通信原理课程设计.docx

通信原理课程设计.docx

《通信原理课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理课程设计.docx（61页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通信原理课程设计

题目一：

实验二十一数字基带传输系统实验一

一、实验目的

1、掌握数字基带传输系统的基本架构。

二、实验内容

1、双路模拟信号分别PCM编码、再时分复用送入信道传输。

2、从接收到的复用信号中提取同步信号并时分解复用、再分别PCM译码还原。

三、实验仪器

1、信号源模块两块

2、信源编码模块两块

3、时分复用模块一块

4、信道与眼图模块一块

5、同步提取模块一块

6、20M双踪示波器一台

7、带话筒立体声耳机两副

四、实验原理

1、数字基带传输系统发送部分

数字基带传输系统发送部分框图如下图21-1所示。

图21-1数字基带传输系统发送部分框图

双路模拟信号规定在音频范围内，可由信号源模块提供1K正弦基波和2K正弦基波，或者由两块信号源模块分别提供模拟语音信号。

PCM编码所需时钟信号，即2048K、64K和8K数字时钟由一块信号源模块提供。

将双路模拟信号分别送入两块信源编码模块中PCM编码。

编码数据连同时钟信号一起送入时分复用模块时分复用输入，作为时分复用的第一路复用数据和第二路复用数据。

时分复用信号在信道与眼图模块中选择高斯白噪信道或256K数字基带传输信道传输。

2、数字基带传输系统接收部分

数字基带传输系统接收部分框图如下图21-2所示。

图21-2数字基带传输系统接收部分框图

从信道接收到的信号送入同步提取模块中提取256K位同步信号BS及基带帧同步信号FS，两同步信号与接收到的复用信号一起给时分复用模块进行时分解复用。

时分解复用还原出来的“数据1”、“数据2”连同位同步、帧同步信号一起分别送入两块信源编码模块中PCM译码，还原出模拟信号。

五、实验步骤

1、将两块信号源模块、两块信源编码模块、时分复用模块、信道与眼图模块、同步提取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，再分别按下七个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，七个模块均开始工作。

（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、数字基带传输发送端

（1）这里以信号源模块提供“1K正弦基波”和“2K正弦基波”为例，将“2K正弦基波”的幅度调节至3V左右。

（2）将双路模拟信号，及所需的2048K、64K和8K数字时钟信号分别送入两块信源编码模块中PCM编码。

（3）编码数据连同时钟信号一起送入时分复用模块时分复用输入，作为时分复用的第一路复用数据和第二路复用数据。

（4）参考实验连线如下：

信号源模块信源编码模块一

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

2K正弦基波——————S－IN

信号源模块信源编码模块二

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

1K正弦基波——————S－IN

信号源模块时分复用模块

2048K—————————2048K

64K——————————位同步（时分复用输入）

8K——————————帧同步（时分复用输入）

信源编码模块一时分复用模块

PCM－OUT———————数据1（时分复用输入）

信源编码模块二时分复用模块

PCM－OUT———————数据2（时分复用输入）

（5）时分复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01任意设置。

（6）示波器观测数字基带传输发送端各测试点信号

4、信道与眼图

将时分复用数据送入信道与眼图模块高斯白噪信道或256K数字基带传输信道传输，从信道输出的信号再送到时分复用模块时分解复用输入“数据”测试点中。

观测此时256K码速率带限信道的眼图。

5、数字基带传输接收端

（1）参考“时分复用实验”、“位同步信号提取实验”和“帧同步信号提取实验”的实验操作步骤，将接收到的时分复用信号进行时分解复用。

（2）将时分解复用输出的两路数据分别交叉送入两块信源编码模块中PCM译码还原。

6、模拟语音信号的数字基带传输

将两副带话筒立体声耳机分别插入两块信号源模块的音频插座中。

原信号源模块“2K正弦基波”、“1K正弦基波”改为由信号源模块模拟语音信源提供的模拟信号，即“T-OUT”输出话音信号。

双路语音信号经PCM编码、时分复用、信道传输、时分解复用并交换、PCM译码后，还原的模拟语音分别送入信号源模块模拟语音信源“R-IN”测试点，双方耳机接收对方话筒语音信号，完成双路模拟语音信号数字基带传输的整个过程。

