通信原理实验讲义(2012)

1、2012 年 2 月实验讲义目录实验一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 1731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(mUco m )的测量方法，了解 m<1和m=1及 m>1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

2、解调制系数m的意义及测量方法；4、分析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。AM: A+m(t)DSB,VSB,SSB: m(t)m(t)=0 f l f Hm(t) F M (f)A m(t) F 2 A0 (f) M (f) cos ct F C(f) f fc f fcS(t) F S(f) 1 M f fc M f fccF c

3、1Sm(t) Sm(f) H(f)Mf fc M f fc2M(f)C C(f) 十f 2 Ao (f) M(f)f0*VSB、AMfc-f Hfc fc+f H采用不同的H可得到DSB、SSB、1. AMH为理想带通。Sam (t)=A+m(t)cos ct AM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fH(t)2A m(t) cosctct1-A m(t) 1 cos2 2LPF隔直1*2m(t)af2. DSB (或 DSB-SC)H H(f)频谱同 S(t),B=2f Hf-f H f c f HSDSB(t)=m(t)COS ct 解调不

4、能用包络检波法解调DSB信号。相干解调 方框图同AM相干解调。请自己画出各点频谱。3. SSBH H(f)由得上边带VSB,Lk fiL f o f c+fHH H(f)由得下边带LSB,Lk ffc-f Hfc-f L推导SSB信号的时域表达式sgn c sgnsgn(c)十11M ( 2c) M (c)?2 sgn(c )1 M (4c)sgn(c)M (c)sgn(1 M (4c)sgn(c)M(c)sgn(1 M (4c) M(c)1 M (4c)sgn(c)M (c)sgn(1 ,、m(t) cos1，、.ct -m(t)sinct-载波为Slsb (t)22sgn(Slsb ()c

5、)c)c)cos cctm(t)是m(t)的希尔伯特变换,sin d是cos cct的希尔伯特变换。m(t)cos ctcH()m(t)sin ct1H( ) jsgn( ), h(t) -t1F 1 1m(t)sin ct - M( ) jsgn( ) j (22 21-M( )sgn( )( c)(41-M(c)sgn(c) M(4c)(c )c)sgn(c)c)11R理 Susb m(t) cos ct m(t) sin ct载波为cos cct11当载波为sin届时 嗝2m(t)sin ct 2m(t)cos ctSusb (t)1，、.m(t)sin ct1，、，-m(t)cos c

6、t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。插入强载波一一包络检波。111A -m(t) cos ct m(t)sin ct A -m(t) cos ct此为 AM 信号222故可用包络检波法解调ssb信号强载波ACOS wet的获取方法：(1)发端插入导频acoscet,收端提取acosect后，放大得Acoswct, A>>a。(2)不插导频，收端的振荡器输出Acos st作为强载波，语音单边带允许f| <15Hz。4. VSB当fL很小时，无法用滤波器得到 SSB信号，而只能得到VSB信号V

7、SB系统H(f)=GTCG R对H的要求：H(f+fc)+ H(f-f c)=C0 |f|为H(f)在fc两边互补证明：SvSB(f) Sm(f)H(f)1M(f fc) M(f fc) H(f) 21-一 U(f)2Svsb(ffc)Svsb (ffc)1 1.-M(f 2fc) M(f) H(f fc) - M(f 2fc) M(f) H(f fc)441Mo(f) -M(f) H(f fc) H(f fc)4CC当 H(f fc) H(f fc) C, 0 f fH 时，Mo(f) 4M(f) mo(t) 7m(t)S Sm(f)f残留上边带f H(f fc) H(f fc) C, 0

8、f fHSB的插入强载波一一包络检波解调法(电视)，必须给出VSB时域式H(f)=H i+H 2+H 3H1(f)形成下边带信号，基带信号0H2形成上边带信号，基带信号H3(f)形成下边带信号，基带信号m ( t)m (t)m (t)m(t), m'(t)c11Svsb (t) - m(t)cos ct -m(t)sin ct2211m (t) cos ct m (t)sin ,ct2211-m(t) cos ct m(t) sin ct m2211-m (t) cos ct m (t) sin ct22 (t)sin ctAM信号CA，A1，、，SvsbAcosctA m(t)cos

9、cos ct2X线性调制含义：将m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 ,1.相干解调DSB, SSB相干解调抗噪性能,AM包络检波的门限效应ni为窄带白噪声。Sm(t) n(t)m)(t)n0(t)BPF带宽W等于信号带宽B,B<<fcni(t)=nc(t)cos ot-ns(t)sin otwDSB 中 fo=fcSSB中fo Wcf带通滤波器输出信噪比即解调器输入信噪比（初解调器输出信噪比（Q 以SSB为例说明分析过程制度增益N)iG=(S NSlsb (t) 2m(t)cos ct -m(t)sin ctni (t) nc(t) cos otn

