通信原理实验指导书文档格式.docx

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9、在关闭各模块电源之后，方可进行连线。

连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻拔，检查无误后方可通电实验。

拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住连线插头的塑料线端，左右摇晃，直至连线与孔松脱，切勿用蛮力强行拔出。

10、并口下载线和串口线应轻插、轻拔，以免折断插针。

11、按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。

12、本实验系统中的工具模块（信号源模块、频谱分析模块、终端模块）在完成本身实验功能的基础上，主要是为其它实验模块服务的。

各工具模块的使用方法我们都做了详细的介绍，希望同学们能灵活运用这些工具模块，达到最好的实验效果。

实验一信号源实验

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、理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。

3、熟练掌握信号源模块的使用方法。

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。

三、实验仪器

1、信号源模块

2、20M双踪示波器一台

3、频率计（可选）一台

4、PC机（可选）一台

5、连接线若干

四、实验原理

1、信号源数字部分

数字部分为实验箱提供以2M为基频分频比1～9999的BS、2BS、FS信号及24位的NRZ码，并提供1M、256K、64K、32K、8K的方波信号。

信号源数字部分信号是直接由CPLD分频得到的。

图1-1数字信号源部分原理框图

（1）首先将24M的有源晶振三分频得到8M的时钟信号。

（2）然后通过可预置的分频电路（分频比1～9999），由于经可预置分频器出来的信号是窄脉冲，因此通过D触发器二分频将其变为占空比是50％的信号，因此从CPLD得到的BS信号频率是以2M为基频进行1～9999分频。

（3）BS信号经过一个24分频的电路得到一个窄脉冲即是FS信号。

（4）NRZ码产生器通过FS信号和BS信号的触发得到同外部码型调节一样的NRZ码。

（5）8M的信号还用于产生1M、256K、64K、32K、8K的信号。

（6）D0—D7为预留端口。

2、信号源模拟部分

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100Hz～10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz～1KHz）、方波（频率变化范围100Hz～10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz～1KHz），以及提供的32K、64K正弦波的载波信号。

图1-2模拟信号源部分原理框图

正弦波、方波、锯齿波、三角波一个周期的点数据被以不同的地址存入波形数据存储器中，单片机根据波形选择开关和频率调节器送入的信息，一方面发出控制信号给CPLD调制CPLD中分频器的分频比，并将分频后的频率通过驱动数码管显示出来，另一方面通过控制CPLD使其输出与波形选择及分频比输出的频率相对应的地址信号到波形数据存储器中，然后输出的波形的数字信号依次通过D/A转换器、滤波器、放大器得到所需要的模拟信号。

五、实验步骤及注意事项

1、将信号源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）

3、模拟信号源部分

①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。

②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SM01～SM04显示“2000”。

③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。

④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）

⑤将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。

⑥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

①拨码开关SW04、SW05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1～9999，所以位同步信号频率范围是200Hz～2MHz。

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0000000100101000，就可以得到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。

②将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000，SW01、SW02、SW03设置为011100100011001110101010，观察BS、2BS、FS、NRZ波形。

③改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。

4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）。

5将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000，观察伪随机序列PN15、PN31、PN511的波形。

6改变拨码开关SW04、SW05的设置，重复观察以上各点波形。

六、输入、输出点参考说明

1、输出点说明：

模拟部分输出：

24M：

晶振24MHz时钟信号输出点，峰峰值为2.3V

模拟输出：

波形种类、波形幅度、波形频率均可调

数字部分输出：

方波占空比：

50%

8K：

7.8125KHz方波输出点

32K：

31.25KHz方波输出点

64：

62.5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，方波，频率可通过拨码开关SW04、SW05改变。

2BS:

2倍位同步信号频率的方波输出点，频率可通过拨码开关SW04、SW05改变。

FS:

帧同步信号输出点，窄脉冲，频率是位同步信号频率的1/24。

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码速率相同。

PN15:

N=24-1=15的m序列输出点。

PN31:

N=25-1=31的m序列输出点。

PN511:

N=29-1=511的m序列输出点。

32KHz正弦波：

31.25KHz正弦波输出点，幅度最大可达4V

64KHz正弦波：

62.5KHz正弦波输出点，幅度最大可达4V

七、实验报告要求

1、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各个测量点的波形图，并分析实验现象。

2、对实验电路的工作原理进行一定的分析。

实验二常规双边带调幅与解调实验

1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。

2、掌握二极管包络检波原理。

3、掌握调幅信号的频谱特性。

（选做）

4、了解常规双边带调幅与解调的优缺点。

5、了解抑制载波双边带调幅和解调的优缺点。

1、观察常规双边带调幅的波形。

2、观察常规双边带调幅波形的频谱。

3、观察抑制载波双边带调幅波形。

4、观察常规双边带解调的波形。

2、PAM/AM模块

3、频谱分析模块（可选）

4、终端模块（可选）

5、20M双踪示波器一台

6、频率计（可选）一台

7、音频信号发生器（可选）一台

8、立体声单放机（可选）一台

9、连接线若干

1、常规双边带调幅原理框图：

低频信号、载波信号通过乘法器（MC1496）得到调幅信号，实际上，为了保证调幅信号的质量，调幅信号依次通过电压跟随电路（由TL082组成）、低通滤波器（由TL082组成），最后得到AM调制信号。

