开放性试验通信一班王倩.docx
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开放性试验通信一班王倩
2014-2015第二学期
开放实验项目
题 目：
模拟信号数字化传输系统实验
学生姓名：
王倩
学生学号：
201295094026
专业名称：
通信工程
指导教师：
高蕊
2015年 5 月30 日
模拟信号数字化传输系统实验
报告至少要包含以下七个练习内容，实验内容由简单到稍微复杂一些的。
实验练习内容
1、模拟信号源的实验
2、脉冲编码调制解调实验
3、两路PCM时分复用实验
4、两路PCM解复用实验
5、计算机数据通信实验
6、载波传输系统实验
7、两路话音＋两路计算机数据综合传输系统实验
实验器材
1、20M双踪示波器一台
2、通信原理实验箱一台
3、耳麦两副
4、两台PC机
要求：
1、可以按实验报告的样子撰写也可以按照小论文的格式撰写报告；
2、文章标题为3号宋体加黑；正文一级标题4号宋体加黑；二级标题小4号宋体加黑；正文5号宋体；英文字符“TimesNewRoman”；文中每幅图都要有编号和必要的标题。
3、有些实验内容需要包含理论分析或者示波器显示波形的过程；对实验结果或者波形图要加以分析或给出结论。
注意事项：
1、如果发现某几个同学的作业如出一辙，则这几名同学的成绩全为不及格。
2、作业赶13周星期五前交上，各班负责人负责收齐，并按学号排列。
3、可以从光盘上下载相关的实验内容和相关原理图，也可以在实验参考书上面实验内容和实验相关原理图。
4、可以从网上下载与PCM编码和解码、两路PCM信号复用和解复用以及两台PC机对发数据的相关的论文作为参考。
实验报告格式示例：
（仅起格式的参考作用，文中具体的内容、各级标题的安排、图的抓取要作者自己去合理布局）
模拟信号数字化传输系统实验
一、实验目的
1、了解传输系统的构成。
2、了解语音信号在系统中的传输过程。
二、实验内容
1、将语音信号进行PCM编码。
2、将PCM编码数据和计算机串口数据进行复用。
3、将复用后的数据解复用。
然后再将串口数据送入计算机，将PCM数据送入到PCM译码模块。
最后，使两路语音能实时通话，两台计算机能实时通信。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、①号模块一块
3、②号模块一块
4、⑦号模块一块
5、⑧号模块一块
6、20M双踪示波器一台
7、连接线若干
8、耳麦两副
四、实验原理
随着通信技术的发展，人们对通信业务的要求不满足于语音业务，提出了数据，图像等传输业务的需求。
本实验以语音＋计算机数据传输业务为例，通过时分复用的方式来完成语音＋计算机数据传输业务。
实验框图如下：
五、实验步骤
1、将信号源模块和模块2、7、8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；7号板S2应拨为“0000”。
3、在电源关闭的状态下，按照下表完成实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK；
S4拨为“0100”，时钟输入
信号源：
CLK2（2048K）
模块2：
MCLK；BSX
S5拨为“0100”，时钟输入
模块2：
MICOUT1
模块2：
SININ-A
A路语音信号输入
模块2：
MICOUT2
模块2：
SININ-B
B路语音信号输入
模块8：
FS3
模块2：
FSXA
A路PCM编码帧同步输入
模块8：
FS_SEL
模块2：
FSXB
B路PCM编码帧同步输入
模块2：
PCMOUT-A
模块8：
PCMAIN
A路PCM编码输入信号
模块2：
PCMOUT-B
模块8：
PCMBIN
B路PCM编码输入信号
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机A串口数据输出
模块8：
输出2
模块8：
COMRXB
PC机B串口数据输出
源端口
目的端口
连线说明
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN；模块7：
DIN
解复用输入；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN；模块2:
BSR
提取的位同步输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提取的帧同步输入
模块8：
PCMOUTA
模块2：
PCMIN-A
A路PCM解码输入信号
模块8：
PCMOUTB
模块2：
PCMIN-B
B路PCM解码输入信号
模块8：
TS3
模块2：
FSRA
A路PCM解码帧同步输入
模块8：
TS_SEL
模块2：
FSRB
B路PCM解码帧同步输入
模块2：
SINOUT-A
模块2：
EARIN2
解码后A路语音信号输入
模块2：
SINOUT-B
模块2：
EARIN1
解码后B路语音信号输入
模块8：
COMTXB
模块8：
输入1
PC机B串口数据输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入2
PC机A串口数据输入
*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源
1、将两副耳麦分别接入模块2上的耳机插座：
“话筒1”、“耳机1”、“话筒2”和“耳机2”，进行两人通话实验，调节电位器W1、W2、W3、W4改变音量及通话质量；
2、在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，观察接收数据与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件的一致；
3、结果应该是两路语音能实时通话；同时两台计算机能实时通信；
4、实验结束关闭电源，拆除连线。
五、实验报告要求
实验内容一模拟信号源实验
1、实验原理和工作过程
（一）同步信号源（同步正弦发生器）
1、功用
