通信原理试验指导书学生

通信原理实验指导书西南大学电子信息工程学院实验教学中心现代通信技术实验平台说明书前言 错误！未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z目录 1\o"CurrentDocument"拨码器开关设置一览表 2\o"CurrentDocument"第一部分通信原理预备性实验 5\o"CurrentDocument"实验1平台介绍及实验注意事项 5\o"CurrentDocument"实验2DDS信号源实验 8\o"CurrentDocument"第二部分通信原理重要部件实验 11\o"CurrentDocument"实验1抽样定理及其应用实验 11\o"CurrentDocument"实验2PCM编译码系统实验 16\o"CurrentDocument"实验3FSK（ASK）调制解调实验 20实验4PSKDPSK调制解调实验 25\o"CurrentDocument"实验5位同步提取实验 33\o"CurrentDocument"实验6眼图观察测量实验 38\o"CurrentDocument"实验7基带信号的常见码型变换实验 43实验8AMI/HDB3编译码实验 50实验9幅度调制（AM）实验* 54实验10幅度解调（AM）实验* .61实验11频率调制（PM）实验* 64实验12频率解调（PM）实验* 68\o"CurrentDocument"第三部分信道复用技术和均衡技术实验 72\o"CurrentDocument"实验1频分复用/解复用实验 72\o"CurrentDocument"实验2时分复用/解复用（TDM）实验 76

现代通信技术实验平台说明书拨码器开关设置一览表在本实验平台上，我们采用了红色的拨码器，设置各种实验的项目、信号类型、功能和参数。拨码器的白色开关上位为1；下位为0。现将各主要拨码开关功能列表说明如下:表0-1“时钟与基带数据产生模块”5位拨码开关4SW02状态设置与功能一览表类别4SW02状态时钟与基带数据产生模块产生的信号、时钟及其它功能信号输出或信号测量点M序列IJ设置00000PN152K（15位m序列：111101011001000）4P01输出00001PN1532K（15位m序列：111101011001000）4P01输出00010PN5112K（511位m序列）4P01输出00011PN51132K（511位m序列）4P01输出CVSD编码及PCM编码时钟设置001008K的CVSD编码时钟信源编码解析模块时钟0010116K的CVSD编码时钟0011032K的CVSD编码时钟0011164K的CVSD编码时钟0100064K的PCM线路编码时钟01001128K的PCM线路编码时钟8bit自编数据输出01110用拨码开关4SW01设置8比特自编数据，数据速率为64K。4P01输出时分复用设置01111拨码开关4SW01设置的8比特数据输出，数据速率为64K,PCM编码时钟为64K、CVSD编码时钟为64K8比特数据4P01输出，QPSK调制01101为QPSK调制解调提供载波和基带码型变换设置X=1对2KPN码码型变换；X=0对1X000单极性归零编码4TP01输出1X001双极性不归零码4TP01输出1X010双极性归零码4TP01输出1X011CMI码4TP01输出1X100曼彻斯特码4TP01输出

现代通信技术实验平台说明书4SW01自编码码型变换1X101密勒码4TP01输出1X110PST码4TP01输出注：1.时钟与基带数据产生模块中各铆孔与测量点说明：4P01为原始基带数据输出铆孔；4P02为码元时钟输出铆孔；4P03为相对码输出铆孔。 4TP01为码型变换后输出数据测量点;4TP02为编码时钟测量点。2.以上实验设置的功能和各种参数也可根据学校要求定制。表0-2“信道编码与ASK。FSKoPSKoQPSK调制”拨码开关SW03状态设置与功能一览表24SW01状态功 能0XXX外部输入数据，64K1XXX读取24SW02设置数据，往上为1,往下为0X000卷积编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效X001汉明编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效X010交织编码，可外部输入数据。24SW02四位数有效1100循环编码，不可外部输入数据。24SW02后三位数有效表0-3“基带同步与信道译码模块”拨码开关25SW01状态设置与功能一览表25SW01状态功 能X000卷积译码（最高位X的0和1状态用来切换节点同步）X001汉明译码及同步X010交织译码及同步X100循环译码及同步注：译码模块25SW01第一位X为空位待用。表0-4"复接/解复接、同步技术模块”4位拨码器开关39SW01设置与功能一缆表39SW01状态功能说 明00012K基带数据的同步时钟提取、再生2K基带数据从39P01输入，39P06输出提取同步时钟，39P07输出再生2K基带信号。001032KDPSK时钟提取、相对码/32KDPSK数据从39P01输入，39P06输出提3

现代通信技术实验平台说明书绝对码转换（相对码对应于“时钟与基带数据产生模块”中生成的4P03输出，绝对码对应4P01输出）取同步时钟，39P07输出再生基带信号（绝对码）001132K基带数据的同步时钟提取、再生32K基带数据从39P01输入，39P06输出提取同步时钟，39P07输出再生32K基带信号。1111时分复接/解复接实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码、CVSD编码等数据的时分复接/解复接功能。0111码分复接/解复接实现4SW01拨码器（8bit数据）、PCM编码等数据的码分复接/解复接功能。0100外部数据的绝对码与相对码转换功能绝/相转换：基带绝对码输入铆孔39P02；相对码输出铆孔39P06;相/绝转换：相对码输入铆孔39P01；基带绝对码输出铆孔39P07;基带绝对码速率为：2K左右本实验平台其它一些模块还有拨码开关，由于它们功能比较简单，我们将在相应模块中说明，在此不再列表介绍。现代通信技术实验平台说明书第一部分通信原理预备性实验实验1平台介绍及实验注意事项'、实验目的.了解实验箱的功能分布；.掌握实验箱的操作习惯；.掌握实验箱的操作注意事项。二、实验仪器.RZ8681实验平台 1台.各个实验模块 配套三、实验原理.实验平台整体功能介绍RZ8681型现代通信技术平台是由底板+模块组成的模块化可定制的系统平台，平台底板提供了基本的信源和信宿并预留了外接接口，中间设置了9个模块放置区，在实验时可以通过选择不同的实验模块，完成不同的实验内容，或者通过多个模块的组合完成综合通信实验内容，另外可以为学校提供底板的接口标准，以便学生基于该平台进行设计，开发。-电源指示'调制接口DDS信号源,眼图电路-电源指示'调制接口DDS信号源,眼图电路滤波器及功放光纤接口模块分布图图1-1RZ8681底板功能分布图实验底板主要由几个部分组成:现代通信技术实验平台说明书USB接口：可将电脑端的数据发送到实验箱上进行传输。DDS信号源：产生常见的各种信号，并且频率幅度可调。另外为抽样定理实验提供了抽样脉冲信号。（3）电话接口：产生真实的语音信号。（4）电源指示：指示不同电压的工作状态，开电后，3个灯常亮为正常状态，闪烁说明有故障。（5）模块分布图：指示了底板9个模块放置位置的分布图，序号为A-I。（6）调制接口:外部调制信号输入和输出铆孔。（7）光纤接口:可选配置接口，可以通过光纤完成系统的全双工通信。（8）眼图电路：眼图观察电路，相当于一个参数可调的信道。（9）滤波器及功放：包含一个参数可调（2.6k和5k）的低通滤波器，滤波器输出信号连接到扬声器。（10）模块安放区：共9个位置，用来放置实验模块，对应上述的模块分布图。.平台操作及教材编写常识在平台研发及教材编写过程中，默认采用了一些习惯用语，下面将部分习惯用法给出说明，以便理解。