实验二十二数字基带传输系统实验二

一、实验目的

1、将基带码型变换技术融入数字基带传输系统的基本架构中。

2、掌握模拟信源的数字基带传输系统框图。

二、实验内容

1、双路模拟信号分别PCM编码、时分复用、再基带码型变换后送入信道传输。

2、从接收到的复用信号中提取同步信号并码型反变换，再提取同步信号并时分解复用，然后分别PCM译码还原。

三、实验仪器

1、信号源模块两块

2、信源编码模块两块

3、时分复用模块一块

4、码型变换模块一块

5、信道与眼图模块一块

6、同步提取模块一块

7、20M双踪示波器一台

8、带话筒立体声耳机两副

四、实验原理

1、数字基带传输系统发送部分

将基带码型变换技术融入数字基带传输系统的基本架构后，数字基带传输系统发送部分框图如下图22-1所示。

图22-1数字基带传输系统发送部分框图

上图中，双路模拟信号分别进行PCM编码，再送入复用模块中时分复用，参见“数字基带传输系统实验一”数字基带传输系统发射部分框图原理说明。

复用输出的256K数据，连同位同步、2BS同步信号一起，送入码型变换模块中进行BPH/CMI单极性码型变换。

输出的512K单极性码在信道与眼图模块中选择高斯白噪信道或512K数字基带传输信道传输。

2、数字基带传输系统接收部分

将码型变换技术融入数字基带传输系统的基本架构后，数字基带传输系统接收部分框图如下图22-2所示。

图22-2数字基带传输系统接收部分框图

从信道接收到的信号送入同步提取模块中提取512K位同步信号BS，与接收到的信号一起给码型变换模块BPH/CMI码型反变换。

码型变换模块解码输出“NRZ”、“BS”送入同步提取模块中提取帧同步信号FS，然后三个信号一起给时分解复用模块进行时分解复用。

时分解复用还原出来的“数据1”、“数据2”连同位同步、帧同步信号一起分别送入两块信源编码模块中PCM译码，还原出模拟信号。

五、实验步骤

1、将两块信号源模块、两块信源编码模块、时分复用模块、码型变换模块、信道与眼图模块、同步提取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，再分别按下八个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，八个模块均开始工作。

（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、数字基带传输发送端

（1）这里以信号源模块提供“1K正弦基波”和“2K正弦基波”为例，将“2K正弦基波”的幅度调节至3V左右。

（2）将双路模拟信号，及所需的2048K、64K和8K数字时钟信号分别送入两块信源编码模块中PCM编码。

（3）编码数据连同时钟信号一起送入时分复用模块时分复用输入，作为时分复用的第一路复用数据和第二路复用数据。

（4）将时分复用输出数据送入码型变换模块，选择BPH/CMI单极性编码。

（5）参考实验连线如下：

信号源模块信源编码模块一

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

2K正弦基波——————S－IN

信号源模块信源编码模块二

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

1K正弦基波——————S－IN

信号源模块时分复用模块

2048K—————————2048K

64K——————————位同步（时分复用输入）

8K——————————帧同步（时分复用输入）

信源编码模块一时分复用模块

PCM－OUT———————数据1（时分复用输入）

信源编码模块二时分复用模块

PCM－OUT———————数据2（时分复用输入）

时分复用模块码型变换模块

数据（时分复用输出）———NRZ（编码输入）

位同步（时分复用输出）——BS（编码输入）

2BS同步（时分复用输出）——2BS（编码输入）

（6）时分复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01任意设置。

（7）码型变换模块“码型选择”BPH或者CMI编码。

（8）示波器观测数字基带传输发送端各测试点信号

4、信道与眼图

将码型变换编码数据送入信道与眼图模块高斯白噪信道或512K数字基带传输信道传输，从信道输出的信号再送到码型变换模块解码输入“单极性”测试点中。

观测此时512K码速率带限信道的眼图。

5、数字基带传输接收端

（1）参考“码型变换实验”、“时分复用实验”、“位同步信号提取实验”和“帧同步信号提取实验”的实验操作步骤，将接收到的BPH/CMI编码信号进行码型反变换。

（2）将码型反变换后的解码输出提取帧同步信号后，送时分复用模块进行时分解复用。

（3）将时分解复用输出的两路数据分别交叉送入两块信源编码模块中PCM译码还原。

6、模拟语音信号的数字基带传输

将两副带话筒立体声耳机分别插入两块信号源模块的音频插座中。

原信号源模块“2K正弦基波”、“1K正弦基波”改为由信号源模块模拟语音信源提供的模拟信号，即“T-OUT”输出话音信号。

双路语音信号经PCM编码、时分复用、单极性码型变换、信道传输、码型反变换、时分解复用并交换、PCM译码后，还原的模拟语音分别送入信号源模块模拟语音信源“R-IN”测试点，双方耳机接收对方话筒语音信号，完成双路模拟语音信号数字基带传输的整个过程。

