通信原理实验指导讲义

1、通信系统原理实验目录实验一信号源及终端实验1实验二脉冲编码调制与解调实验5实验三时分复用与基带传输系统实验14实验四相移键控调制实验16实验五相移键控解调实验20实验六码型变换实验22实验一 信号源及终端实验一、实验目的1、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2、熟练掌握信号源模块的使用方法。3、了解终端在整个通信系统中的作用。二、实验内容1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示。2、观察点频方波信号的输出。3、观察点频正弦波信号的输出。4、拨动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出。5、观察位同步信号和帧同步信号的输出。6、将原始数字基带信号和接收到的数字信号送入终端模

2、块，观察发光二极管的显示，判断是否出现误码。三、实验仪器1、信号源模块 2、20M双踪示波器 一台3、连接线 若干四、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分图1-1 模拟信号源部分原理框图模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz1KHz）、方波（频率变化范围100Hz10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz1KHz）以及32KHz、64KHz的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1所示。在实验

3、前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U04,并存放在固定的地址中。当单片机U03检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U01中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管SM01SM04显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U04中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A转换器U05和开关电容滤波器U06后得到所需模拟信号。2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由

4、U01来完成，通过拨码开关SW04、SW05可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2所示。图1-2 数字信号源部分原理框图晶振出来的方波信号经3分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到1024KHz、256KHz、64KHz、32KHz、8KHz的方波以及8KHz的窄脉冲信号。可预置分频器的分频值可通过拨码开关SW04、SW05来改变，分频比范围是19999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生以24位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码

5、型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA等实验中，NRZ码将起到十分重要的作用。3、终端数字部分本实验中数字基带信号的接收与发送均为串行通信，每一帧为24位。实验时将接收到的数字信号、位同步信号、帧同步信号分别从输入点“DATA2”、“BS2”、“FS2”送入U04，它为一可编程逻辑器件，通过其经串/并转换后由发光二极管D25D48分别显示；然后再将原始数字基带信号、位同步信号、帧同步信号分别从输入点“DATA1”、“BS1”、“FS1”送入U04，经串/并转换后由发光二极管D01D24分别显示。通过比较这两组发光二极管的亮灭情况，就可以直观判断

6、接收到的数字信号是否出现了误码。两组数字信号的串/并转换均在U04内部完成，其工作原理如下：以位同步信号为时钟，数字信号逐位移入三片串联的74164（八位移位寄存器，三级串联后可保存24位数据），三片74164的输出脚分别连至三片74374（八上升沿D触发器）的输入端，当帧同步信号的上升沿到来时，一帧完整的数字信号（24位）恰好全部移入三片74164，此时三片74374开始读数，24位数字信号被读入24个D触发器的D端。因为帧同步信号的高电平维持时间小于一位码元的宽度，所以帧同步信号每来一个上升沿时，74374只能从外部读入一位数据，其它时间处于锁存状态，从而避免了数据的错误读写。读入D端的数

7、据在触发器时钟的控制下从 Q端输出驱动发光二极管，从而实现数据传输的串/并转换。同理，实现数据传输的并/串转换也采用类似的电路，在此不再重述。特别值得注意的是，送入终端模块的数字信号必须是以24位为一帧的周期性信号。五、实验步骤示波器校准：用（2Vp-p,1KHz）信号校正测试棒及示波器的灵敏度。1、将信号源模块、终端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，再按下开关POWER1、POWER2，发光二极管LED01、LED02发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（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

8、 ）3、模拟信号源部分观察“32K正弦波”和“64K正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。按下“复位”按键使U03复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED07灭，数码管SM01SM04显示“2000”。按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭），此时信号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输出信号的

9、频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度最大可达5V以上。（注意:发光二极管LED07熄灭，转动旋转编码器时，频率以1Hz为单位变化；按一下旋转编码器，LED07亮，此时旋转旋转编码器，频率以50Hz为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07熄灭，频率再次以1Hz为单位变化）将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。电位器W02用来调节开关电容滤波器U06的控制电压，电位器W01用来调节D/A转换器U05的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4、数字信号源部分拨码开关SW04、S