（1）在实验中，测量点主要分为两类：Pxx和TPxx。其中Pxx是指可插线的测量铆孔，而TPxx则是测量针。（2）实验中连线时需要注意，连线铆孔分输入孔和输出孔，在铆孔上有箭头标注。不能将两个输出孔或输入孔连接在一起。（3）实验步骤中，标号一般以“4P01（G）”形式给出，其中标号代表实际操作中对应的连线或测量标号，而后面括号中的“G”是指：按照要求安放模块后，4P01标号会在G号位安放的板子上找到，这样便于操作时查找。（4）实验中，对应的实验步骤选用仪表默认为双通道示波器，但实际中用四通道示波器会有更好的实验效果。.实验注意事项（1）为实验箱加电前，要简单检查一下实验箱是否有明显的损坏现象；加电时，观察实验箱右上角的电源指示灯是否正常显示，如果指示灯闪烁，请立即关闭实验箱，并检查故障原因。（2）实验箱盖子翻开后，可以取下。但是取下和安装时，都需要注意后端的卡轴是否完全卡好。在没有完全卡好卡轴的情况下关闭实验箱，会对卡轴造成损坏。另外，每台实验箱的盖子和箱体编号是对应的（箱体和盖子后端均有编号），不对应无法安装，因此实验时应妥善保管实验箱盖子，以防弄混。（3）实验模块放置时，应该确认模块接口（防呆口）和底板接口已对应一致才下压，否则会损坏接口。另外不同模块放置的具体位置应参考具体实验内容的说明。现代通信技术实验平台说明书(4)实验箱上参数可调的元器件，如电位器，拨码开关，轻触开关，要小心使用，尽量避免用力过大，造成元器件损坏。以上元器件为磨损器件，在使用时掌握使用技巧，请不要频繁按动或旋转。四、实验内容及步骤.结合实验原理部分的内容，了解实验箱的各个功能模块的名称及作用。.仔细阅读“实验注意事项”，掌握实验箱的正确操作方法。五、实验报告要求.结合实验箱结构，简单画出实验箱的功能分布图；.总结实验箱使用的注意事项。现代通信技术实验平台说明书实验2DDS信号源实验一、实验目的.了解DDS信号源的组成及工作原理；.掌握DDS信号源使用方法；.掌握DDS信号源各种输出信号的测试；.配合示波器完成系统测试。二、实验仪器DDS信号源（位置参见实验1平台介绍）100M双踪示波器1台三、实验原理.DDS信号产生原理直接数字频率合成（DDS-DigitalDirectFrequencySynthesis）,是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。图2-1DDS信号产生原理DDS信号源模块硬件上由cortex-m3内核的ARM芯片（STM32）和外围电路构成。在该模块中，我们用到STM32芯片的一路AD采集（对应插孔调制输入）和两路DAC输出（分别对应插孔P03.P04）。抽样脉冲形成电路（P09）信号由STM32时钟配置PWM模式输出，调幅、调频信号通过向STM32写入相应的采样点数组，由时钟触发两路DAC同步循环分别输出其已调信号与载波信号。对于外加信号的AM调制，由STM32的AD对外加音频信号进行采样，在时钟触发下当前采样值与载波信号数组的相应值进行相应算法处理，并将该值保存输出到DAC,然后循环进行这个过程，就实现了对外部音频信号的AM调制。实验箱的DDS信号源能够输出抽样脉冲（PWM）、正弦波、三角波、方波、扫频信号、调幅波6乂）、双边带（DSB）、调频波（FM）及对外部输入信号进行AM调制输出。.DDS信号源使用及信号生成表现代通信技术实验平台说明书DDS信号源主要包含以下几个部分：LCD：显示输出信号的频率。调制输入：外部调制信号输入铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。P03：DDS各种信号输出铆孔。P04：20KHZ载波输出铆孔。P09：抽样脉冲输出铆孔。SS01：复合式按键旋纽。按键用来选择输出信号种类；旋纽用来改变信号频率。W01（幅度调节）：用来调节输出信号的幅度。DDS信号产生的种类如下表所示:输出序号调制输入P03（输出）P04（输出）P09（输出）LED1：亮0：灭D4D3D2D11XX2K正弦波抽样脉冲（PWM）（频率0.1-20KHZ可调）00012X正弦波2K正弦波抽样脉冲（频率为初始设定值）00103X三角波2K正弦波00114X方波2K正弦波01005X扫频2K正弦波01016X调幅待调信号（2K正弦波）01107X双边带待调信号（2K正弦波）01118X调频待调信号（2K正弦波）10009外部调制信号外输入信号AM调制20K载波100110内置误码仪，P02输出32KKZ随机码，P01接收信道回送随机码101011USB转串口1011初始时输出序号为0001，对应“抽样”输出状态。按下复合式按键旋纽SS01，可切换不同的信号输出状态，按一次输出序号递增，DDS最大序号为9,正好与10种输出信号状态对应。序号10为内置误码仪测试功能，序号11为USB转串口数据通道。序号为11后，继续按复合按键旋纽，则返回初始序号1。D01、D02.D03.D04四个指示灯将显示输出的序号状态。现代通信技术实验平台说明书 四、实验内容及步骤.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.信号输出类型调节通过按下复合旋钮SS01，调节P03的输出类型，使其分别输出1.正弦波，2.三角波，3.方波，4.扫频信号，5.调幅信号，6.双边带信号，7.调频信号等。.信号频率调节旋转复合式按键旋纽SS01，在“抽样”、“正弦波”、“三角波”、“方波”等输出状态时，可步进式调节输出信号的频率，顺时针旋转频率每步增加100HZ，逆时针减小100HZ；在其它DDS信号源序号，旋转复合式按键旋纽SS01无操作。.输出信号幅度调节调节调幅旋钮W01，可改变P03.P04输出的各种信号幅度。.用示波器观察DDS信号源产生的信号，并记录波形。完成下面的实验任务：P03输出2k正弦波，调节使Vp-p（峰峰值）=2V；P09输出8k抽样信号；P03输出4k三角波，调节Vp-p（峰峰值）=3V；P09输出12k抽样信号；P03输出6.8k方波，调节Vp-p（峰峰值）=2.5v；P03输出扫频信号；P03输出调幅信号；P03输出双边带信号；P03输出调频信号；P09输出12K抽样信号。备注：1.对于调幅、双边带、调频信号，载波频率固定为20KHz,内部产生调制信号频率固定为2KHz，由外部“调制输入”的调制信号频率由外部输入信号决定。2.扫频信号的扫频范围是300Hz—50KHz。五、实验报告要求.简叙DDS信号源工作原理。.画出DDS信号源各种输出信号波形，并说明其幅度、频率等调节方法。10

现代通信技术实验平台说明书第二部分通信原理重要部件实验实验1抽样定理及其应用实验一、实验目的.通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；.通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点;.学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。二、实验仪器.PAM脉冲调幅模块，位号：H.时钟与基带数据发生模块，位号：G.100M双踪示波器1台.小平口螺丝刀1只.信号连接线3根三、实验原理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。关于PDM和PPM,国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。抽样脉冲形成电路图1-1抽样的实验过程结构示意图11抽样脉冲形成电路图1-1抽样的实验过程结构示意图11现代通信技术实验平台说明书图1-2抽样定理原理框图本实验中需要用到以下5个功能模块。.DDS信号源：它提供正弦波等信号，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。P03测试点可用于调制信号的连接和测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，P05测试点可用于语音信号的连接和测量。.