附子实验

实验十眼图实验

一、实验目的

1、掌握用眼图来定性评价基带传输系统性能。

二、实验内容

1、码间串扰下，观测眼图“眼睛”张开/闭合。

2、噪声干扰下，观测眼图“眼睛”张开/闭合。

三、实验仪器

1、信号源模块一块

2、信源编码模块一块

3、时分复用模块一块

4、码型变换模块一块

5、信道与眼图模块一块

6、20M双踪示波器一台

四、实验原理

眼图原理参见“信道与眼图模块”原理部分阐述。

五、实验步骤

1、将信号源模块、信源编码模块、时分复用模块、码型变换模块、信道与眼图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，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，五个模块均开始工作。

（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、码间串扰下，观测眼图“眼睛”张开/闭合

（1）参见“时分复用实验”操作步骤，简化为仅一路模拟信号PCM编码后时分复用。

（2）将产生的256K码速率的时分复用数据送入信道与眼图模块“256K”数字基带传输信道“输入”测试点。

（3）示波器设定为外触发方式，即选择为“Ext”触发。

1通道接信道与眼图模块“256K”数字基带传输信道“输出”，“EXTTRIG”外触发通道接时分复用模块时分复用输出“位同步”，调节信道与眼图模块“256K码速率带限信道”“眼图调节”旋转电位器，观测码间串扰条件下，眼图“眼睛”的张开/闭合过程。

（4）参见“码型变换实验”操作步骤，将以上时分复用数据先送码型变换模块经单极性码型变换，再将产生的512K码速率的BPH/CMI编码送入信道与眼图模块“512K”数字基带传输信道“输入”测试点。

（5）示波器设定为外触发方式，即选择为“Ext”触发。

1通道接信道与眼图模块“512K”数字基带传输信道“输出”，“EXTTRIG”外触发通道接码型变换模块编码输出“位同步”，调节信道与眼图模块“512K码速率带限信道”“眼图调节”旋转电位器，观测码间串扰条件下，眼图“眼睛”的张开/闭合过程。

4、噪声干扰下，观测眼图“眼睛”张开/闭合

将高斯白噪信道加入到以上传输过程中，例如，将时分复用数据先送入高斯白噪信道，再送入256K数字基带传输信道中，观测眼图的方法不变，调节“高斯白噪信道噪声功率调节”旋转电位器，观测在噪声干扰条件下，眼图“眼睛”的张开/闭合过程。

实验八时分复用实验（TDM）

一、实验目的

1、了解时分复用的基本概念。

2、掌握时分复用与解复用的原理框图。

3、掌握时分复用信号的结构。

二、实验内容

1、双路模拟信号分别PCM编码、再时分复用，观测时分复用信号。

2、对时分复用信号进行时分解复用，再分别PCM译码还原。

三、实验仪器

1、信号源模块两块

2、信源编码模块两块

3、时分复用模块一块

4、20M双踪示波器一台

5、带话筒立体声耳机两副

四、实验原理

1、时分复用原理框图

时分复用原理框图如下图8-1所示。

图8-1时分复用原理框图

两路PCM编码连同位同步BS、帧同步FS一起，送入时分复用模块时分复用输入对应插孔，PCM编码的码速率是64K，位同步BS的频率是64K，帧同步FS的频率是8K。

