前一非零符号极性为十则第4个0转换成+V；同理若极性为一，则转换为一V)；(3)为了不破坏极性交替反转，当相邻V符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段得第1个0变换成+B或-B,B符号得极性与前一非零符号得极性相反，并让后面得非零符号从V符号开始再交替变化。实验十一BPSK调制与解调实验一、实验目得1、掌握BPSK调制与解调得基本原理；2、掌握BPSK数据传过程，熟悉典型电路；3、了解数字基带波形时域形成得原理与方法，掌握滚降系数得概念；4、熟悉BPSK调制载波包络得变化；5、掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复得基本方法；二、实验器材1、主控&信号

21、源、9号、13号模块？各一块2、双踪示波器？一台3、连接线？若干三、实验原理?1。实验原理框图P派涧J及转评L：原利就丹2、实验框图说明基带信号得1电平与0电平信号分别与256KHz载波及256KHz反相载波相乘，叠加后得到BPSK调制输出；已调信号送入到13模块载波提取单元得到同步载波；已调信号与相干载波相乘后，经过低通滤波与门限判决后，解调输出原始基带信号四、实验现象及波形观测实验项目一？BPSK调制信号观测概述：BPSK调制实验中，信号就是用相位相差180。得载波变换来表征被传递得信息。本项目通过对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证BPSK调制原理。1、关电，按表格所示进行连线。源端

22、口目得端口连线说明信号源：PN模块9:TH1（基带信号）调制信号输入佶号源：256KHz模块9:TH14(载波1)载波1输入佶号源:256KHz模块9:TH3（载波2）载波2输入模块9:TH4（调制输出）模块13:TH2（载波同步输入）载波同步模块信号输入模块13:TH1(SIN)模块9:TH10（相干载波输入）用于解调得载波模块9:TH4（调制输出）模块9:TH7（解调输入）解调信号输入2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】一【通信原理】一【BPSK/DBPSK数字调制解调】。将9号模块得S1拨为0000调节信号源模块W3使256KHz载波信号峰峰值为3Vo3、此时系统初始状态为：PN序列输

23、出频率32KHZo4、实验操作及波形观测。以9号模块“NRZ-I（CH1）为触发，观测“I（tH2）;以9号模块“NRZ-Q（CH1）为触发，观测“Q”（CH2）。以9号模块“基带信号(CH1)为触发，观测“调制输出”(CH2).思考:分析以上观测得波形，分析与ASK有何关系？答:BPSK得基带信号为双极性码,ASK得基带信号为单极性码。实验项目二BPSK解调观测（9号模块），观察就是否有延时现象，并且概述:本项目通过对比观测基带信号波形与解调输出波形SK解调原理.0 0”.1使“ SIN”得波形稳定，即恢验证BPSK解调原理。观测解调中间观测点TP8，深入理解BP1、保持实验项目一中得连线。

24、将9号模块得S1拨为“002、以9号模块测13号模块彳导“SIN”，调节13号模块得W复出载波。恢复得载波如CH2所示.3、以9号模块得“基带信号”（CH1）为触发观测“BSK解调输出（CH2）,多次单击13号模块得“复位”按键。观测“BPSK解调输出得变化。?恢复出得波形与原信号有时同相，有时反响.？4、以信号源得CLK为触发，测9号模块LPF-BPSK,观测眼图。思考：“BPSK解调输出”就是否存在相位模糊得情况劝什么会有相位模糊得情况？答：BPSK解调输出存在相位模糊得情况，因为恢复得本地载波与相干载波可能同相也可能反相.五、问题分析1、分析实验电路得工作原理，简述其工作过程。输入得基带

25、信号由转换开关转接后分成两路，一路经过差分编码控制256KHz得载频，另一路经倒相去控制256KHz得载频。解调采用锁相解调，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK得一个载频上此时对应得环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应得环路滤波器输出电压不为零，在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号得信息。2、分析BPSK调制解调原理。调制原理：基带信号先经过差分编码得到相对码，再根据相对码进行绝对调相，即将相对码得1电平与0电平信号分别与256K载波及256K反相载波相乘，叠加后得到DBPSK调制输出。解调原理：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，进而恢

26、复出发送得二进制数字信息。实验十九？滤波法及数字锁相环法位同步提取实验一.实验目得1 .掌握滤波法提取位同步信号得原理及其对信息码得要求2 .掌握用数字锁相环提取位同步信号得原理及其对信息代码得要求3. 掌握位同步器得同步建立空间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念二实验器材1. 主控&信号源、13、8模块?各一块2. 双踪示波器?一台3. 连接线?若干三实验原理1、位同步得重要性数字通信中，除了有载波同步得问题外,还有位同步得问题。因为信息就是一串相继得信号码元得序列，解调时常需知道每个码元得起止时刻.因此,接收端必须产生一个用作抽样判决得定时脉冲序列，它与接收码元得终止时刻应对齐我们把