抽样脉冲形成电路模块：它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。P09测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。该模块提供的抽样脉冲频率可调，占空比为50%。.PAM脉冲调幅模块：它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。因此，本模块实现的是自然抽样。在32TP01测试点可以测量到已调信号波形。调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。已调信号经过PAM模拟信道(模拟实际信道的惰性)的传输，从32P03铆孔输出，它可能会产生波形失真。PAM模拟信道电路示意图如图1-3所示，32W01(R1)电位器可改变模拟信道的传输特性，当R1C1=R2c2时，PAM已调信号理论上无失真。.接收滤波器与功放模块：接收滤波器低通带宽有2.6KHZ和5KHZ两种，分别由开关K601上位和中位控制，接收滤波器的作用是恢复原调制信号。铆孔P14是接收滤波器与功放的输入端，实验时需用外接导线将32P03与P14连接。.时钟与基带数据发生模块：它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器工作时钟。12现代通信技术实验平台说明书图1-3PAM信道仿真电路示意图最后强调说明：实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。理想抽样的抽样脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般是用高度有限、宽度较窄的窄脉冲代替。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得较高。由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少使用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。四、可调元件及测量点的作用PAM脉冲幅度调制模块32P01：模拟信号输入连接铆孔。32P02：抽样脉冲信号输入连接铆孔。32TP01：输出的抽样后信号测试点。32P03：经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。32W01：仿真信道的特性调节电位器。五、实验内容及步骤1.插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块GPAM脉冲幅度调制模块H对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2.信号线连接：使用专用导线按照下表格进行信号线连接：13现代通信技术实验平台说明书源端目的端连线作用P03（底板）32P01(H)将连续的模拟信号送入抽样单兀信号输入端；P09（底板）32P02(H)将抽脉冲送入抽样单兀脉冲输入端；32P03(H)P14（底板）将抽样后的信号送入接收滤波器及功放输入端。3.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.输入模拟信号观察将DDS信号源产生的三角波（模拟信号最好用复杂信号，如三角波，根据本实验平台恢复滤波器带宽，三角波频率选1.5KHZ较好）送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，调节电位器W01,使该点三角波信号幅度约2V（峰一峰值）。.抽样脉冲观察当DDS信号源处于“抽样”状态时（D04D03D02D01=0000）,旋转SS01可改变取样脉冲（P09）的频率。示波器接在32P02上，可观察取样脉冲波形。考虑到1.5KHZ三角波有效带宽不低于4.5KHZ（三次谐波），因此抽样频率要大于9KHZ。.抽样信号观察示波器接在32TP01上，可观察PAM取样信号，示波器接在32P03上，调节"PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性，PAM取样信号波形会发生改变。.取样恢复信号观察PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）设有两组参数，其截止频率分别为2.6KHZ、5KHZ。调节不同的输入信号频率和不同的抽样时钟频率，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。（注意，调节32W01应使32TP01.32P03两点波形相似，即以不失真为准。）.改变模拟信号和抽样脉冲参数修改模拟信号的频率及类型吗，修改抽样脉冲的频率，重复上述操作。可以尝试下表所示组合，分析实验结果：模拟信号抽样脉冲恢复滤波器1K三角波10K5K1K三角波10K2.6K1K正弦波10K5K电话语音信号8K5K电话语音信号6K5K9.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。14现代通信技术实验平台说明书 六、实验报告要求.简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。.写出自行设计的实验步骤，记录实验时各种测试条件，所测各点的波形、频率、电压等各项测试数据并验证抽样定理。.说明抽样后信号经过PAM模拟信道传输及接收数字低通滤波器后，波形将会出现哪些失真。.对上述1.5KHZ三角波抽样，分析应选用那种带宽的恢复滤波器，为什么？15

现代通信技术实验平台说明书实验2PCM编译码系统实验一、实验目的.掌握PCM编译码原理与系统性能测试；.熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法；.学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。二、实验仪器.PCM/ADPCM编译码模块，位号：H.时钟与基带数据产生器模块，位号:G.100M双踪示波器1台.信号连接线 3根.小平口螺丝刀1只三、实验原理脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。PCM通信系统的实验方框图如图2-1所示。图2-1 PCM通信系统实验方框图在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。对16现代通信技术实验平台说明书于电话，CCITT规定抽样率为8KHz,每一抽样值编8位码（即为2笈256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kB。本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片（见图2-1中的虚线框）。此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM30/32系统中。它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分别用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户，在一个PCM帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM帧的传输速率设置为64Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用示波器观测。此时一个PCM帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。