10、s(t)sinSi1m2(t)812 ,m cos2 ct - m (t)8812 ,、2 c-m (t) cos 2 ct1ni(t)m(t)sin2 ct4m(t), m2(t)fsin2 ct,cos2 ct不相关,sin2 ct cos2 ct0, m2(t) m2(t)SiNi-m24noB n°fHc /,、，1，、1c ,1. c ,SLSB(t)cos ct - m(t) m(t)cos2 ct m(t)sin2 ct 444，、1 ，、mo(t)m(t),4-1 -So Gm2(t)ni(t)cos ctn。1小 一nc(t) cos 21 小，-nc(t) cos

11、t2t cos c1，、.2ns(t)sin1 -o 3 ns(t) sin t sin c onc(t), ns(t)与cos2sin2n2(t)t cos27可见(S N)o (S N)it, sin2 t不相关0No-noB 4-nofH 4m2(t) G4n°B注：此结论与设f0=fc时相同。其它信号（AM、DSB）相干解调分析与此类似，结论如下:类别BgSo/No备注AM2fH2/31 Si 3nofmSam (t)A1 sin mt cos ctDSB2fH2Si n°fHSSBfH1Si nofHVSBfH 2fH/FM2(mf+1)fm 2( A f+f)3

12、mf332Simf2nofmSfm (t)A cos ct mf sin mt 性能比较： 可靠性 优一一劣:FM, SSB (DSB), AM 有效性 优劣:SSB, VSB, AM (DSB), FM VSB的可靠性，无分析结论。 虽然 Gssb=1 , Gdsb=2,但两者输出信噪比相同。故 Bdsb=2Bssb。S1 S() iDSB() iSSB 两者抗噪性能相同。N2 N2. AM包络检波的门限效应。(-S)i>>i时，包络检波的可靠性同相干解调。N(-S)i<<i时，出现门限效应。NSam (t) ni(t) A m(t) cos ct nc(t)cos

13、ct ns(t)sin ct E(t)cos ct(t)E(t) . A m(t) nc(t)2 ns2(t)当 A+m(t)>>n i(t)时，E(t) =A+m(t)七 mo(t)=m(t), no(t)=nc(t)可得：G2m(_2)-当 m(t) Acos mt 时，G IA2 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

14、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 RP1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810脚之间，调幅信号加在14脚之间，相乘后信号由12 脚输出，经C11、C12、R25、

15、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：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）。£一原路电制调MA

16、 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 ;E力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m< 1、m=1及m>1时的调

17、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AM_IN 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、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

18、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 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 ，有偶数个信息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 Q M NRZ码、

19、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| r =5Ts）。 这种信号的功率谱也在图 1-9 中给出。由于整流后的 AMI 、 HDB 3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。组成模块如下图所示：2-1 NRZ、 AMI 、 HDB

20、 3关系图图 2-2 AMI、HDB3、RZ| =0.5T频谱端口说明：CCLK ： 编码时钟输入端DIN ：编码数据输入端HDB3 OUT： 密勒编码结果输出端DCLK ：译码时钟输入端HDB3 IN ：密勒译码数据输入端DOUT ：译码结果输出端HDB 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

21、）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 KS

22、1、 KS2、 KS3 置于任意状态， CH1 接 NRZ-OUT ， CH2 分别接 HDBPN、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

23、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HDB 3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 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c

24、三、基本原理(A) 2ASK 解调(1)包络检波eo(t)x(t)r(t)cp无码间串扰实际系统中x (t)迟后于eo，进行数学抽象时认为系统是物理不可实现的, 是否有码问申扰决定于滤波器和信道的频率特性。LPF用来滤除高频，一般对码问串扰无影响。(2)相干解调r (t)与(1)中不同，有正、负值，其它同(1)(3)过零检测- |限幅上T微分整流Fdf |单稳he4jjjTFf的羊?决hg+cp(t)“位同步器I具体波形可以参考2FSK过零检测波形。判决准则：f(kTs)工(A B) 02在本实当中，2ASK解调采用过零检测的方法。(B) 2FSK 解调包络检波条件：|fci fc2|2fs。

25、判决准则：a(kTs) b(kTs) 0(2)相干解调判决准则同(1)(3)过零检测限幅.微分三麻1印f I单稳白扃向!-：“抽样判决件cp(t)_“位同步器Iecp(t)波形图如上所示。判决准则：f(kTs) 1(A B) 0(C)电路原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-IN2FSK信号输入点/测试点? BS-IN位同步信号输入点? FD2FSK过零检测输出信号测试点? LPF低通滤波器输出点/测试点? NRZ (B)? NRZ-OUT位同

26、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: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申扰条件。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：NRZ（B）?图3-3为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“晌载频等于码速 率的两倍，“晒载频等于码速率。BS-INNRZ-OUT图3-3 2FSK过零检测解