10、W05的作用是改变分频器的分频比（以4位为一个单元，对应十进制数的1位，以BCD码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是19999，所以位同步信号频率范围是200Hz2MHz。例如，若想信号输出点“BS”输出的信号频率为15.625KHz，则需将基频信号进行128分频，将拨码开关SW04、SW05设置为00000001 00101000（表示4位0128），就可以得到2000KHz/128=15.625KHz的方波信号。拨码开关SW01、SW02、SW03的作用是改变NRZ码的码型。1位拨码开关就对应着NRZ码中的一个码

11、元，当该位开关往上拨时，对应的码元为1，往下拨时，对应的码元为0。将拨码开关SW04、SW05设置为00000001 00101000，SW01、SW02、SW03设置为11110000 11001100 10101010，观察BS、2BS、FS、NRZ波形。改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。 观察1024K、256K、64K、32K、8K各点波形（由于时钟信号为晶振输出的24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。 观测伪随机序列：PN15、PN31及PN511,记录PN15波

12、形。六、输入、输出点参考说明模拟输出：波形种类、幅度、频率均可调节。各种波形的频率变化范围如下：正弦波：100Hz10KHz；三角波：100Hz1KHz锯齿波：100Hz1KHz；方 波：100Hz10KHz32KHz正弦波：31.25KHz正弦波输出点。（幅度最大可达5V以上）64KHz正弦波：62.5KHz正弦波输出点。（幅度最大可达5V以上）数字输出：Z8K：7.8125KHz窄脉冲输出点。8K：7.8125KHz方波输出点。32K：31.25KHz方波输出点。64K：62.5KHz方波输出点。256K：250KHz方波输出点。1024K：1000KHz方波输出点。BS：位同步信号输出点

13、。（方波，频率可通过拨码开关SW04、SW05改变）2BS：2倍位同步信号频率方波输出点。FS：帧同步信号输出点。（窄脉冲，频率是位同步信号频率的二十四分之一）NRZ：24位NRZ码输出点。（码型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变，码速率和位同步信号频率相同）D0-D7：预留端口，便于二次开发实验自行开发。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，记录下列要求的各测量点的波形图，并分析实验现象：32KHz正弦波测试点输出波形；模拟输出：2KHz正弦波，1KHz三角波；示波器双踪观察BS、FS，比较二者之间的频率关系；NRZ点波形，并比较其与SW0

14、1、SW02、SW03之间的关系；1024KHz测试点输出波形；PN15点信号波形。要求标出：波形图的纵、横坐标轴，波形幅度、周期实验二 脉冲编码调制与解调实验一、实验目的 1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。2、定量分析并掌握模拟信号13折线A律编码方法。3、了解大规模集成电路TP3067的使用方法。二、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。2、改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。三、实验仪器1、信号源模块2、模拟信号数字化模块3、20M双踪示波器 一台4、连接

15、线 若干四、实验原理先规定模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。如果发送端用预的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。发送端接收端模拟信源抽样器预滤波器模拟终端波形编码器量化、编码数字信道波形解码器重建滤波器抽样保持、低通脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。脉码系统原理框图如图2-1所示。图2-1 PCM 系统原理框图PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把

16、时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在3003400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示。国际电报电话咨询委员会（ITU-T）详细规

17、定了它的指标，还规定比特率为64kb/s，使用A律或律编码律。下面将详细介绍PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面实验中详细讨论过，故在此只讲述量化及编码的原理。1、量化从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图8-2所示，量化器Q输出L个量化值，k=1，2，3，L。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为：模拟输入入量化器量化值这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。图2-2 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，我们先讨论均匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距

18、离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图2-3所示。其量化间隔（量化台阶）取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当输入信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定。例如，输入信号的最小值和最大值分用a和b表示，量化电平数为M，那么，均匀量化的量化间隔为：0 量化误差 信号实际值信号量化值图2-3 均匀量化过程示意图量化器输出为： 当式中为第个量化区间的终点，可写成:为第个量化区间的量化电平，可表示为 上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时