另外，TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200Hz〜4000HZ,所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。四、各测量点的作用34TP01：发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲；34TP02：PCM线路编译时钟信号的输入测试点；34P01：模拟信号的输入铆孔；34P02：PCM编码的输出铆孔；34P03：PCM译码的输入铆孔；34P04：译码输出的模拟信号铆孔，波形应与34P01相同。注：一路数字编码输出波形为8比特编码（一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉），数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。五、实验内容及步骤1.插入有关实验模块在关闭系统电源的条件下，按照下表放置模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块GPCM/ADPCM编译码模块H对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆17现代通信技术实验平台说明书口一致。2.信号线连接源端目的端连线作用P03（底板）34P01(H)将连续的模拟信号送入PCM编码输入端；34P02(H)34P03(H)将PCM编码输出端数据送入PCM译码输入端；32P04(H)P14（底板）将PCM译码还原信号送入接收滤波器及功放输入端。3.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.PCM的编码时钟设定“时钟与基带数据发送器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ（后面将简写为：拨码器4SW02）。拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。.将时钟设置为64KHZ时，模拟信号为正弦波的PCM编码数据观察（1）拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为64KHZ。（2）双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02,观察抽样脉冲及PCM编码数据。DDS信号源设置为正弦波状态（通常频率为2KHZ）,调节W01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。特别注意观察，当无信号输入时，或信号幅度为0时，PCM编码器编码为11010101或为01010101,并不是一般教材所讲授的编全0码。因为无信号输入时，或信号幅度为0经常出现，编全0码容易使系统失步，所以编码时对编码数据奇数位进行了取反操作。注意，本实验时钟为64KHZ,一帧中只能容纳1路信号。若用普通示波器要观察到稳定波形，通常正弦波频率设为2KHZ或1KHZ。（3）双踪示波器探头分别接在34P01和34P04,观察译码后的信号与输入正弦波是否一致。.时钟为128KHZ,模拟信号为正弦波的PCM编码数据观察上述信号连接不变，将拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02,观察抽样脉冲及PCM编码数据。DDS信号源设置为正弦波状态（通常频率为2KHZ），调节W01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。注意，此时时钟为128KHZ，一帧中能容纳2路信号。本PCM编码仅一路信号，故仅占用一帧中的一半时隙。用示波器观察34P01和34P04两点波形，比较译码后的信号与输入正弦波是否一致。.语音信号PCM编码、译码试听将拨码器4SW02设置为“01000”，此时PCM编码时钟为64KHZ。18现代通信技术实验平台说明书用专用导线将P05（用户电话语音信号发送输出）与34P01（模拟信号的输入）连接；34P04（译码输出的模拟信号）与P14连接，34P02（编码输出）与34P03（译码输入）相连。对着用户电话话筒讲话，在扬声器中试听，直观感受PCM编码译码的效果（接收滤波器截止频率设为2.6KHZ）。.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求.当输入的模拟信号的幅度调节为0时，画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系。.观察正弦波（通常频率设为2KHZ或1KHZ,峰峰值0V〜4V）的编码波形，读出正弦波的峰峰值及对应的编码数据（每组四个点，至少记录6-10组峰峰值及对应的编码数据）；设计表格，记录实验数据并做分析，得出你的结论。.写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。19现代通信技术实验平台说明书实验3FSK(ASK)调制解调实验一、实验目的.掌握FSK(ASK)调制器的工作原理及性能测试；.掌握FSK(ASK)锁相解调器工作原理及性能测试；.学习FSK(ASK)调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。二、实验仪器.信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制模块，位号：A,B位.FSK解调模块，位号：C位.时钟与基带数据发生模块，位号：G位.100M双踪示波器三、实验原理数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。(一)FSK调制电路工作原理FSK的调制模块采用了可编程逻辑器件+D/A转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成ASK,FSK调制，还可以完成PSK,DPSK,QPSK,OQPSK等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ASK,FSK调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。图6-1FSK调制电路原理框图20现代通信技术实验平台说明书图6-1中，基带数据时钟和数据，通过JCLK和JD两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成ASK或FSK的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过D/A器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。ASK/FSK系统中，默认输入信号应该为2K的时钟信号，在时钟与基带数据发生模块有2K的M序列输出，可供该实验使用，可以通过连线将时钟和数据送到JCLK和JD输入端。标有ASK.FSK的输出铆孔为调制信号的输出测量点，可以通过按动模块上的SW01按钮，切换输出信号为ASK或FSK，同时LED指示灯会指示当前工作状态。（二）FSK解调电路工作原理图6-2FSK锁相环解调器原理示意图FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图6-2所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片MC4046。其中，压控振荡器的频率是由17C02.17R09.17W01等元件参数确定，中心频率设计在32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。四、各测量点和可调元件的作用.