27、在接收端产生与接收码元得重复频率与相位一致得定时脉冲序列得过程称为码元同步或位同步,而称这个定时脉冲列为码元同步脉冲或位同步脉冲。要使数字通信设备正常工作，离不开正确得位同步信号。如果位同步脉冲发生严重抖动或缺位,则使数字通信产生误码;严重时使通信造成中断。影响位同步恢复得主要原因: 输入位同步电路得信号质量; 信号得编码方式：码元中存在长连“0”或长连“1”.在实际通信系统中为了节省传输频带与减小对邻近频道得干扰,一般采用限带传输。也就就是将调制信号在基带中进行滚降处理或在中频将已调信号进行中频滤波器成形。这样得信号经过传输与解调器解调，如QPSK系统则输出就是I、O二路模拟信号，由于其形状

28、得原因,因此称为眼图。位同步取样位置对眼图得开启位置影响很大。2。位同步得主要技术指标：(1)静态相差在相干解调系统中，接收到得信号眼图就是由调制器成型滤波器得衰降系统决定得。为了充分利用接收到得信号能量,通常把位同步得抽样脉冲相位调到眼图最大开启位置。在这个位置进行判决认为就是最佳,称静态相差为零.相反位同步得抽样脉冲相位偏离了眼图得最大开启位置,就会造成误码或接收机门限特性下降。通常很多位同步提取电路都存在着一个固定静态相差。要通过电路补偿及移相方法来调正位同步得最佳取样点。?(2)相位抖动数字通信中相位抖动就是随着传输距离、中继次数及复接/分接数目得增加而积累,它对数字通信得影响类似于噪

29、声对模拟通信得影响。因此相位抖动也常被称为数字噪声。当考虑抖动对数字网得影响时,常用相位抖动最大峰峰值概念.它表示相位抖动时间函数得最大值与最小值之间得差值。在数字网设计时我们要求位同步提取能够有较好得承受最大输入抖动与最小输出抖动能力。?(3)同步建立时间由于位同步恢复一般要采用带有时间常数得电路.例如采用锁相环提取同步信号方法。因锁相环中得频分器得时间常数取值不一样,同步得建立时间也不一样。对于常规得数字通信系统,同步建立时间都能满足一定得要求。但对于突发模式或跳数模式得数字通信,同步建立时间就是一项十分重要得技术指标。(4)同步保持时间从接收信号消失起,到位同步电路输出得位同步信号中断为

30、止得这段时间称位同步保持时间。在数字通信中我们要求位同步提取电路要求建立时间短，保持时间长。这样可以尽量减少由于信道衰减造成位同步得中断. .数字通信位同步恢复得各种方法一类方法就是发端专门发送导频信号，而另一类就是直接从数字信号中提取位同步信号得方法后者就是数字通信中经常采用得一种方法。1)滤波法已经知道，对于不归零得随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。但就是，若对该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有f=1/T得位同步信号分量，经一个窄带滤波器，可滤出此信号分量，再将它通过一移相器调整相位后，就可以形成位同步脉冲。这种方法得方框图如图341所示。它得特点就是先形

31、成含有位同步信息得信号，再用滤波器将其滤出.下面，介绍几种具体得实现方法。窄带法同步提取法就是其中得一种。另一种常用得波形变换方法就是对带限信号进行包络检波.在某些数字微波中继通信系统中，经常在中频上用对频带受限得二相移相信号进行包络检波得方法来提取位同步信号。频带受限得二相PSK信号波形如图34-3(a)所示。因频带受限，在相邻码元得相位变换点附近会产生幅度得平滑陷落”。经包络检波后，可得图343(b)所示得波形。可以瞧出，它就是一直流与图34-3(c)所示得波形相减而组成得，因此包络检波后得波形中包含有如图34-3(c)所示得波形，而这个波形中已含有位同步信号分量。因此,将它经滤波器后就可提取出位同步信号。2)锁相法位同步锁相法得基本原理与载波同步得类似.在接收端利用鉴相器比较接收码元与本地产生得位同步信号得相位若两者相位不一致(超前或滞后)，鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号得相位，直到获得准确得位同步信号为止.前面讨论得滤波法原理中，窄带滤波器可以就是简单得单调谐回路或晶体滤波器，也可以就是锁相环路.我们把采用锁相环来提取位同步信号得方法称为锁相法。下面介绍在数字通信中常采用得数字锁相法提取位同步信号得原理。四.实验步骤与结果1、分别观测滤波法位同步输入与“BPFOUT”不同频率下得BPF-OUT幅度频率(kKz)22480