通信原理中北.docx

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通信原理中北

实验一抽样定理和PAM调制解调实验

一、实验目的

1、通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。

2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。

二、实验内容

1、观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间的相互关系及特点。

2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、①号模块一块

3、20M双踪示波器一台

4、连接线若干

四、实验原理

1、抽样定理

抽样定理表明：

一个频带限制在（0，

）内的时间连续信号

，如果以T≤

秒的间隔对它进行等间隔抽样，则

将被所得到的抽样值完全确定。

2、脉冲振幅调制（PAM）

所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。

如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。

五、测试点说明

1、输入点参考说明

PAM-SIN：

音频信号输入端口

PAMCLK：

抽样时钟信号输入端口

IN：

PAM解调滤波电路输入端口

2、输出点说明

自然抽样输出：

自然抽样信号输出端口

平顶抽样输出：

平顶抽样信号输出端口

OUT：

PAM解调滤波输出端口

六、实验步骤及注意事项

1、将信号源模块、模块1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1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PAM自然抽样波形

1）用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。

2）将信号源上S4设为“1010”，使“CLK1”输出32K时钟。

3）将模块1上K1选到“自然”。

4）关闭电源，按如下方式连线

源端口

目标端口

连线说明

信号源：

“2K同步正弦波”

模块1:

“PAM-SIN”

提供被抽样信号

信号源：

“CLK1”

模块1:

“PAMCLK”

提供抽样时钟

*检查连线是否正确，检查无误后打开电源

5）用示波器在“自然抽样输出”处观察PAM自然抽样波形。

4、观测PAM平顶抽样波形

a）用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。

b）将信号源上S1、S2、S3依次设为“10000000”、“10000000”、“10000000”，将S5拨为“1000”，使“NRZ”输出速率为128K，抽样频率为：

NRZ频率/8（实验中的电路，NRZ为“1”时抽样，为“0”时保持。

在平顶抽样中，抽样脉冲为窄脉冲）。

c）将K1设为“平顶”。

关闭电源，按下列方式进行连线。

源端口

目标端口

连线说明

信号源：

“2K同步正弦波

模块1：

“PAM-SIN”

提供被抽样信号

信号源：

“NRZ”

模块1：

“PAMCLK”

提供抽样脉冲

d）打开电源，用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。

5、改变抽样时钟频率，观测自然抽样信号，验证抽样定理。

6、观测解码后PAM波形与原信号的区别

1）步骤3的前3步不变,按如下方式连线

源端口

目标端口

连线说明

信号源：

“2K同步正弦波”

模块1:

“PAM-SIN”

提供被抽样信号

信号源：

“CLK1”

模块1:

“PAMCLK”

提供抽样时钟

模块1:

“自然抽样输出”

模块1:

“IN”

将PAM信号进行译码

2）将K1设为“自然”，用“PAM-SIN”信号做示波器的触发源，用双踪示波器对比观测“PAM-SIN”和“OUT”波形。

7、将信号源产生的音乐信号输入到模块1的“PAM-SIN”，“自然抽样输出”和“IN”相连，PAM解调信号输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。

自然抽样波形：

平顶抽样波形：

解码后PAM波形与原信号：

七、心得体会

通过本次实验我加深对脉冲幅度调制的原理的理解，所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。

如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。

通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。

实验二脉冲编码调制解调实验

一、实验目的

1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。

2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。

3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。

4、了解大规模集成电路W681512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。

4、改变位同步时钟，观测脉冲编码调制波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、②号模块一块

3、20M双踪示波器一台

4、立体声耳机一副

5、连接线若干

四、实验原理

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。

五、输入、输出点参考说明

1、输入点说明

MCLK：

芯片工作主时钟，频率为2.048M。

SININ-A：

模拟信号输入点。

BSX：

PCM编码所需时钟信号输入点。

BSR：

PCM解码所需时钟信号输入点。

FSXA：

PCM编码帧同步信号输入点。

FSRA：

PCM解码帧同步信号输入点。

PCMIN-A：

PCM解调信号输入点。

EARIN1：

耳机语音信号输入点。

MICOUT1：

麦克风语音信号输出点。

K1、K2：

A律、μ律切换开关

2、输出点说明

PCMAOUT-A：

脉冲编码调制信号输出点。

SINOUT-A：

PCM解调信号输出点。

六、实验步骤

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。

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

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。

5）改变位时钟为2.048M（将S4设为“0100”），观测PCM调制和解调波形。

6）改变K1、K2开关，观测PCM调制和解调波形。

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）。

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）

6、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）

（S4为0111）PCM编码波形：

（S4为0111）PCM译码波形：

（S4为0100）PCM编码波形：

（S4为0100）PCM译码波形：

（f>3400Hz）PCM编码波形：

（f>3400Hz）PCM译码波形：

（f<300Hz）PCM编码波形：

（f<300Hz）PCM译码波形：

七、心得体会

通过这次脉冲幅度调制实验，使加深脉冲幅度调制的特点的理解，通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深了对这种调制方式的优缺点的理解。