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块（A、B位）L01：指示调制状态，L01亮时，ASK,FSK铆孔输出ASK调制信号；L02：指示调制状态，L02亮时，ASK,FSK铆孔输出FSK调制信号；21现代通信技术实验平台说明书JCLK：2K时钟输入端；JD：2K基带数据输出端；ASK、FSK：FSK或ASK调制信号输出端；SW01：调制模式切换按钮。.FSK解调模块(C位)17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器；17P01：FSK解调信号输入铆孔；17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz,若有偏差，可调节电位器17W01；17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。五、实验内容及步骤1.插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制A、BFSK解调模块C噪声模块E对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2.信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接:源端目的端连线作用4P01(G)JD(AB)为FSK调制输入2K的15位m序列；4P02(G)JCLK(AB)为FSK调制输入2K的基带时钟；ASK、FSK(AB)3P01(E)将调制输出送入噪声模块，为FSK调制后信号加噪；3P02(E)17P01(D)将加噪后的调制信号送入FSK解调输入模块；.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.实验设置设置拨码器4SW02(G)为“00000”，则4P01产生2K的15位m序列输出，4P02产22现代通信技术实验平台说明书生2K的码元时钟。按动SW01(AB)按钮，使L02指示灯亮，“ASK、FSK"铆孔输出为FSK调制信号。.FSK调制信号波形观察用示波器通道1观测“4P01”(G),通道2观测“ASK、FSK”(A&B),调节示波器使两波形同步，观察基带信号和FSK调制信号波形，分析对应“0”和“1”载波频率，记录实验数据。.FSK解调观测・无噪声FSK解调(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的FSK调制信号不加入噪声。(2)用示波器分别观测JD(AB)和17P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。两路数据是否有延时，分析其原理。(3)调节解调模块上的17W01(C)电位器，使压控振荡器锁定在32KHz，同时注意对比JD(AB)和17P03(C)的信号是否相同。・加入噪声FSK解调(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下，逐渐调节3W01(E),使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比(S/N),观察解调信号波形是否还能保持正确。(2)用示波器观察3P01(E)和3P02(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。.ASK调制解调观测ASK调制解调操作和FSK操作类似，不同点在于需调整SW01(AB),使L01指示灯亮，则“ASKFSK”输出为ASK调制。其他操作和测量参考FSK调制解调完成。.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求.根据实验的连线关系，画出实验结构示意图。.画出FSK、ASK各主要测试点波形。.分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，这种解调方式在什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题？23现代通信技术实验平台说明书现代通信技术实验平台说明书实验4PSKDPSK调制解调实验一、实验目的.掌握PSKDPSK调制解调的工作原理及性能要求；.进行PSKDPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法;.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。二、实验仪器.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制，位号：A、B位.PSK/QPSK解调模块，位号：C位.时钟与基带数据发生模块，位号：G位.复接/解复接、同步技术模块，位号：I位.100M双踪示波器1台.信号连接线6根三、实验原理（一）PSK、DPSK调制电路工作原理PSK和QPSK采用了和FSK相同的实验模块：“信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制”模块，该模块由于采用了可编程的逻辑器件，因此通过切换内部的编程单元，即可输出不同的调制内容，PSK,DPSK调制电路原理框图如下如所示：图7-1PSK、DPSK调制电路原理框图图7-1中，基带数据时钟和数据，通过JCLK和JD两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成PSK和DPSK的调制，因为可编程逻辑器件为现代通信技术实验平台说明书纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过D/A器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入跟随器，完成了整个调制系统。PSK/DPSK调制系统中，默认输入信号应该为32K的时钟信号，在时钟与基带数据发生模块有32K的M序列输出，可供该实验使用，可以通过连线将时钟和数据送到JCLK和JD输入端。标有PSK.DPSK个输出铆孔为调制信号的输出测量点，可以通过按动模块上的SW01按钮，切换PSK.DPSK铆孔输出信号为PSK或DPSK，同时LED指示灯会指示当前输出内容的工作状态。2.相位键控解调电路工作原理二相PSK（DPSK）解调器电路采用科斯塔斯环（Constas环）解调，其原理如图7-2所示。抽样判决38U02C38P02*o解调输出Costas环vcoK/38W0174LS124＞低通滤波器抽样判决38U02C38P02*o解调输出Costas环vcoK/38W0174LS124＞低通滤波器A38TP03X3凶-38U02D低通滤波器38TP0138TP0238P01CM整形放大器7-2解调器原理方框图1）解调信号输入电路输入电路由晶体三极管跟随器和运算放大器38U01组成的整形放大器构成，采用跟随器是为了发送（调制器）和接收（解调器）电路之间的隔离，从而使它们工作互不影响。放大整形电路输出的信号将送到科斯塔斯特环。由于跟随器电源电压为5V,因此输入的PSK已调波信号幅度不能太大，一般控制在1.8V左右，否则会产生波形失真。2）科斯塔斯环提取载波原理（原理中标号参见原理图）PSK采用科斯塔斯特环解调，科斯塔斯特环方框原理如图7-3所示。现代通信技术实验平台说明书图7-3科斯塔斯特环电路方框原理如图科斯塔斯特环解调电路的一般工作原理在《现代通信原理》第三版（电子工业出版社2009年）等教科书中有详细分析，这儿不多讲述。下面我们把实验平台具体电路与科斯塔斯特环方框原理图作一对比，讲述实验平台PSK解调电路的工作原理。解调输入电路的输出信号被加到模拟门38U02C和38U02D构成的乘法器，前者为正交载波乘法器，相当于图7-3中的乘法器2,后者为同相载波乘法器，相当于框图中乘法器1。