19、的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中

20、，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本实验模块中所用到的PCM编码芯片TP3067正是采用这种压扩特性来进行编码的。表2-

21、1列出了13折线时的值与计算值的比较。表 2-10101按折线分段时的01段落12345678斜率16168421表中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。2、编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。本实验模块中的编码芯片TP

22、3067采用的是逐次比较型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。表2-2 段落码 表2-3 段内码段落序号段落码量化级段内码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（

23、第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2-2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表2-3。可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。帧同步信号为8KHz，每帧32个时隙。模拟信号在编码电路中，

24、经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。该特定的时隙可供一个PCM8位码，所以其编码速率为64kb/s。具体电路图如图2-5所示。， 图2-5 PCM编译码电路原理图五、实验步骤1、将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接

25、触良好。2、 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的相应开关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，三个模块均开始工作。（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、对任意频率、幅度的模拟信号脉冲编码调制与解调实验（1）将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为0000000 0000001（1分频）；模拟信号数字化模块中拨码开关S1设置为0000；“编码幅度”电位器（标号为P06）逆时针旋转到顶。（2）编码：将信号源模块产生的正弦波信号（频率为1.5KHz，峰-峰值

26、为2V）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“64K”、“8K”、“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“CLKB-IN”、“FramB-IN”、“2048K-IN”连接，双踪观察信号编码输出点“PCMB-OUT”和FramB-IN的波形。（3）译码：断电，再连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，比较基带模拟信号S-IN与译码输出点“JPCM”输出的波形。（4）改变输入正弦信号的频率观察“JPCM”的在0-4000Hz之间的变化情况。然后，记录信

27、号频率大于3400Hz或小于100Hz时，观察点“JPCM”、“S-IN”端口的波形。（5）将正弦信号频率调节在400-700Hz附近，改变输入正弦信号的幅度至最大（可调节“编码幅度”旋钮），改变输入信号幅度，分别使其峰-峰值大于5V，将示波器探头分别接在信号输出点 “S-IN” 和“JPCM”上，观察“过载”时的脉冲幅度调制和解调的波形，并记录下来。4、用模拟示波器定量观察PCM八位编码实验（1）断电，拆除所有连线，将模拟信号数字化模块中拨码开关SW01设置为1111。（2）编码：观察2KHz基带信号“S-IN2”、 8KHz帧同步信号 “FRAMB-IN”、64KHz编码时钟信号“CLKB

28、-IN”与PCM编码信号“PCMBOUT”的波形，调节“编码幅度”电位器，分析PCM八位编码的性极码、段落码与段内码随基带信号幅值大小的变化而变化的情况（建议：以帧同步为示波器的同步触发源，调节时基灵敏度和扫描微调等旋钮，使一个帧周期占4格，这样易于观察8位PCM编码）。（3）译码：断电，连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”, “PCMB-OUT”和“PCM2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”。观察并比较基带模拟信号“SIN2”和输出点“JPCM”的译码波形。注：实验完后必将拨码开关S1重新设置为0000。六、输入、输出点参考说明1、 输入点参考说明2048K-IN：P

29、CM所需时钟信号输入点。S-IN：模拟信号输入点（基带信号）。CLKB-IN：PCM编码所需时钟信号输入点。FRAMB-IN：PCM编码帧同步信号输入点。PCM2-IN：PCM解调信号输入点。（用数字示波器观察）CLK2-IN：PCM解码所需时钟信号输入点。FRAM2-IN：PCM解码帧同步信号输入点。2、 输出点参考说明SIN2： 2KHz基带信号测试点。JPCM：PCM解调信号输出点。PCMB-OUT：脉冲编码调制信号输出点。（用数字示波器观察）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，并尝试画出本实验的电路原理图。2、根据实验测试，记录以下要求的各测量点的波形图，并分析