实验三振幅键控（ASK）调制与解调实验

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、实验内容

1、观察ASK调制信号波形

2、观察ASK解调信号波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、③号模块一块

3、④号模块一块

4、⑦号模块一块

5、20M双踪示波器一台

6、连接线若干

四、基本原理

1、2ASK调制原理。

在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。

使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK）。

2、2ASK解调原理。

2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法。

五、测试点说明

1、信号输入点参考说明

ASK-NRZ：

ASK基带信号输入点。

ASK载波：

ASK载波信号输入点。

ASKIN：

ASK调制信号输入点。

ASK-BS：

ASK解调位同步时钟输入点。

2、信号输出点参考说明

ASK-OUT：

ASK调制信号输出点。

TH2：

ASK信号经低通滤波器后的信号观测点。

ASK-DOUT：

ASK解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）。

OUT1：

ASK解调信号输出点。

六、实验步骤

（一）ASK调制实验

1、将信号源模块和模块3、4、7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、按照下表进行实验连线：

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN（8K）

模块3：

ASK-NRZ

S4拨为1100，PN是8K伪随机序列

信号源：

64K同步正弦波

模块3：

ASK载波

提供ASK调制载波，幅度为4V

3、以信号输入点“ASK-NRZ”的信号为内触发源，用示波器观察点“ASK-OUT”输出，即为PN码经过ASK调制后的波形。

4、通过信号源模块上的拨码开关S4控制产生PN码的频率，改变送入的基带信号，重复上述实验；也可以改变载波频率来实验。

5、实验结束关闭电源。

（二）ASK解调实验

1、接着上面ASK调制实验继续连线：

源端口

目的端口

连线说明

模块3：

ASK-OUT

模块4：

ASKIN

ASK解调输入

模块4：

ASK-DOUT

模块7：

DIN

锁相环法位同步提取信号输入

模块7：

BS

模块3：

ASK-BS

提取的位同步信号

2、将模块7上的拨码开关S2拨为“ASK-NRZ”频率的16倍，如：

“ASK-NRZ”选8K时，S2选128K，即拨“1000”。

观察模块4上信号输出点“ASK-DOUT”处的波形，把电位器W3顺时针拧到最大，并调节的电位器W1（改变判决门限），直到在“ASK-DOUT”处观察到稳定的PN码。

3、观察ASK解调输出“OUT1”处波形，并与信号源产生的PN码进行比较。

调制前的信号与解调后的信号形状一致，相位有一定偏移。

4、通过信号源模块上的拨码开关S4控制产生PN码，改变送入的基带信号，重复上述实验；也可以改变载波频率来实验。

5、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据与波形，完成实验报告。

调制时ASK-OUT：

解调时ASK-OUT：

稳定PN码：

PN码与OUT1对比：

七、心得体会

通过此次实验，使我更加地了解用键控法产生ＡＳＫ信号的方法，更深地懂得了ASK非相干解调的原理。

观察到ASK调制和解调地波形。

也使我更加熟练地操作示波器。

分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

实验四移频键控FSK调制与解调实验

一、实验目的

1、掌握用键控法产生FSK信号的方法。

2、掌握FSK过零检测解调的原理。

二、实验内容

1、观察FSK调制信号波形。

2、观察FSK解调信号波形。

3、观察FSK过零检测解调器各点波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、③号模块一块

3、④号模块一块

4、⑦号模块一块

5、20M双踪示波器一台

6、连接线若干

四、实验原理

1、2FSK调制原理。

2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为

时代表传0，载频为

时代表传1。

显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以

和

为载频、以

和

为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。

2、2FSK解调原理

FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等。

五、测试点说明

1、输入点参考说明

FSK调制模块：

FSK-NRZ：

FSK基带信号输入点。

FSK载波A：

A路载波输入点。

FSK载波B：

B路载波输入点。

FSK解调模块：

FSKIN：

FSK调制信号输入点。

FSK-BS：

FSK解调位同步时钟输入点。

2、输出点参考说明

FSK调制模块：

TH7：

FSK-NRZ经过反相后信号观测点。

FSK-OUT：

FSK调制信号输出点。

FSK解调模块：

TH7：

FSK调制信号经整形1（U6LM339）后的波形观测点。

TH8：

FSK调制信号经单稳（U10A74LS123）的信号观测点。

TH9：

FSK调制信号经单稳（U10B74LS123）的信号观测点。

TH10：

FSK调制信号经两路单稳后相加信号观测点。

TH11：

FSK信号经低通滤波器后的输出信号

FSK-DOUT：

FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）。

OUT2：

FSK解调信号输出点。

六、实验步骤

（一）FSK调制实验

1、将信号源模块和模块3、4、7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、按照下表进行实验连线：