在时分复用过程中，工作时钟为2048K，先由两个移位寄存器对数据1和数据2串/并转换为8位并行数据输出。

然后数据选择器在帧同步信号FS的控制下，按照复用BS的位同步，轮流选通帧头、数据1、数据2、数据3，组成复用NRZ数据串行输出。

时分复用输出的位同步信号频率设定为输入位时钟64K的四倍，即256K。

时分复用输出一帧32位，故帧同步信号的频率为位同步信号的1/32，即8K，且为窄帧。

时分复用输出信号的结构见下图8-2所示。

图8-2时分复用输出信号的结构

2、时分解复用原理框图

时分解复用原理框图如下图8-3所示。

图8-3时分解复用原理框图

复用数据连同对应的位同步BS、帧同步FS一起，送入时分复用模块时分解复用输入对应插孔，复用数据的码速率是256K，位同步BS的频率是256K，帧同步FS是8K窄帧。

在时分解复用过程中，工作时钟仍为2048K，先由三个移位寄存器对复用数据串/并转换为24位并行数据输出，原复用数据中的帧头自动丢弃。

然后数据选择器在帧同步信号FS的控制下，按照解复用输出的位同步信号，恢复原数据1、数据2、数据3，按照解复用输出的帧同步信号，每帧8位串行输出。

时分解复用输出的位同步信号频率恢复为原复用输入的位时钟64K。

时分解复用输出的帧同步信号频率恢复为原复用输入的帧时钟8K。

解复用输出的数据连同解复用输出的位同步、帧同步一起，再送入信源编码模块中，PCM译码还原即可。

五、实验步骤

1、将两块信号源模块、两块信源编码模块、时分复用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，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，五个模块均开始工作。

（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、时分复用

（1）这里以信号源模块提供“1K正弦基波”和“2K正弦基波”为例，将“2K正弦基波”的幅度调节至3V左右。

（2）实验连线如下：

信号源模块信源编码模块一

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

2K正弦基波——————S－IN

信号源模块信源编码模块二

2048K—————————2048K－IN

64K——————————CLK－IN

8K——————————FRAM－IN

1K正弦基波——————S－IN

信号源模块时分复用模块

2048K—————————2048K

64K——————————位同步（时分复用输入）

8K——————————帧同步（时分复用输入）

信源编码模块一时分复用模块

PCM－OUT———————数据1（时分复用输入）

信源编码模块二时分复用模块

PCM－OUT———————数据2（时分复用输入）

（3）时分复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01任意设置。

（4）示波器观测两块信源编码模块PCM编码。

（5）以时分复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分复用输出“帧同步”、“数据”测试点，验证“数据”是否符合时分复用输出信号的结构。

此时，时分复用输出“位同步”为256K方波信号。

（6）改变信号源模块“2K正弦基波”的幅度，改变复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01设置，重复上述实验步骤。

4、时分解复用

（1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下：

时分复用模块内连线

数据（时分复用输出）———数据（时分解复用输入）

位同步（时分复用输出）——位同步（时分解复用输入）

帧同步（时分复用输出）——帧同步（时分解复用输入）

时分复用模块信源编码模块二

2048K————————————J2048K－IN

数据1（时分解复用输出）———JPCM－IN

位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN

帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN

时分复用模块信源编码模块一

2048K————————————J2048K－IN

数据2（时分解复用输出）———JPCM－IN

位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN

帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN

（2）以时分解复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分解复用输出“帧同步”、“数据3”测试点，“数据3”码型应与“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关码型设置一致。

若“帧同步”信号对应的不是“数据3”的第一位拨码，尝试按“复位”键。

（3）示波器对比观测时分复用模块时分复用输入“数据1”、“数据2”及时分解复用输出“数据1”、“数据2”测试点，对应的两者码型应一致。

（4）示波器双踪观测信源编码模块一“S-IN”与信源编码模块二“JPCM-OUT”测试点，对比“2K正弦基波”还原的效果。

（5）示波器双踪观测信源编码模块二“S-IN”与信源编码模块一“JPCM-OUT”测试点，对比“1K正弦基波”还原的效果。

5、双路模拟语音信号的时分复用

将两副带话筒立体声耳机分别插入两块信号源模块对应的音频插座中。

原信号源模块“2K正弦基波”、“1K正弦基波”改为由两块信号源模块模拟语音信源提供的模拟信号，即“T-OUT”输出话音信号。

双路语音信号经PCM编码、时分复用、时分解复用并交换、PCM译码后，还原的模拟语音分别送入两块信号源模块模拟语音信源“R-IN”测试点，双方耳机接收对方话筒语音信号，完成双路模拟语音信号时分复用的整个过程。

实验十六位同步信号提取实验

一、实验目的

1、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理与实现方法。

2、了解位同步系统的性能分析。

二、实验内容

1、观察数字锁相环提取位同步信号的过程。

2、提取信号源模块NRZ码的位同步信号。

三、实验仪器

1、信号源模块一块

2、同步提取模块一块

3、20M双踪示波器一台

四、实验原理

实验中基于闭环同步法的原理，设计数字锁相环，提取位同步信号。

数字锁相环提取位同步信号原理框图如下图16-1所示。

图16-1数字锁相环提取位同步信号原理框图

数字锁相环是由高稳定度振荡器（晶振或钟振）、分频器、相位比较器和控制器组成。

其中，控制器包括上图中的扣除门、添加门和或门。

设要提取的位同步信号的频率为

，则要求振荡器的振荡频率为M

赫兹，其中M为分频器的分频系数。

窄脉冲形成器的作用是将振荡波形变成两个脉冲，分别送给添加门和扣除门。

要求这两个脉冲相位刚好相差180°。

添加门为常闭门，在没有滞后脉冲控制时，这里的滞后脉冲和超前脉冲由相位比较器比较后产生，此门始终关闭，输出低电平；扣除门为常开门，在没有超前脉冲控制时，来自振荡器的窄脉冲信号顺利通过扣除门。

振荡器窄脉冲经或门送入M次分频器中分频，输出频率为

赫兹的脉冲信号。

该信号再经过脉冲形成电路，输出规则的位同步信号。

相位比相器反映接收码元与M次分频器的输出信号，即本地时钟信号，之间的相位关系。

如本地时钟信号超前于接收码元的相位，则比相器输出一个超前脉冲，加到扣除门，扣除一个振荡脉冲，这样分频器的输出脉冲的相位就滞后了1/M周期。

如本地时钟信号滞后于接收码元的相位，则比相器输出一个滞后脉冲，加到添加门，控制添加门打开，加入一个振荡脉冲到或门。

由于加到添加门的与加到扣除门的两个振荡脉冲信号的相位相差180°，即这两个信号在时间上是错开的，因此当从添加门加入一个窄脉冲到或门时，相当于在扣除门输出的振荡信号中间插入了一个窄脉冲，也就使分频器输入端添加了一个脉冲，这样分频器输出相位就提前了1/M周期。

整个数字锁相环路按上述方式，反复调整本地时钟信号，以实现位同步。

同步提取模块采用数字锁相环提取位同步信号。

接收端收到NRZ码数据后，已知码速率，设定相应的M次分频器的分频系数M，使数字锁相环从接收NRZ码中恢复出与发端频率相同的码元时钟信号。

数字基带传输系统提取256K和512K两种码速率NRZ码的位同步信号，即256K时分复用数据提取位同步信号和512K时分复用再单极性码型变换数据提取位同步信号。

数字频带传输系统提取96K和192K两种码速率NRZ码的位同步信号，即数字调制与解调单元实验中96KNRZ码位同步信号和数字频带传输系统实验中192KNRZ码位同步信号。

五、实验步骤

1、将信号源模块、同步提取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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。

（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、实验连线如下：

信号源模块同步提取模块

24.576M—————————CLK

NRZ——————————NRZ输入（位同步提取）

4、96KNRZ码

（1）信号源模块“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为0000000000001000。

24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。

（2）同步提取模块“位提取选择”拨码开关拨为1000。

（3）示波器双踪观测同步提取模块位同步提取“NRZ输入”与“BS输出”测试点，有“BS输出”为“NRZ输入”的位同步信号，且在上升边沿对齐。

（4）若不在上升边沿对齐，尝试按“复位”键。

5、192K、256K、512K位同步提取操作步骤与96K相同，这里不再赘述。

六、课后扩展题

参照数字锁相环提取位同步信号原理框图，有兴趣的同学可在实验箱配套的CPLD二次开发模块硬件平台上，完成“位同步提取实验”。

实验十七帧同步信号提取实验

一、实验目的

1、掌握用集中插入法提取帧同步信号的原理与实现方法。

2、了解帧同步系统的性能分析。

二、实验内容

1、观察集中插入法提取帧同步信号的过程。

2、提取时分复用模块时分复用数据的帧同步信号。

3、提取信号源模块NRZ码的帧同步信号。

三、实验仪器

1、信号源模块一块

2、同步提