38U03A,38U03D及周边电路为低通滤波器。38U04，38U05为判决器，它的作用是将低通滤波后的信号整形，变成方波信号。PSK解调信号从38U05的7脚经38U07A.D两非门后输出。异或门38U06A起模2加的作用，38U07E为非门，若38U06A3两输入信号分别为A和B，因A㊉B=AxB（A、B同为0除外，因A与B正交，不会同时为0）因此异或门与非门合在一起，起乘法器作用，它相当于图8-3框图中的乘法器3。38U710为压控振荡器（VCO），74LS124为双VCO，本电路仅使用了其中一个VCO，环路滤波器是由38R20、38R21.38C17组成的比例低通滤波器，VCO控制电压经环路低通滤波器加到芯片的2脚，38CA01为外接电容，它确定VCO自然谐振频率。38W01用于频率微调，38D01，38E03用来稳压，以便提高VCO的频率稳定度。VCO信号从7脚经38C19输出至移相90°电路。科斯塔斯特环中的90°移相电路若用模拟电路实现。则很难准确移相90°,并且相移随频率改变而变化。图8-2电路中采用数字电路实现。非门38U07F,D触发器38U08A.B及周围电路组成数字90°移相器。由于D触发器有二分频作用。所以VCO的锁定频率应为2fc，即VCO输出2048KHZ方波，其中一路直接加到38U08AD触发器，另一路经38U07F反相再加到38U08BD触发器，两触发器均为时钟脉冲正沿触发，由于38U08A的鼠与两D触发器的D端连接。而D触发器Q端输出总是为触发时钟到来前D端状态，根据触发器工作原理和电路连接关系，数字90°移相电路的相位波形图如7-4所示。现代通信技术实验平台说明书VCO输出e38U08A频率为2048KHzVCO输出e38U08A频率为2048KHz频率为1024KHz38U08Be图7-490度数字移相器的波形图从图看出，38U08B的e端输出波形超前38U08A的e端90度，并且频率为1024KHZ，因此38U08B的e端输出为同相载波，38U08A的e端输出为正交载波。由于科斯塔斯特环存在相位模糊，解调器可能会出现反向工作。在PSK解调时38K01.38K02置于的1、2位（插在左边），分别把科斯塔斯特环提取的正交载波及同相载波接到两正交解调器；从而实现科斯塔斯特环的闭环控制。当38K01.38K02置于的2.3位（插在右边），将用于四相解调，将在下节讲述。若38K01.38K02的抻塞均拔掉，则科斯塔斯特环处于开环状态，可用于开环检查，便于环路各部件故障压缩和分析。四、各测量点及可调元件的作用.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块（底板A、B位）L01：指示调制状态，L01亮时，PSK,DPSK铆孔输出PSK调制信号；L02：指示调制状态，L02亮时，PSK,DPSK铆孔输出DPSK调制信号；JCLK：32K时钟输入端；JD：32K基带数据输出端；基带输出：基带绝对码或相对码输出；PSK、DPSK：PSK或DPSK调制信号输出端；SW01：调制模式切换按钮。.PSKQPSK解调模块（底板C位）38W01：载波提取电路中锁相环压控振荡器频率调节电位器。38P01：PSK、QPSK待解调信号输入铆孔。38K01：解调载波选择开关:插在左边为PSK正交载波，插在右边为QPSK正交载波（F9O）38K02：解调载波选择开关：插在左边为PSK同相载波，插在右边为QPSK同相载波（FO）38TP01：锁相环压控振荡器2.048MHz载波信号输出。建议用频率计监视该测量点上的现代通信技术实验平台说明书信号频率，有偏差时可调节38W01,PSK解调时，当其准确而稳定地锁定在2.048MHz,则可解调输出数字基带信号。38TP02：频率为1.024MHz的正交载波（方波）输出信号。38TP03：频率为1.024MHz的同相载波（方波）输出信号。38P02：PSK解调输出/QPSK解调I路输出铆孔。PSK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DPSK方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。38P03：QPSK解调Q路输出铆孔。.复接/解复接、同步技术模块（底板I位）39SW01：功能设置开关。设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。39P01：外加基带信号输入铆孔。39P07：相绝码转换输出铆孔。五、实验内容及步骤1.插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制A、BPSK.QPSK解调模块C噪声模块E复接/解复接同步技术模块I对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2.信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接:源端目的端连线作用4P01(G)JD(AB)为PSK调制输入32K的15位m序列；4P02(G)JCLK(AB)为PSK调制输入32K的基带时钟；PSK、DPSK(AB)3P01(E)将调制输出送入噪声模块，为PSK调制后信号加噪；3P02(E)38P01(D)将加噪后的调制信号送入PSK解调输入模块；现代通信技术实验平台说明书.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.实验内容设置拨码器“4SW02"(G)设置为“00001"，4P01产生32K的15位m序列输出；按动SW01(AB)按钮，使“L01”指示灯亮，“PSKDPSK”输出为PSK调制；将“PSKQPSK解调模块”两个跳线(38K01和38K02)开关插到左侧，选择PSK解调模式。(一)PSK调制/解调实验.PSK调制信号观测用示波器通道1接JD(AB),用示波器通道2接“PSKDPSK”(AB),分别观测32K基带信号数据和PSK调制信号，记录实验结果。分析PSK调制的相位情况。.PSK解调后信号观测：无噪声PSK解调观测(1)调节3W01(E),使3TP01信号幅度为0,即传输的PSK调制信号不加入噪声。(2)用示波器分别观测JD(AB)和38P02(C),对比调制前基带数据和解调后基带数据。(3)缓慢调节解调模块上的VCO(C)电位器，调整锁相环输出同步载波，同时注意对比JD(AB)和38P02(C)的信号是否相同或反向，相同则说明解调正确，反向则是出现了相位模糊(倒pi)的情况。分析相位模糊的原因，思考怎么解决？有噪声PSK解调观测(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下，逐渐调节3W01(E),使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比(S/N),观察解调信号波形是否还能保持正确。(2)用示波器观察3P01(E)和3P02(E),分析加噪前和加噪后信号有什么差别。(二)DPSK调制/解调实验.DPSK调制解调设置保持PSK调制解调设置及连线未修改的情况下，完成下面操作：(1)按动SW01(AB)按钮，使“L02”指示灯亮，“PSKDPSK”输出为DPSK调制；(2)将“功能选择”(I)拨动开关设置为“0010”，则“复掇解复接、同步技术模块”工作在32K时钟下绝对码-相对码模式。(3)使用导线连接“38P02"(C)和“39P01"(I),将解调数据送入绝对码-相对码转换单元。.DPSK调制信号观测(1)用示波器同时观测“4P01”(G)和“基带输出"(AB),分别观察绝对码和相对现代通信技术实验平台说明书码，分析相对码是否正确。（2）用示波器通道1接“DATA”（AB）,用示波器通道2接“PSKDPSK”（AB）,分别观测相对码和PSK调制信号，记录实验结果。可见，DPSK是指在对基带数据进行PSK调制之前完成了绝对码到相对码的转换。.DPSK解调后信号观测无噪声DPSK解调观测（1）调节3W01（E），使3TP01信号幅度为0，即传输的DPSK调制信号不加入噪声。