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

PN（8K）

模块3：

FSK-NRZ

S4拨为“1100”，PN是8K伪随机码

信号源：

128K同步正弦波

模块3：

载波A

提供FSK调制A路载波，幅度为4V

信号源：

64K同步正弦波

模块3：

载波B

提供FSK调制B路载波，幅度为3V

3、将模块3上拨码开关S1都拨上。

以信号输入点“FSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。

4、单独将S1拨为“01”或“10”，在“FSK-OUT”处观测单独载波调制波形。

5、通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出，重复上述实验。

6、实验结束关闭电源。

（二）FSK解调实验

1、接着上面FSK调制实验继续连线：

源端口

目的端口

连线说明

模块3：

FSK-OUT

模块4：

FSKIN

FSK解调输入

模块4：

FSK-DOUT

模块7：

DIN

锁相环法位同步提取信号输入

模块7：

BS

模块4：

FSK-BS

提取的位同步信号

2、将模块7上的拨码开关S2拨为“1000”，观察模块4上信号输出点“FSK-DOUT”处的波形，并调节模块4上的电位器W5（顺时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PN码。

3、用示波器双踪分别观察模块3上的“FSK-NRZ”和模块四上的“OUT2”处的波形，将“OUT2”处FSK解调信号与信号源产生的PN码进行比较。

4、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。

“FSK-NRZ”和“FSK-OUT”对比：

稳定PN码：

PN码与OUT2对比：

七、心得体会

经过这次试验，对FSK解调有了更深刻的认识，通过对EWB软件的使用,我明白了如何使用EDA软件来弥补实验未得到的结果，收益颇多.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，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。

通过此综合实验，应达到．进一步加深对数字调制中的移频键控FSK调制器与解调器工作原理及电路组成的理解与掌握。

学会综合地、系统地应用已学到的知识，对移频键控FSK调制与解调系统电路的设计与仿真方法，提高独立解决问题的能力。

分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。

实验五码型变换实验

一、实验目的

1、了解几种常用的数字基带信号。

2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

3、掌握常用CPLD实现码型变换的方法。

二、实验内容

1、观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。

2、观察全0码或全1码时各码型的波形。

3、观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。

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

5、自行设计码型变换电路，下载并观察波形。

三、实验器材

1、信号源模块一块

2、⑥号模块一块

3、⑦号模块一块

4、20M双踪示波器一台

5、连接线若干

四、实验原理

（一）基本原理

该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。

接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。

若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。

（二）编码规则

1、NRZ码

NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。

例如：

2、RZ码

RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。

3、AMI码

AMI码的全称是传号交替反转码。

这是一种将信息代码0（空号）和1（传号）按如下方式进行编码的码：

代码的0仍变换为传输码的0,而把代码中的1交替地变换为传输码的+1，-1，+1，-1，……。

4、HDB3码

HDB3码是对AMI码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。

其编码规则如下：

先检查消息代码（二进制）的连0情况，当没有4个或4个以上连0串时，按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一非0符号（+1或-1）同极性的符号，用V表示（即+1记为+V，-1记为-V），为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。

当两个相邻V符号之间有奇数个非0符号时，用取代节“000V”取代4连0信息码；当两个相邻V符号间有偶数个非0符号时，用取代节“B00V”取代4连0信息码。

5、CMI码

CMI码是传号反转码的简称，其编码规则为：

“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。

6、BPH码

BPH码的全称是数字双相码（DigitalBiphase），又称Manchester码，即曼彻斯特码。

它是对每个二进制码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码，编码规则之一是：

0→01（零相位的一个周期的方波）

1→10（π相位的一个周期的方波）

五、输入、输出点参考说明

1、输入点说明

NRZ：

NRZ码输入点。

BS：

编码时钟输入点。

BSR：

解码时钟输入点。

IN-A：

正极性HDB3/AMI码编码输入点。

IN-B：

负极性HDB3/AMI码编码输入点。

DIN1：

正极性HDB3/AMI码解码输入点。

DIN2：

负极性HDB3/AMI码解码输入点。

HDB3/AMI-IN：

HDB3/AMI码编码输入点。

2、输出点说明

DOUT1：

编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。

选择AMI、HDB3码型时，为正极性编码输出。

DOUT2：

编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。

选择AMI、HDB3码型时，为负极性编码输出，选择其它码型时，无输出。

OUT-A：

正极性HDB3/AMI码解码输出点。

OUT-B：

负极性HDB3/AMI码解码输出点。

HDB3/AMI-OUT：

HDB3/AMI码编码输出点。

NRZ-OUT：

解码输出。

六、实验步骤

1、CMI，RZ，BPH码编解码电路观测

1）将信号源模块和模块6、7固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。

2）通过模块6上的拨码开关S1选择码型为CMI码，即“00100000”。

3）信号源模块上S4、S5都拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“01010101”“00110011”。

4）对照下表完成实验连线

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

NRZ（8K）

模块6：

NRZIN

8KNRZ码基带传输信号输入

信号源：

CLK2（8K）

模块6：

BS

提供编译码位时钟

模块6：

DOUT1

模块6：

DIN1

电平变换的编码输入A

模块6：

DOUT1

模块7：

DIN

提取编码数据的位时钟。

模块7：

BS

模块6：

BSR

提取的位时钟给译码模块

5）将模块7的S2设置为“0111”

6）以“NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测编码输出“DOUT1”波形。

7）以“NRZIN”为内触发源，用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。

8）拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、BP