通过调节调制深度调节电位器，得到抑制载波的双边带调幅信号。

2、AM解调原理框图

在解调电路中，采用二极管包络检波对调幅信号进行解调，二极管的作用是实现高频包络检波，所以要求二极管的正向导通压降越小越好，在这里我们采用的是锗型二极管IN60，其正向导通电压UF≤0.3V，可以很好的满足要求，利用二极管的单向导电性和检波负载RC的充放电过程，就可以还原出与调幅信号包络基本一致的信号，最后通过放大电路（TL082）得到解调幅输出。

3、抑制载波双边带调制

在线性调制器中的调制信号m（t）若没有直流分量，则在相乘器的输出信号中将没有载波分量。

由于此时的频谱中包含有两个边带，且这两个边带包含相同的信息，所以称为抑制载波调制。

这两个边带分别称为上边带和下边带。

通过调节“调制深度调节”，从调幅输出端可以观察抑制载波双边带调制。

4、抑制载波双边带解调

抑制载波双边带解调不能采用包络检波来解调。

由频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。

解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。

但是解调时需要在接收端的电路中加入载波，载波的频率和相位应该和发送端的一样，故接收电路较为复杂（所以本实验中没有给出抑制载波双边带解调电路）。

解调原理框图如下：

5、集成模拟乘法器的内部结构

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。

所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。

集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

下面介绍MC1496集成模拟乘法器。

MC1496的内部电路及引脚图如下所示。

（a）内部电路（b）引脚图

MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。

其中VT1、VT2与VT3、VT4组成双差分放大器，VT5、VT6组成的单差分放大器用以激励VT1~VT4。

VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器VT5、VT6的恒流源。

引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。

引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。

引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使），引脚5外接电阻R5。

用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。

五、实验步骤及注意事项：

1、将信号源模块、PAM/AM模块、频谱分析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。

3、使信号源模块的信号输出点“模拟输出”输出频率为3.125KHz、峰-峰值为0.5V左右的正弦波,旋转“64K幅度调节”电位器使“64K正弦波”处信号的峰-峰值为1V。

4、用连接线连接信号源模块的信号输出点“模拟输出”和PAM/AM模块的信号输入点“AM音频输入”，以及信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，调节PAM/AM模块的电位器“调制深度调节”，同时用示波器观察测试点“调幅输出”处的波形，可以观察到常规双边带调幅波形和抑制载波的双边带调幅波形。

5、观察“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点处输出的波形。

6、用频谱分析模块（选做）分别观察常规双边带调幅时“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点频谱，以及抑制载波的双边带调幅时各点频谱并比较之。

7、改变“AM音频输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。

8、改变“AM载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。

1、输入点参考说明：

AM音频输入：

模拟信号输入点，输入的信号就是基带信号

AM载波输入：

载波信号输入点，频率应远高于基带信号

2、输出点参考说明

调幅输出：

常规双边带调幅与抑制载波双边带调幅信号的输入点

滤波输入：

调幅信号经低通滤波器后的信号输出点

解调器输出：

调幅信号解调输出点

七、思考题

1、常规调幅、抑制载波双边带调幅、单边带和残留边带和这几种调制方式各有什么优点和缺点？

八、实验报告要求

1、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答。

2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出测量点的波形图，并分析实验现象。

九、扩展实验

1、立体声单放机输出的音频信号引入信号源的信号输入点“IN”，连接信号源模块的信号输出点“OUT”与PAM/AM模块的信号输入点“AM音频输入”，再连接信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，重复上述实验并观察各点波形。

2、将终端模块小心固定在主箱上，用连接线连接PAM/AM模块的信号输出点“解调幅输出”与终端模块的信号输入点“S-IN”，在耳机插孔S1中插上耳机，听还原出来信号的声音。