同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2KHz正弦波信号，可用在PAM抽样定理、增量调制、PCM编码实验，作为模拟输入信号。
在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。
2、电路原理
图2-1为同步正弦信号发生器的电路图。
它由2KHz方波信号产生器（图中省略了）、同相放大器和低通滤波器三部分组成。
图1-1同步正弦波产生电路
2KHz的方波信号由CPLD可编程器件U8内的逻辑电路通过编程产生。
“2K同步正弦波”为其测量点。
U19A及周边的电阻组成一个的同相放大电路，起到隔离和放大作用，。
U19C及周边的阻容网络组成一个截止频率为2K的二阶低通滤波器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。
调节W1改变同相放大器的放大增益，从而改变输出正弦波的幅度（0～5V）。
2、实验步骤和结果分析
1、用示波器测量“2K同步正弦波”、“64K同步正弦波”、“128K同步正弦波”各点输出的正弦波波形，对应的电位器W1，W2，W3可分别改变各正弦波的幅度。
2k同步正弦波输出波形
64k同步正弦波输出波形
128k同步正弦波输出波形
2、用示波器测量“非同步信号源”输出波形。
1）按键S6选择为“正弦波”，改变W4，调节信号幅度（调节范围为0～4V），用示波器观察输出波形。
非同步信号源0～4V正弦波输出波形
2）保持信号幅度为3V，改变S7、S8，调节信号频率（调节范围为180Hz~18KHz），用示波器观察输出波形。
调解信号频率180hz~18kh正弦输出波形
3）将波形分别选择为三角波、方波，重复上面两个步骤。
非同步信号源0～4V三角波输出波形
非同步信号源0～4V输方波出波形
调解信号频率180hz~18kh三角波输出波形
调解信号频率180hz~18kh方波输出波形
3、将控制开关K1设为“ON”，令音乐片加上控制信号，产生音乐信号输出，用示波器在“音乐输出”端口观察音乐信号输出波形。
音乐输出波形
实验内容二脉冲编码调制解调实验
1、实验原理和工作过程
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。
如果发送端用预先规定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。
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。
脉码调制的过程如图5-1所示。
PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
抽样是把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300Hz～3400Hz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）详细规定了它的指标，还规定比特率为64kbps，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。
图2-1PCM调制原理框图
2、实验步骤和结果分析
1、将信号源模块和模块2固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，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，将信号源模块和模块2的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为+5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，再打开电源做实验，不要带电连线）。
3、观测PCM编、译码波形。
1）用示波器测量信号源板上“2K同步正弦波”点，调节信号源板上手调电位器W1使输出信号峰-峰值在3V左右。
2k同步正弦波峰峰值3v
2）将信号源板上S4设为0111（时钟速率为256K），S5设为0100（时钟速率为2.048M）。
3）实验系统连线――关闭系统电源，进行如下连接：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
2K同步正弦波
模块2：
SININ-A
提供音频信号
信号源：
CLK2
模块2：
MCLK
提供W681512工作的主时钟（2.048M）
信号源：
CLK1
模块2：
BSX
提供位同步信号（256K）
信号源：
FS
模块2：
FSXA
提供帧同步信号
模块2：
FSXA
模块2：
FSRA
作自环实验，直接将接收帧同步和发送帧同步相连
模块2：
BSX
模块2：
BSR
作自环实验，直接将接收位同步和发送位同步相连
模块2：
PCMOUT-A
模块2：
PCMIN-A
将PCM编码输出结果送入PCM译码电路进行译码
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
4）用示波器观测各测试点以及PCM编码输出点“PCMOUT-A”和解调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形。
PCMOUT-A输出波形
SINOUT-A输出波形
5）改变位时钟为2.048M（将S4设为“0100”），观测PCM调制和解调波形。
PCMOUT-A输出波形
SINOUT-A输出波形
6）改变K1、K2开关，观测PCM调制和解调波形。
改变k1k2开关k1k2拨在A上的输出波形
PCMOUT-A输出波形
SINOUT-A输出波形
4、从信号源引入非同步正弦波，调节W4改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“PCMOUT-A”、“SINOUT-A”的输出波形，记录下来（应可观察到，当输入正弦波的频率大于3400Hz或小于300Hz时，PCM解码信号的幅度急剧减小）。
引入非同步正弦波大于3400hz的波形
5、用麦克风或音乐输出信号代替信号源模块的正弦波，输入模块2的点“SININ-A”，重复上述操作和观察，并记录下来。