（2）用示波器分别观测JD（AB）和38P02（C），对比调制前基带数据和解调后基带数据。（3）缓慢调节解调模块上的VCO（C）电位器，调整锁相环输出同步载波，同时注意对比“DATA”（AB）和“38P02"（C）的信号是否相同或反向，相同则说明解调正确，反向则是出现了相位模糊（倒pi）的情况。（4）在步骤（3）反向的情况下，用示波器分别观测“4P01”（G）和“39P07"（I），观察绝对码基带数据和解调转换后的绝对码数据是否相同。DPSK是否解决了PSK存在相位模糊的问题？有噪声DPSK解调观测（1）在保持上述连线（无噪声时）不变的情况下，逐渐调节“3W01”（E），使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比（S/N），观察解调信号是否还能保持正确。思考DPSK解调后，当前码元错误是否会对其他码元造成影响，分析DPSK解调的缺点。（2）用示波器观察“3P01”（E）和“3P02”（E），分析加噪前和加噪后信号有什么差别。5.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求.根据连线关系，画出PSK、QPSK实验方框图。.简述PSK、DPSK调制解调电路的差异及工作原理。.根据实验测试记录画出调制解调器各测量点的信号波形，并给以必要的说明（波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系等）。.运用quartusII软件，verilogHDL语言或图形法设计产生绝相转换、相绝转换电路。写出你设计过程和仿真结果。现代通信技术实验平台说明书现代通信技术实验平台说明书实验5位同步提取实验一、实验目的.掌握数字基带信号的传输过程；.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。二、实验仪器.复接/解复接、同步技术模块，位号I.时钟与基带数据发生模块，位号：G.信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制，位号：A、B位.PSKQPSK解调模块，位号C.100M双踪示波器1台.信号连接线4根三、实验原理数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。在本实验中主要分析位同步。实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法；另一类是自同步法。所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。所谓自同步法，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的码元同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。这种方法大致可分为滤波法和锁相法。滤波法是利用窄带滤波器对含定时信息的归零二进制序列（通常占空比为50%）进行滤波，从中滤出所要的位同步分量，并整形、移相等处理，即可得到规则的位同步脉冲信号，但对于无定时信息的非归零二进制序列，则先要进行微分和整流等变换，使之含有定时信息后，才能用窄带滤波器实施滤波。锁相法是指利用锁相环来提取位同步信号的方法，本实验平台选用锁相法进行位同步提取的。锁相法的基本原理是，在接收端采用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，如两者相位不一致，则鉴相器输出误差信号去控制本地位同步信号的相位，直至本地的位同步信号的相位与接收信号的相位一致为止。数字锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号不是模拟信号，因而受控的输出相位的改变是离散的而不是连续的；常用的数字现代通信技术实验平台说明书锁相环的原理方框图如图9-1所示。同步脉冲输出图9-1数字锁相法同步时钟提取原理框图框图说明：.设要提取的同步时钟频率为f,则要求晶体振荡器的振荡频率为mf赫兹，其中m为分频器的分频系数。.窄脉冲形成器的作用是将振荡波形变成窄脉冲。图中两个窄脉冲形成电路的输出信号要求刚好相差180。。.添门为常闭门，在没有滞后脉冲控制时，此门始终关闭，输出低电平；扣门为常开门，若无超前脉冲控制时，则来自晶体振荡器的脉冲信号顺利通过扣门。晶振信号（频率为mf赫兹）经过或门到达m分频器，输出频率为f赫兹的脉冲信号。该信号再经过脉冲形成电路，输出规则的位同步脉冲信号。.比相器的功能是比较接收码元与m分频器输出信号（即本地时钟信号）之间的相位关系，若本地时钟信号超前于接收码元的相位，则比相器输出一个超前脉冲，加到扣门，扣除一个晶振脉冲，这样分频器的输出脉冲的相位滞后了1/m周期。若本地时钟信号的相位滞后于接收码元的相位，比相器输出一个滞后脉冲，加到添门，控制添门打开，加入一个晶振脉冲到或门。由于加到添门的晶振信号与加到扣门的晶振信号的相位相差兀，即这两路晶振信号脉冲在时间上是错开的，因此当从添门加入一个晶振脉冲到或门时，相当于在扣门输出的晶振信号中间插入了一个窄脉冲，也就使分频器输入端添加了一个脉冲，这样分频器输出相位就提前了1/m周期。整个数字锁相环路按上述方式，反复调整本地时钟相位，以实现位同步。从图9-2中，可清楚地理解添扣脉冲的原理。现代通信技术实验平台说明书图9-2添扣脉冲原理框图至于数字锁相环的种类，目前比较统一的做法是按数字鉴相器的实现方法来对数字锁相环进行分类，通常分为下面四类：触发器型数字锁相环®F-DPLL）、奈奎斯特型数字锁相环（NR、DPLL）、过零检测式数字锁相环（ZC-DPLL）、超前滞后型数字锁相环（LL、DPLL）。若从取样或者等效取样观点看，在第一、三、四类中输入信号相位是以受控的本地时钟相位为基准而确定的，本地时钟在受控过程中是变化的，因而属于非均匀取样的形式。而在第二类中则不同，鉴相器输入信号相位是以固定速率的时钟信号为基准来确定的，属于均匀取样的形式。位同步系统的性能通常是用相位误差、建立时间、保持时间等指标来衡量。具体内容这里不详细解释，请查看有关资料。本实验中运用CPLD芯片EPM240编程实现数字锁相环功能，待提取同步时钟的基带信号由39P01铆孔输入。其结构框图如下图9-3：图9-3位同步时钟提取实验结构框图如图9-3所示，上述基带信号由39P01输入后，至位同步恢复与信码再生电路，进行位同步提取、信码再生功能。测量点有39P06.39P07,其中39P06是同步时钟提取输出铆孔，39P07是信码再生基带信号输出铆孔。现代通信技术实验平台说明书四、各测量点和可调元件作用复接/解复接、同步技术模块39SW01：功能设置开关。设置“0001”，为2K基带数据的同步时钟提取、再生功能。设置“0011”，为32K基带数据的同步时钟提取、再生功能39P01：外加基带信号输入铆孔。39P06：提取同步时钟输出铆孔。39P07：再生基带数据输出铆孔。五、实验内容及步骤1.插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制A、BPSK.QPSK解调模块C噪声模块E复接/解复接同步技术模块I对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2.信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接:源端目的端连线作用4P01(G)JD(AB)为PSK调制输入32K的15位m序列；4P02(G)JCLK(AB)为PSK调制输入32K的基带时钟；PSK、DPSK(AB)3P01(E)将调制输出送入噪声模块，为PSK调制后信号加噪；3P02(E)38P01(C)将加噪后的调制信号送入PSK解调输入模块；38P02(C)39P01(I)将解调后的数据送入码元同步输入端。.