实验三码型变换实验

一、实验要求

1、了解几种常见的数字基带信号。

2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

1、观察NRZ码、RZ码、AMI码、CMI码、HDB3码的波形。

2、观察全0码或全1码时各码型的波形。

3、观察NRZ码、RZ码、AMI码、CMI码、HDB3码经过码型反变换后的输出波形。

2、码型变换模块

3、20M双踪示波器一台

4、频率计（可选）一台

5、连接线若干

1、二元码

（1）在很多教材中将单极性归零码称为归零RZ码，而将与归零相对应的单极性和双极性不归零码称为不归零NRZ码。

我们实验指导书中则采用NRZ码代表单极性不归零码，用BNRZ码代表双极性不归零码。

并且在大部分实验中均以NRZ码作为输入信号或基带信号。

本实验也是用信号源的NRZ码作为输入信号。

（2）二元码中最简单的二元码如单极性不归零码、单极性归零码和双极性不归零码的功率谱中有丰富的低频乃至直流分量。

这对于大多数采用交流耦合的有线信道来说是不允许的。

此外，当包含长串的连续“1”或“0”时，非归零码呈现出连续的固定电平。

由于信号中不出现跳变，因而无法提取定时信息。

它们存在的另一个问题是：

它们不具有检测错误的能力。

由于信道频带受限并且存在其他干扰，经传输信道后基带信号波形会产生畸变，从而导致接收端错误地恢复原始信息。

并且由于上述二元码信息中每个“1”和“0”分别独立地相应于某个传输电平，相邻信号之间不存在任何制约，正是这种不相关性使这些基带信号不具有检测错误信号状态的能力。

由于这些问题，它们通常只用于机内或很近距离的信息传递。

（3）BPH码

由于双相码在每个码元间隔的中心部分都存在电平跳变，因此在频谱中存在很强的定时分量，它不受信源统计特性的影响。

此外，由于方波周期内正、负电平各占一半，因而不存在直流分量。

显然，这种优点是用频带加倍来换取的。

双相码适用于数据终端设备在短距离上的传输。

（4）CMI码

CMI码也没有直流分量，却有频繁出现的波形跳变，便于恢复定时信号。

而且从CMI码波形可知，用负跳变可直接提取位定时信号，不会产生相位不确定问题。

相比之下，在数字双相码中采用一种跳变提取的定时信号相位是不确定的。

但若采用两种跳变提取定时信号，则频率是位定时频率的两倍，由它分频得到位定时信号时，也必存在相位不确定问题。

传号反转码的另一个特点是它有检测错误的能力。

根据它的编码规则，在正常情况下“10”是不可能在波形中出现的，连续的“00”和“11”也是不可能的，这种相关性可以用来检测因信道而产生的部分错误。

在CMI码中，原始的二元信息在编码后都用一组两位的二元码来表示，因此这类码又称为1B2B码型。

（5）AMI码

AMI码编码规则是将二进制消息代码“1”（传号）交替地变换为传输码的“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。

（6）HDB3码

当信码的连“0”个数不超过3个时，仍按AMI码的规则编码；

当连“0”个数为4或超过4个时，则将每4个连0小段用000V±

代替，V+或V-称之为破坏脉冲，是与前面的“1”同极性的脉冲。

相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；

当相邻V码间的“1”码个数为偶数个，加第二个附加脉冲B.将四连“0”的第一个“0”更改为B+或B-，B极性与前一个非0符号极性相反，并让之后的非0符号从V符号开始极性交替。

2、编码原理框图：

图9-1编码原理框图

框图的实现：

（1）单极性的RZ码、BPH码、CMI码可直接通过CPLD实现编码。

（2）双极性的BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码通过CPLD编码后，必须通过外接的具有正、负极性输出的数据选择器生成。

3、解码部分原理框图

（1）单极性的RZ码、BPH码、CMI码可直接通过CPLD实现解码。

（2）双极性的BRZ码、BNRZ码、AMI码、HDB3码先通过双（极性）—单（极性）变换器，再将变换得到的单极性送入CPLD实现解码。

图9-2解码原理框图

1、将信号源模块、码型变换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，再分别按下两个模块中的开关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，两个模块均开始工作。

3、将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为0000010100000000，SW01、SW02、SW03设置为011100100011000000101011。

按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。

观察BS、2BS、NRZ各点波形。

4、编码实验：

（在每次改变编码方式后，请按下复位键）

（1）RZ编码实验

a、将“编码方式选择”拨码开关拨为10000000，则编码实验选择为RZ方式。

b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：

BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。

c、从“编码输出1处”观察RZ编码。

（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）

（2）CMI编码实验

a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00100000，则编码实验选择为CMI方式。

c、从“编码输出1处”观察CMI编码。

（3）HDB3编码实验

a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00010000，则编码实验选择为HDB3方式。

c、从“编码输出2处”观察HDB3编码。

（4）AMI编码实验

a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00000010，则编码实验选择为AMI方式。

c、从“编码输出2处”观察AMI编码。

5、解码实验：

（在每次改变解码方式后，请按下复位键）

（1）RZ解码实验

b、在RZ编码方式的前提