30、实验现象：步骤3中：示波器双踪观察S-In,JPCM；先将输入信号频率调节至300-3400Hz频段内，再将信号频率调节在此频段之外，分别用示波器双踪观察S-In,JPCM，分析观察现象；将输入信号频率调节至700Hz附近，改变输入信号幅度至最大，示波器双踪观察S-In,JPCM，分析观察现象；步骤4中：示波器双踪观察FramB-In,PcmB_out，解读出8位PCM编码；示波器双踪观察S-In2,JPCM；八、实验思考题TP3067PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给TP3067提供2.048MHz的时钟？实验三 时分复用与基带传输系统实验一、实验目的1、

31、理解基带传输系统的工作过程。2、理解时分复用的概念及时分复用与解复用系统的构成及工作原理。3、了解时分复用在整个通信系统中的作用。二、实验内容1、观察语音信号波形；2、观察对两路信号进行PCM编码，译码后的波形。3、观察对两路信号经过时分复用、解利用后的波形。2、观察随机信道对通信系统的影响。三、实验仪器1、电话接口及计算机数据通信模块或终端模块2、时分复用模块，3、模拟信号数字化模块，4、信道模拟模块，5、20M双踪示波器6、连接线， 7、电话机或耳机、麦克风四、实验原理1、时分复用在实际的通信系统中，为了提高通信系统的利用率，往往用多路通信的方式来传输信号。所谓多路通信，就是指把多个不同信

32、源所发出的信号组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在收端再将它分离并将它们相应接收。时分复用就是一种常用的多路通信方式。时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。图6-1表示的是两个基带信号在时间上交替出现。显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用的概念。此外，时分复用

33、通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。然而，时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必须在每帧内加上标志信号（即帧同步信号）。它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。采用时分复用的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。原则上是把一定路数电话语音

34、复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速的数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。图6-1 两个信号的时分复用在本实验中，第一路模拟信号送入时分复用模块，第二路模拟信号送入模拟信号数字化模块，分别在这两个模块中进行PCM编码，得到两路PCM码（PCMA和PCMB-OUT），再和时分复用模块产生的帧同步码进行时分复用，得到包含四路数据（第四路为空数据）、一帧为32位的时分复用信号，其复用部分的原理框图如图17-2。图6-2 时分复用原理框图由图6-2可见，时分复用是通过时钟信号对移位寄存器构成的并/

35、串转换电路的输出信号轮流进行选通而实现的，时分复用输出信号的位同步信号的频率为CLKB-OUT的四倍，帧同步信号的频率为位同步信号的三十二分之一。时分复用输出信号每一帧由32位组成，其帧结构如图17-3所示，拨码开关SW01可设置帧同步码的码型。数据1数据201110010数据1数据20111001000000000000000008位全零8位8位8位全零8位8位帧同步码帧同步码图6-3 时分复用输出信号帧结构复用信号通过解复用电路还原出两路PCM编码信号，分别送入时分复用模块和模拟信号数字化模块进行PCM译码输出，得到的两路信号分别与输入信号相同。图17-4是解复用部分的原理框图。时分复用与

36、解复用的所有功能都是在U01中完成的。图6-4 解复用原理框图在解复用电路中，先通过帧同步信号和位同步信号把四路数据分开，然后通过移位寄存器构成的并/串转换电路输出串行的数据。时分复用和解复用的电路都比较简单，请同学们参照我们提供的原理框图自己分析电路详细的工作过程。2、基带传输系统如框图所示2号号1号号A用户B用户PCM编码PCM解码时分复用解复用信道PCM解码PCM编码A用户B用户解复用时分复用五、实验步骤1、 将信信道模块模块、时分复用模块、模拟信号数字化模块、电话接口及计算机数据通信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，再分别按下几个模

37、块中的相应开关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，三个模块均开始工作。（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、 在电话接口及计算机数据通信模块的水晶头插座上分别接上两部电话机。或者，将两副耳机的两个接头分别插入终端模块的对应插口。4、 将时分复用模块的拨码开关设置成11110010，特别注意要将第1位设置为1，第28位为巴克码1110010（或任意码型），即帧同步信号。再将模拟信号数字化模块SW01设置为0000。5、信号的时分复用实验：按以下连接方式连接终端为电话： 电话接口及计算