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.实验内容设置拨码器“4SW02"（G）设置为“00001"，4P01产生32K的15位m序列输出；拨码器“39SW01"（I）设置为“0011”，“复接/解复接、同步技术模块”工作在32K码元同步功能；现代通信技术实验平台说明书按动SW01（AB）按钮，使“L01”指示灯亮，“PSKDPSK”输出为PSK调制；将“PSKQPSK解调模块”两个跳线（38K01和38K02）开关插到左侧，选择PSK解调模式。.数字同步各测量点信号波形观察（1）按前面PSK实验，调整好电路状态，特别注意使“4P01”（G）与“38P02"（C）两点波形一致（可以反相），若不一致应调整38W01电位器。（2）用示波器观测“39P06"（I）和“39P07"（I），记录提取的同步时钟和同步后的信号；（3）用示波器观测“38P02"（C）和39P07"（I）,对比同步前和同步后的数据（可以减小示波器的扫描时间，观察波形细节），分析其差别。同步前码元相对时钟会有抖动，同步后的码元和时钟完全同步。.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求.简述它的工作原理及工作过程。.根据测量结果，画出各点波形。.MS-51单片机编程实验，实现一个固定速率数字基带序列的同步时钟提取功能。现代通信技术实验平台说明书实验6眼图观察测量实验一、实验目的.学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。二、实验仪器.眼图观察电路（底板右下侧）.时钟与基带数据发生模块，位号：G.噪声模块，位号E.100M双踪示波器1台三、实验原理在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。什么是眼图？所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。在图10-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真（码间串扰）。图10-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图10-2的形状。由此图可以看出：（1）最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；（2）眼睛闭合的速现代通信技术实验平台说明书率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感;⑶在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图10-3所示。衡量眼图质量的几个重要参数有：.眼图开启度(U-2AU)/U指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。图10-1无失真及有失真时的波形及眼图(a)无码间串扰时波形；无码间串扰眼图(b)有码间串扰时波形；有码间串扰眼图图10-2 眼图的重要性质

现代通信技术实验平台说明书其中U=U+U+ -.“眼皮”厚度2AU/U指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。.交叉点发散度^T/T指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。.正负极性不对称度指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。在图10-3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成PSK解调输出基带信号的眼图观测实验。(b)随机数据输入后的二进制系统(b)随机数据输入后的二进制系统图10-3实验室理想状态下的眼图四、各测量点和可调元件作用底板右下侧“眼图观察电路”W06：接收滤波器特性调整电位器。P16：眼图观察信号输入点。P17：接收滤波器输出升余弦波形测试点(眼图观察测量点)。五、实验步骤1.插入有关实验模块：在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块:模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G噪声模块E对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆现代通信技术实验平台说明书口一致。2.信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接:源端目的端连线作用4P01(G)3P01(E)将待传输的码兀数据送入高斯白噪声信道；3P02(G)P16(底板)将经过加噪后的信号送入眼图观察电路；.加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。.实验内容设置拨码器“4SW02"(G)设置为“00011"，4P01产生32K的511位m序列；.眼图观测(1)用示波器的一根探头CH1放在“4P02”(G)上，另一根探头CH2放在“P17”(底板)上，选择示波器触发方式为CH1。(2)调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1.0交替码产生。无噪声眼图波形观察(1)调节3W01(E)电位器，将3TP01噪声电平调为0,使传输信道无噪声；(2)调整接收滤波器”，(⑼(这里可视为整个信道传输滤波器”(①))的特性，使之构成一个等效的理想低通滤波器⑼观看眼图，调整电位器W06直到眼图矗的过零点位置重合、线条细且清晰，此时的眼图为无码间串扰、无噪声时的眼图。在调整电位器W06过程中，可发现眼图波形过零点线条有时弥散，此时的眼图为有码间串扰、无噪声时的眼图，并且线条越弥散，表示码间串扰越大；在调整过程中，还可发现W06在多个不同位置，眼图波形的过零点都重合，由于W06不同位置，对应H(①)的不同特性，它正好验证了无码间串扰传输特性不是唯一的。有噪声时眼图波形观察调节3W01(E),逐渐增加噪声电平。在增大噪声电平的过程中，注意观察眼图的形状变化，分析噪声电平对眼图的影响，反过来通过不同状态的眼图，分析当前传输信道的噪声。调整眼图电路参数后眼图观察调节W06(底板)电位器，改变眼图信道传输滤波器的带宽，在调整过程中，分析信道带宽对眼图电路的影响，并结合眼图理论分析带宽、码间串扰.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。现代通信技术实验平台说明书六、实验报告要求.分析电路的工作原理，叙述其工作过程。.叙述眼图的产生原理以及它的作用。现代通信技术实验平台说明书实验7基带信号的常见码型变换实验一、实验目的.熟悉RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST码型变换原理及工作过程；.观察数字基带信号的码型变换测量点波形。二、实验仪器.时钟与基带数据发生模块，位号：G.20M双踪示波器1台三、实验工作原理在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：1）相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；2）便于从信号中提取定时信息；3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；5）编译码设备要尽可能简单单极性不归零码（NRZ码）单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。「1 0 1 0 0 1 1 0E 图1