（可选）
将信号输出点“SINOUT-A”输出的信号引入“耳机1”，用耳机听还原出来的声音，与音乐片（麦克风）直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。
（可选）
实验内容三两路PCM时分复用实验
1、实验原理和工作过程
在数字通信中，PCM、
M、ADPCM或者其它模拟信号的数字化，一般都采用时分复用方式来提高信道的传输效率。
所谓复用就是多路信号（语音、数据或图像信号）利用同一个信道进行独立的传输。
如利用同一根同轴电缆传输1920路电话，且各路电话之间的传递是相互独立的，互不干扰。
时分复用（TDM）的主要特点是利用不同时隙来传递各路不同信号，时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理是连续（模拟）的基带信号有可能在被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。
TDM与FDM（频分复用）原理的差别在于：
TDM在时域上是各路信号分割开来的；但在频域上是各路信号混叠在一起的。
FDM在频域上是各路信号分割开来的；但在时域上是混叠在一起的。
图3-1两个信号的时分复用
时分复用的原理框图如图3-3所示：
图3-3时分复用原理框图
2、实验步骤和结果分析
（一）PCM时分复用实验
1、将信号源模块和模块2、8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”。
3、在电源关闭的状态下，按照下表完成实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK；
S4拨为“0100”，时钟输入
信号源：
CLK2（2048K）
模块2：
MCLK；BSX
S5拨为“0100”，时钟输入
信号源：
同步正弦波（2K）
模块2：
SININ-A；SININ-B
PCM编码输入信号
模块8：
FS3
模块2：
FSXA
A路PCM编码帧同步输入
模块8：
FS_SEL
模块2：
FSXB
B路PCM编码帧同步输入
模块2：
PCMOUT-A
模块8：
PCMAIN
A路PCM编码输入信号
模块2：
PCMOUT-B
模块8：
PCMBIN
B路PCM编码输入信号
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
4、将模块8上的拨码开关S1，S2分别设置为00000100，用示波器观察模块8上“FJOUT”处的输出波形，改变拨码开关为其它值，观察输出波形变化情况。
FJOUT输出波形
将拨码开关拨在01110001处的波形
5、实验结束关闭电源。
实验内容四两路PCM解复用实验
1、实验原理和工作过程
解复用原理
解复用是通过帧同步提取模块提取的帧同步信号和位时钟提取模块控制计数器产生帧同步信号TS0、TT1和TS_SEL。
然后，再通过TS0、TS1、TS_SEL将复用的信号分离开。
原理框图如图21-1所示：
图21-1解复用原理框图
2、实验步骤和结果分析
1、保持PCM时分复用实验的连线不变，然后做下面的连线：
源端口
目的端口
连线说明
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN；模块7：
DIN
解复用输入；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN；模块2:
BSR
提取的位同步输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提取的帧同步输入
模块8：
PCMOUTA
模块2：
PCMIN-A
A路PCM解码输入信号
模块8：
PCMOUTB
模块2：
PCMIN-B
B路PCM解码输入信号
模块8：
TS3
模块2：
FSRA
A路PCM解码帧同步输入
模块8：
TS_SEL
模块2：
FSRB
B路PCM解码帧同步输入
*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源
用双踪示波器对比观察模块8上的“PCMAIN”和“PCMOUTA”，“PCMBIN”和“PCMOUTB”波形，看是否一致。
模块8上的PCMBIN和PCMOUTB图形
2、用双踪示波器对比观察模块2上“SININ-A”和“SINOUT-A”，“SININ-B”和“SINOUT-B”的波形，看是否一致。
模块2上SININ-ASINOUT-A
模块2上SININ-BSINOUT-B
3、实验结束关闭电源。
实验内容五计算机数据通信实验
1、实验原理和工作过程
8、实验原理图
图5-7为本实验的原理框图：
图5-7实验原理框图
下面简要说明它的工作过程：
PC机1和PC机2发送出来的数据经过MAX202进行RS-232电平转换，再送入CPLD进行变速率时分复用，复用后码速率为2048K（这部分内容见变速率时分复用实验）。
2、实验步骤和结果分析
1.在PC机上打开串口调试软件，在PC机上观察接收数据，与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件设置值一致，如图所示：
（1）实验结束关闭电源，拆除连线。
1、两台PC机的串行通信实验
（1）将两根串口线一端分别插入PC机，另一端分别接入模块8上计算机接口单元的J1和J2，按照下列提示连线。
源端口
目标端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK
S4拨为“0100”，主时钟输入
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机A串口数据输出
模块8：
输出2
模块8：
COMRXB
PC机B串口数据输出
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN模块7：
DIN
复用信号输出；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN
提供位同步信号输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提供帧同步信号输入
模块8：
COMTXB
模块8：
输入1
PC机B串口数据输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入2
PC机A串口数据输入
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
实验内容六载波传输系统实验
1、实验原理和工作过程
本实验将模拟的语音信号经过CVSD编码变换成32KBit/s数字信号。
然后，再通过PSK调制，将数字信号调制到128K的载波上发送。
在终端，先提取PSK载波，通过PSK相干解调将数字信号从载波中恢复出来。
然后，再提取数字信号的位时钟，CVSD译码，还原出模拟的语音信号。
最后，送到语音终端，完成语音信号的频带传输。
实验的系统框图如下：
2、实验步骤和结果分析
信号源产生的模拟信号经信源编码后进行PSK调制，接收时经解调后，在受信者处恢复出原始的模拟信号。
实验时可参考下面提供的方法进行连线：
源端口
目标端口
信号源：
音乐输出
模块1：
CVSD-SIN
信号源：
CLK1（32K）
模块1：
CLK
模块1：
CVSDOUT
模块3：
PSK-NRZ
信号源：
128K同步正弦波
模块3：
PSK载波
模块3：
PSK-OUT
模块4：
PSKIN；模块7：
PSKIN
模块7：
载波输出
模块4：
载波输入
模块4：
PSK-DOUT
模块7：
DIN
模块7：
BS
模块4：
PSK-BS；模块1：
DCLK
模块4：
OUT3
模块1：
CVSD-IN
模块1：
DOUT
模块1：
IN
模块1：
OUT
信号源：
音乐信号输入
2、实验结果――能听到比较清晰的音乐（可以和音乐输出直接输出到音乐信号输入来比较效果）
信号源产生的模拟信号经信源编码后进行PSK调制，最开始音乐声音比较小，然后
音乐输出连接到音乐信号输入，可以听到分贝比较大的音乐。
3、条件允许的话，请用其他载波调制方式（ASK/FSK/DPSK）来实现系统，并和PSK方式比较效果。
实验内容七两路话音＋两路计算机数据综合传输系统实验
1、实验原理和工作过程
随着通信技术的发展，人们对通信业务的要求不满足于语音业务，提出了数据，图像等传输业务的需求。
本实验以语音＋计算机数据传输业务为例，通过时分复用的方式来完成语音＋计算机数据传输业务。
实验框图如下：
2、实验步骤和结果分析
1、将信号源模块和模块2、7、8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；7号板S2应拨为“0000”。
3、在电源关闭的状态下，按照下表完成实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK；
S4拨为“0100”，时钟输入
信号源：
CLK2（2048K）
模块2：
MCLK；BSX
S5拨为“0100”，时钟输入
模块2：
MICOUT1
模块2：
SININ-A
A路语音信号输入
模块2：
MICOUT2
模块2：
SININ-B
B路语音信号输入
模块8：
FS3
模块2：
FSXA
A路PCM编码帧同步输入
模块8：
FS_SEL
模块2：
FSXB
B路PCM编码帧同步输入
模块2：
PCMOUT-A
模块8：
PCMAIN
A路PCM编码输入信号
模块2：
PCMOUT-B
模块8：
PCMBIN
B路PCM编码输入信号
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机A串口数据输出
模块8：
输出2
模块8：
COMRXB
PC机B串口数据输出
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN；模块7：
DIN
解复用输入；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN；模块2:
BSR
提取的位同步输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提取的帧同步输入
模块8：
PCMOUTA
模块2：
PCMIN-A
A路PCM解码输入信号
模块8：
PCMOUTB
模块2：
PCMIN-B
B路PCM解码输入信号
模块8：
TS3
模块2：
FSRA
A路PCM解码帧同步输入
模块8：
TS_SEL
模块2：
FSRB
B路PCM解码帧同步输入
模块2：
SINOUT-A
模块2：
EARIN2
解码后A路语音信号输入
模块2：
SINOUT-B
模块2：
EARIN1
解码后B路语音信号输入
模块8：
COMTXB
模块8：
输入1
PC机B串口数据输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入2
PC机A串口数据输入
*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源
5、将两副耳麦分别接入模块2上的耳机插座：
“话筒1”、“耳机1”、“话筒2”和“耳机2”，进行两人通话实验，调节电位器W1、W2、W3、W4改变音量及通话质量；
把耳机插入后，进行调整，正确连接后，两人同时带上耳麦后可以听到彼此的声音，并伴随细微的音乐声。
6、在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，观察接收数据与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件的一致；
和实验五波形相似，接收的数据和发送的数据是一致的。
7、结果应该是两路语音能实时通话；同时两台计算机能实时通信；
8、实验结束关闭电源，拆除连线。
七、体会（或总结）
通过本次试验锻炼了我们的动手能力和团队合作能力，并对示波器和通信试验箱有了一定的了解，在老师的指导下和组员的帮助下我顺利
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