38、机数据通信模块模拟信号数字化模块TEL1TX S-IN TEL2RX JPCM电话接口及计算机数据通信模块时分复用模块 TEL2TX SININ TEL1RX SINOUT终端为耳机、麦克风： 终端模块1 模拟信号数字化模块 TOUT1 S-IN RIN JPCM终端模块2 时分复用模块 TOUT1 SININ RIN SINOUT时分复用模块模拟信号数字化模块工作信号：FRAMEB-OUTFRAME-INCLKB-OUTCLKB-IN2048K-OUT2048K-IN2路信号复用输入：DATA2-INPCMB-OUT：2路信号编码输出2路信号解复用输出：DATA2PCM2-IN：2路信号译码

39、输入BS2CLK2-IN FS2FRAME2-IN时分复用模块自身连接1路信号解复用：DATA1PCM1-IN BS1CLK1-IN FS1FRAME1-IN1路信号解码：DATA1INPCMA 复用与解复用：DATA JDATABSJBS FSJFS此时，将时分复用模块的拨码开关的第1位拨到“1”（即拨上）。6、用示波器观察时分复用模块的2048OUT标准方波信号；CLKBOUT为64KHz的方波信号；FRAMEBOUT为8KHz的方波信号；BS为256KHz的方波信号；FS为8KHz的脉冲信号；BS1与BS2的波形相同，为64KHz的方波信号；FS1与FS2的波形相同，为8KHz的方波信号

40、。7、摘机通信，这时可以听见双方的声音，如果条件不充许，可以按键听键音。8、复用信号的信道模拟实验（1）断开时分复用模拟中的DATA与JDATA的连接，分别连入信道模拟模块的“信道输入”和“输出1”点。（2）调节信道模拟模块的“噪声调节”旋钮，则可以听见电话音有明显的噪声。六、输入、输出点参考说明1、输入点参考说明TEL1RX：电话1接收话音输入；TEL2RX：电话2接收话音输入信道输入：信道输入点2048KIN：PCM所需时钟输入点；Sin-IN：第一路模拟信号输入点。CLKBIN：PCM编码所需时钟输入点；FRAMBIN：PCM编码帧同步输入点；PCM2IN：PCMQE解码信号输入点；CL

41、K2IN：PCM解码所需时钟输入点；FRAM2IN：PCM解码帧同步输入点；DATA1-IN：第一路数据信号输入点；DATA2-IN：第二路数据信号输入点；J-DATA：时分复用信号输入点。J-BS：解复用位同步信号输入点；J-FS：解复用帧同步信号输入点。PCM1-IN：解复用第一路PCM数据信号输入点。CLK1-IN：解复用第一路PCM数据位同步信号输入点。FRAME1-IN：解复用第一路PCM数据帧同步信号输入点。2、输出点参考说明TEL1TX：电话1接收话音输出；TEL2TX：电话2接收话音输出2048K-OUT：TP3067主时钟输出点。CLKB-OUT：PCM码编码位同步信号输出点

42、（64K方波）。FRAMEB-OUT： PCM码编码帧同步信号输出点（8K方波）。DATA：时分复用信号输出点；BS：复用信号位同步信号输出点。FS：复用信号帧同步信号输出点。PCMA：第一路PCM编码信号输出点。DATA1：解复用后第一路数据输出点。BS1：解复用后第一路数据位同步信号输出点。FS1：解复用后第一路数据帧同步信号输出点。JPCM：PCM解调信号输出点DATA2：解复用后第二路数据输出点。BS2：解复用后第二路数据位同步信号输出点。FS2：解复用后第二路数据帧同步信号输出点。Sin-OUT：解复用后第一路PCM译码输出点。BS-OUT和FS-OUT为电话接口及计算机数据通信模块

