通信原理实验资料.docx

通信原理实验资料.docx

《通信原理实验资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理实验资料.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通信原理实验资料

I、模块介绍

本实验平台采用模块化设计。

下面主要介绍通信原理实验平台中的九个标配模块，以便了解各模块的具体功能及作用。

标配模块包括有：

1、主控&信号源模块

2、2号模块数字终端&时分多址模块

3、3号模块信源编译码模块

4、6号模块信道编译码模块

5、7号模块时分复用&时分交换模块

6、8号模块基带传输编译码模块

7、9号模块数字调制解调模块

8、13号模块载波同步及位同步模块

9、21号模块PCM编译码及语音终端模块

1、主控&信号源模块

一、按键及接口说明

图1主控&信号源按键及接口说明

二、功能说明

该模块可以完成如下五种功能的设置，具体设置方法如下：

1、模拟信号源功能

模拟信号源菜单由“信号源”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以依次设置：

“输出波形”→“输出频率”→“调节步进”→“音乐输出”→“占空比”（只有在输出方波模式下才出现）。

在设置状态下，选择“选择/确定”就可以设置参数了。

菜单如下图所示：

（a）输出正弦波时没有占空比选项（b）输出方波时有占空比选项

图2模拟信号源菜单示意图

注意：

上述设置是有顺序的。

例如，从“输出波形”设置切换到“音乐输出”需要按3次“选择/确定”键。

下面对每一种设置进行详细说明：

a.“输出波形”设置

一共有6种波形可以选择：

正弦波：

输出频率10Hz~2MHz

方波：

输出频率10Hz~200KHz

三角波：

输出频率10Hz~200KHz

DSBFC（全载波双边带调幅）：

由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。

输出全载波双边带调幅。

DSBSC（抑制载波双边带调幅）：

由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。

输出抑制载波双边带调幅。

FM：

载波固定为20KHz，音乐信号作为调制信号。

b.“输出频率”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大频率，逆时针旋转减小频率。

频率增大或减小的步进值根据“调节步进”参数来。

在“输出波形”DSBFC和DSBSC时，设置的是调幅信号载波的频率；

在“输出波形”FM时，设置频率对输出信号无影响。

c.“调节步进”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大步进，逆时针旋转减小步进。

步进分为：

“10Hz”、“100Hz”、“1KHz”、“10KHz”、“100KHz”五档。

d.“音乐输出”设置

设置“MUSIC”端口输出信号的类型。

有三种信号输出“音乐1”、“音乐2”、“3K+1K正弦波”三种。

e.“占空比”设置

“选择/确定”顺时针旋转可以增大占空比，逆时针旋转减小占空比。

占空比调节范围10%~90%，以10%为步进调节。

2、数字信号源功能

数字信号源菜单由“功能1”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以设置：

“PN输出频率”和“FS输出”。

菜单如下图所示：

图3数字信号源菜单

a.“PN输出频率”设置

设置“CLK”端口的频率及“PN”端口的码速率。

频率范围：

1KHz~2048KHz。

b.“FS输出”设置

设置“FS”端口输出帧同步信号的模式：

模式1：

帧同步信号保持8KHz的周期不变，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（要求“PN输出频率”不小于16KHz，主要用于PCM、ADPCM编译码帧同步及时分复用实验）

模式2：

帧同步的周期为8个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（主要用于汉明码编译码实验）

模式3：

帧同步的周期为15个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。

（主要用于BCH编译码实验）

3、通信原理实验菜单功能

按“主菜单”按键后的第一个选项“通信原理实验”，再确定进入各实验菜单。

如下图所示：

（a）主菜单（b）进入通信原理实验菜单

图4设置为“通信原理实验”

进入“通信原理实验”菜单后，逆时针旋转光标会向下走，顺时针旋转光标会向上走。

按下“选择/确认”时，会设置光标所在实验的功能。

有的实验有会跳转到下级菜单，有的则没有下级菜单，没有下级菜单的会在实验名称前标记“√”符号。

在选中某个实验时，主控模块会向实验所涉及到的模块发命令。

因此，需要这些模块电源开启，否则，设置会失败。

实验具体需要哪些模块，在实验步骤中均有说明，详见具体实验。

4、模块设置功能*（该功能只在自行设计实验时用到）

按“主菜单”按键后的第二个选项“模块设置”，再确定进入模块设置菜单。

在“模块设置”菜单中可以对各个模块的参数分别进行设置。

如下图所示：

图5“模块设置”菜单

a.1号语音终端&用户接口

设置该模块两路PCM编译码模块的编译码规则是A律还是μ律。

b.2号数字终端&时分多址

设置该模块BSOUT的时钟频率。

c.3号信源编译码

可设置该模块FPGA工作于“PCM编译码”、“ADPCM编译码”、“LDM编译码”、“CVSD编译码”、“FIR滤波器”、“IIR滤波器”、“反SINC滤波器”等功能（测试功能是生产中使用的）。

由于模块的端口会在不同功能下有不同用途，下面对每一种功能进行说明：

i.PCM编译码

FPGA完成PCM编译码功能，同时完成PCM编码A/μ律或μ/A律转换的功能。

其子菜单还能够设置PCM编译码A/μ律及A/μ律转换的方式。

端口功能如下：

编码时钟：

输入编码时钟。

编码帧同步：

输入编码帧同步。

编码输入：

输入编码的音频信号。

编码输出：

输出编码信号。

译码时钟：

输入译码时钟。

译码帧同步：

输入译码帧同步。

译码输入：

输入译码的PCM信号。

译码输出：

输出译码的音频信号。

A/μ-In：

A/μ律转换输入端口。

A/μ-Out：

A/μ律转换输出端口。

ii.ADPCM编译码

FPGA完成ADPCM编译码功能，端口功能和PCM编译码一样。

iii.LDM编译码

FPGA完成简单增量调制编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（LDM编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。

iv.CVSD编译码

FPGA完成CVSD编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（CVSD编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。

v.FIR滤波器

FPGA完成FIR数字低通滤波器功能（采用100阶汉明窗设计，截止频率为3KHz）。

该功能主要用于抽样信号的恢复。

端口说明如下：

编码输入：

FIR滤波器输入口。

译码输出：

FIR滤波器输出口。

vi.IIR滤波器

FPGA完成IIR数字低通滤波器功能（采用8阶椭圆滤波器设计，截止频率为3KHz）。

该功能主要用于抽样信号的恢复。

端口与FIR滤波器相同。

vii.反SINC滤波器

FPGA完成反SINC数字低通滤波器。

该功能主要用于消除抽样的孔径效应。

端口与FIR滤波器相同。

d.7号时分复用&时分交换

功能一是设置时分复用的速率256Kbps/2048Kbps。

功能二是当复用速率为2048Kbps时，调整DIN4时隙。

e.8号基带编译码

设置该模块FPGA工作在“AMI”、“HDB3”、“CMI”、“BPH”编译码模式。

f.10号软件无线电调制

设置该模块的BPSK的具体参数。

具体参数有：

是否差分：

设置输入信号是否进行差分，即是BPSK还是DBPSK调制。

PSK调制方式选择：

设置BPSK调制是否经过成形滤波。

输出波形设置：

设置“I-Out”端口输出成形滤波后的波形或调制信号。

匹配滤波器设置：

设置成形滤波为升余弦滤波器或根升余弦滤波器。

基带速率选择：

设置基带速率为16Kbps、32Kbps、56Kbps。

g.11号软件无线电解调

设置该模块的两个参数，BPSK解调是否需要逆差分变换和解调速率。

5、系统升级

此选项用于模块内部程序升级时使用。

三、注意事项

1、实验开始时要将所需模块固定在实验箱上，并确定接触良好，否则菜单无法设置成功。

2、信号源设置中，模拟信号源输出步进可调节，便于不同频率变化调节。

实验一AMI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的特征和作用。

2、掌握AMI码的编译规则。

3、了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。

二、实验器材

1、主控&信号源、2号、8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、AMI编译码实验原理框图

AMI编译码实验原理框图

2、实验框图说明

AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。

实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到AMI-A1和AMI-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到AMI编码波形。

AMI译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。

实验框图中译码过程是将AMI码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。

四、实验步骤

实验项目一AMI编译码（256KHz归零码实验）

概述：

本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证AMI编译码规则。

1、关电，按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN

模块8：

TH3（编码输入-数据）

基带信号输入

信号源：

CLK

模块8：

TH4（编码输入-时钟）

提供编码位时钟

模块8：

TH11（AMI编码输出）

模块8：

TH2（AMI译码输入）

将数据送入译码模块

模块8：

TH5（单极性码）

模块13：

TH7（数字锁相环输入）

数字锁相环位同步提取

模块13：

TH5（BS2）

模块8：

TH9（译码时钟输入）

提供译码位时钟

2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【AMI编译码】→【256K归零码实验】。

将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。

3、此时系统初始状态为：

编码输入信号为256K的PN序列。

（1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH11（AMI输出），观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证AMI编码规则。

注：

观察时注意码元的对应位置。

（2）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录AMI译码波形与输入信号波形。

思考：

译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？

实验项目二AMI编译码（256KHz非归零码实验）

概述：

本项目通过观测AMI非归零码编译码相关测试点，了解AMI编译码规则。

1、保持实验项目一的连线不变。

2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【AMI编译码】→【256K非归零码实验】。

将模块13的开关S3分频设置拨为0100，即提取256K同步时钟。

3、此时系统初始状态为：

编码输入信号为256KHz的PN序列。

4、实验操作及波形观测。

参照项目一的256KHz归零码实验项目的步骤，进行相关测试。

五、实验报告

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，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。

实验二HDB3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的特征和作用。

2、掌握HDB3码的编译规则。

3、了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。

二、实验器材

1、主控&信号源、2号、8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、HDB3编译码实验原理框图

HDB3编译码实验原理框图

2、实验框图说明

我们知道AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。

而HDB3编码由于需要插入破坏位B，因此，在编码时需要缓存3bit的数据。

当没有连续4个连0时与AMI编码规则相同。

当4个连0时最后一个0变为传号A，其极性与前一个A的极性相反。

若该传号与前一个1的极性不同，则还要将这4个连0的第一个0变为B，B的极性与A相同。

实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到HDB3-A1和HDB3-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到HDB3编码波形。

同样AMI译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。

而HDB3译码只需找到传号A，将传号和传号前3个数都清0即可。

传号A的识别方法是：

该符号的极性与前一极性相同，该符号即为传号。

实验框图中译码过程是将HDB3码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。

四、实验步骤

实验项目一HDB3编译码（256KHz归零码实验）

概述：

本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证HDB3编译码规则。

1、关电，按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN

模块8：

TH3（编码输入-数据）

基带信号输入

信号源：

CLK

模块8：

TH4（编码输入-时钟）

提供编码位时钟

模块8：

TH1（HDB3输出）

模块8：

TH7（HDB3输入）

将数据送入译码模块

模块8：

TH5（单极性码）

模块13：

TH7（数字锁相环输入）

数字锁相环位同步提取

模块13：

TH5（BS2）

模块8：

TH9（译码时钟输入）

提供译码位时钟

2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】→【256K归零码实验】。

将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。

3、此时系统初始状态为：

编码输入信号为256K的PN序列。

4、实验操作及波形观测。

（1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH1（HDB3输出），观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证HDB3编码规则。

注：

观察时注意码元的对应位置。

（2）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录HDB3译码波形与输入信号波形。

思考：

译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？

实验项目二HDB3编译码（256KHz非归零码实验）

概述：

本项目通过观测HDB3非归零码编译码相关测试点，了解HDB3编译码规则。

1、保持实验项目一的连线不变。

2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】→【256K非归零码实验】。

将模块13的开关S3分频设置拨为0100，即提取256K同步时钟。

3、此时系统初始状态为：

编码输入信号为256K的PN序列。

4、实验操作及波形观测。

参照前面的256KHz归零码实验项目的步骤，进行相关测试。

五、实验报告

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，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。

实验三ASK调制及解调实验

一、实验目的

1、掌握用键控法产生ASK信号的方法。

2、掌握ASK非相干解调的原理。

二、实验器材

1、主控&信号源、9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

ASK调制及解调实验原理框图

2、实验框图说明

ASK调制是将基带信号和载波直接相乘。

已调信号经过半波整流、低通滤波后，通过门限判决电路解调出原始基带信号。

四、实验步骤

实验项目一ASK调制

概述：

ASK调制实验中，ASK（振幅键控）载波幅度是随着基带信号的变化而变化。

在本项目中，通过调节输入PN序列频率或者载波频率，对比观测基带信号波形与调制输出波形，观测每个码元对应的载波波形，验证ASK调制原理。

1、关电，按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN

模块9：

TH1（基带信号）

调制信号输入

信号源：

128KHz

模块9：

TH14（载波1）

载波输入

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】→【通信原理】→【ASK数字调制解调】。

将9号模块的S1拨为0000。

3、此时系统初始状态为：

PN序列输出频率32KHz，调节128KHz载波信号峰峰值为3V。

4、实验操作及波形观测。

（1）分别观测调制输入和调制输出信号：

以9号模块TH1为触发，用示波器同时观测9号模块TH1和TH4，验证ASK调制原理。

（2）将PN序列输出频率改为64KHz，观察载波个数是否发生变化。

实验项目二ASK解调

概述：

实验中通过对比观测调制输入与解调输出，观察波形是否有延时现象，并验证ASK解调原理。

观测解调输出的中间观测点，如：

TP4（整流输出），TP5（LPF-ASK），深入理解ASK解调过程。

1、保持实验项目一中的连线及初始状态。

2、对比观测调制信号输入以及解调输出：

以9号模块TH1为触发，用示波器同时观测9号模块TH1和TH6，调节W1直至二者波形相同；再观测TP4（整流输出）、TP5（LPF-ASK）两个中间过程测试点，验证ASK解调原理。

3、以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-ASK，观测眼图。

五、实验报告

1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；

2、分析ASK调制解调原理。

实验四FSK调制及解调实验

一、实验目的

1、掌握用键控法产生FSK信号的方法。

2、掌握FSK非相干解调的原理。

二、实验器材

1、主控&信号源、9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

FSK调制及解调实验原理框图

2、实验框图说明

基带信号与一路载波相乘得到1电平的ASK调制信号，基带信号取反后再与二路载波相乘得到0电平的ASK调制信号，然后相加合成FSK调制输出；已调信号经过过零检测来识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决，得到原始基带信号。

四、实验步骤

实验项目一FSK调制

概述：

FSK调制实验中，信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。

本项目中，通过调节输入PN序列频率，对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证FSK调制原理。

1、关电，按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN

模块9：

TH1（基带信号）

调制信号输入

信号源：

256KHz（载波）

模块9：

TH14（载波1）

载波1输入

信号源：

128KHz（载波）

模块9：

TH3（载波2）

载波2输入

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】→【通信原理】→【FSK数字调制解调】。

将9号模块的S1拨为0000。

调节信号源模块的W2使128KHz载波信号的峰峰值为3V，调节W3使256KHz载波信号的峰峰值也为3V。

3、此时系统初始状态为：

PN序列输出频率32KH。

4、实验操作及波形观测。

（1）示波器CH1接9号模块TH1基带信号，CH2接9号模块TH4调制输出，以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出，验证FSK调制原理。

（2）将PN序列输出频率改为64KHz，观察载波个数是否发生变化。

实验项目二FSK解调

概述：

FSK解调实验中，采用的是非相干解调法对FSK调制信号进行解调。

实验中通过对比观测调制输入与解调输出，观察波形是否有延时现象，并验证FSK解调原理。

观测解调输出的中间观测点，如TP6（单稳相加输出），TP7（LPF-FSK），深入理解FSK解调过程。

1、保持实验项目一中的连线及初始状态。

2、对比观测调制信号输入以及解调输出：

以9号模块TH1为触发，用示波器分别观测9号模块TH1和TP6（单稳相加输出）、TP7（LPF-FSK）、TH8（FSK解调输出），验证FSK解调原理。

3、以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-FSK，观测眼图。

五、实验报告

1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；

2、分析FSK调制解调原理。

实验五BPSK调制及解调实验

一、实验目的

1、掌握BPSK调制和解调的基本原理；

2、掌握BPSK数据传输过程，熟悉典型电路；

3、了解数字基带波形时域形成的原理和方法，掌握滚降系数的概念；

4、熟悉BPSK调制载波包络的变化；

5、掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法；

二、实验器材

1、主控&信号源、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、BPSK调制解调（9号模块）实验原理框

PSK调制及解调实验原理框图

2、BPSK调制解调（9号模块）实验框图说明

基带信号的1电平和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，经过低通滤波和门限判决后，解调输出原始基带信号。

四、实验步骤

实验项目一BPSK调制信号观测（9号模块）

概述：

BPSK调制实验中，信号是用相位相差180°的载波变换来表征被传递的信息。

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。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN

模块9：

TH1（基带信号）

调制信号输入

信号源：

256KHz

模块9：

TH14（载波1）

载波1输入

信号源：

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）

用于解调的载波

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】→【通信原理】→【BPSK/DBPSK数字调制解调】。

将9号模块的S1拨为0000，调节信号源模块W3使256KHz载波信号峰峰值为3V。

3、此时系统初始状态为：

PN序列输出频率32KHz。

4、实验操作及波形观测。

（1）以9号模块“NRZ-I”为触发，观测“I”；

（2）以9号模块“NRZ-Q”为触发，观测“Q”。

（3）以9号模块“基带信号”为触发，观测“调制输出”。

思考：

分析以上观测的波形，分析与ASK有何关系？

实验项目二BPSK解调观测（9号模块）

概述：

本项目通过对比观测基带信号波形与解调输出波形，观察是否有延时现象，并且验证BPSK解调原理。

观测解调中间观测点TP8，深入理解BPSK解调原理。

1、保持实验项目一中的连线。

将9号模块的S1拨为“0000”。

2、以9号模块的“基带信号”为触发，观测13号模块的“SIN”，调节13号模块的W1使“SIN”的波形稳定，即恢复出载波。

3、以9号模块的“基带信号”为触发观测“BPSK解调输出”，多次单击13号模块的“复位”按键。

观测“BPSK解调输出”的变化。

4、以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-BPSK，观测眼图。

思考：

“BPSK解调输出”是否存在相位模糊的情况？

为什么会有相位模糊的情况？

五、实验报告

1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；

2、分析BPSK调制解调原理。

实验六DBPSK调制及解调实验

一、实验目的

1、掌握DBPSK调制和解调的基本原理；

2、掌握DBPSK数据传输过程，熟悉典型电路；

3、熟悉DBPSK调制载波包络的变化；

4、掌握DBPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法；

二、实验器材

1、主控&信号源、9号