43、的位同步和帧同步信号输出点。PCMA：脉冲编码调制信号输出点七、实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，画出实验基带通信系统信号流程图。2、 根据实验测试，记录以下要求测量点的波形图，并分析实验现象：示波器双踪观察“CLKB”，“FramEB”波形；示波器双踪观察“CLK1”，“FramEB”波形；“BS1”，“ FS1”波形；示波器双踪观察“CLKB”，“CLK1”波形；“CLKB”，“ BS1”波形；示波器双踪观察“CLKB”，“BS”波形；示波器双踪观察“FramEB”，“FS”波形；示波器双踪观察“BS”，“FS”波形；3、比较单路位同步“CLKB” 、复用“BS”、 复用“FS”频

44、率间的关系，为什么？4、指出哪些是模拟信号，哪些是数字信号。实验四 移相键控调制实验一、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、掌握用键控法产生PSK、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及绝对码波形与2DPSK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。2、观察2PSK、2DPSK信号波形。三、实验仪器1、信号源模块2、数字调制模块3、20M双踪示波器 一台4、连接线 若干四、实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调

45、制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。2PSK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： 其中： 则 2PSK信号是一种双边带信号，比较（1510）式与（153）式可知，其双边功率谱表达式与2ASK的几乎相同，即为： 2PSK信号的谱零点带宽与2ASK的相同，即（Hz） 我们知道，2PS

46、K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： 001

47、11001012DPSK信号相位：000000或： 0 0 0 0 0下图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图 2PSK与2DPSK波形对比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

48、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下图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ITU-T的建议，下图（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

49、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。下图（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 二相调制移相信号矢量图2DPSK的调制原理与2PSK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基带输入”和“PSK载波输入

50、”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS输入”点输入，其原理框图如下图所示：五、实验步骤 1、将信号源模块、数字调制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，再分别按下三个模块中的开关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，三个模块均开始工作。（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、PSK调制实验（1）拨码开关拨至0（PSK），将信号源模块的信号输出点“BS”与数字调制模块的信号输入点“PSK-位同步输入”相连接，将信号源模块经128分频产生

51、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“PSK基带输入”和“PSK载波输入”。用双踪示波器同时观察点“PSK基带输入”与“PSK调制输出”的波形。（2）改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。 4、DPSK调制实验（1）拨码开关拨至1（DPSK），将信号源模块的信号输出点“BS”与数字调制模块的信号输入点“PSK-BS输入”相连接，将信号源模块经128分频产生的码速率为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“PSK基带输入”和“PSK载波输入”。以信

52、号输入点“差分编码输出”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK基带输入”，“差分编码输出”输出的波形及“DPSK调制输出”的波形。（2）改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。六、输入、输出点参考说明 1、信号输入点参考说明PSK基带输入：PSK基带信号输入点。PSK/DPSK载波输入：PSK/DPSK载波信号输入点。PSK/DPSK -BS输入：PSK/DPSK差分编码时钟输入点。2、信号输出点参考说明PSK/DPSK调制输出：PSK/DPSK调制信号输出点。差分编码输出：PSK基带信号经差分编码后的信号输出点。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，并尝试

53、画出本实验的电路原理图。2、根据实验测试，记录以下要求的各测量点的波形图，并分析实验现象：示波器双踪观察PSK调制时“基带输入”，“调制输出”波形；示波器双踪观察PSK调制时“载波输入”，“调制输出”波形；示波器双踪观察PSK调制时“基带输入”，“差分编码”波形，比较二者之间的关系；示波器双踪观察DPSK调制时，“基带输入”， “调制输出”波形；示波器双踪观察DPSK调制时，“差分编码输出”，“调制输出”波形；实验五 移相键控解调实验一、实验目的1、掌握2PSK、2DPSK相干解调的原理。2、观察理解PSK相干解调时，载波相位模糊对解调产生的影响。3、观察了解载波及同步信号提取的过程。二、实验内容1、观察2PSK、2DPSK解调信号波形。2、观察2DPSK相干解调器各点波形。3、观察相干载波相位模糊对解调产生的影响。三、实验仪器1、信号源模块，2、数字调制模块，3、数字解调模块， 4、同步信号提取模块，5、20M双踪示波器， 6、连接线若干四、实验原理2DPSK解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPS