《通信系统基础实验》实验指导书1.docx
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《通信系统基础实验》实验指导书1
《通信系统基础实验》
实验指导书
计算机与通信学院
2011年3月
课程说明
一、先修课程：
《模拟电路》、《数字电路》、《高频电子线路》、《通信原理》等
二、课程的性质和任务：
本课程是与《通信原理》等课程配套的一门实验课程，通过本课程的学习，使学生进一步加深对通信原理基本概念的理解和基本理论的掌握，培养学生通信系统原理实验的基本技能，提高学生的专业综合素质和工程实践的能力，为深入学习通信后续各门课程打下良好基础。
三、基本内容与要求
序号
实验项目名称
学时
实验
类别
报告
要求
一
通信原理多种信号的产生及通信话路终端语音信号传输实验
2
验证
无
二
脉冲幅度调制（PAM）实验
2
验证
无
三
脉冲编码调制（PCM）实验
2
验证
有
四
FSK调制解调实验
2
综合
有
五
通信系统综合实验
4
综合
有
六
数字同步技术
2
验证
有
七
基本锁相环、锁相式数字频率合成器系统实验
2
验证
无
八
1
多种信号源晶体振荡器电路设计
16
设计
有
2
二进制相移键控（2PSK）调制电路设计
3
集成电路实现AM、DSB调幅与解调系统电路设计
4
斜率鉴频器电路设计
5
频率合成器电路设计
6
伪随机码发生器电路设计
7
相位鉴频器电路设计
8
调频波信号发生器电路设计
9
二进制频移键控（2FSK）调制电路设计
10
共射-共基型调谐放大器设计
兰州理工大学
2011年春季学期
《通信系统基础实验》课程
实验报告资料袋
姓名：
胡家琪学号：
专业班级：
通信工程（08）级（4）班
指导教师：
陈昊成绩：
内装资料：
序号
实验报告
实验类型
1
交换原理及数字程控交换综合实验报告
综合
2
脉冲编码调制（PCM）实验报告
验证
3
FSK调制解调实验报告
综合
4
通信系统综合实验报告
综合
5
数字同步技术实验报告
验证
6
频率合成器电路设计
设计
兰州理工大学学生实验报告
课程名称：
通信系统基础实验
实验名称：
专业：
通信工程
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
陈昊
实验一通信原理多种信号的产生和通信话路终端语音信号传输实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.多种数字信号产生及形成实验
2.帧同步信号识别、提取与分析实验
3.伪随机码观察测量分析实验
4.正弦波信号产生实验
一.实验目的
1.了解多种时钟信号的产生方法。
2.掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法。
3.了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程。
4.了解通信话路终端语音信号的传输过程
5.掌握滤波器电路在通信话路终端接收电路中的作用
二.多种信号产生电路工作原理
时钟信号乃是其它各级电路的重要组成部分，在通信电路及其它电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。
（一）电路组成
信号发生器电路是供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其他有用信号与测试信号，由以下电路组成：
1.内时钟信号源。
2.多级分频及脉冲编码调制PCM系统收发帧同步信号产生电路。
3.伪随机序列码产生电路。
4.简易正弦信号发生器电路。
图1-1信号发生器CLK电路原理框图
图1-2信号发生器CLK电路图
三.通信话路终端语音信号传输实验电路工作原理
在本实验中，话路终端语音传输电路方框图如图1-3可知：
1.PAM脉冲幅度调制电路
2.PCM脉冲编码调制电路
3.增量调制编译码电路
三部分都共用一个发送通道和接收通道，其中PAM、PCM、△M三部分电路在后面实验中分别介绍。
本次实验主要介绍：
话路终端发送与接收滤波。
话路终端发送电路由发送放大、波形编码等电路组成；接收电路由低通滤波、波形译码、电子开关、音频功放组成。
图1-3话路终端语音传输电路方框图
a.话路终端发送电路
话路终端发送电路如图1-4，在发送端，音频信号300Hz至3400Hz的输入都是从S201端口接入，经过发送通道的放大器放大后，信号幅度可由W001进行调节。
图1-4发送通道电路图
b.话路终端接收电路
话路终端接收电路如图1-5，在接收端，信号进入通信话路终端接收滤波器滤波与放大，信号幅度可由W003进行调节，信号由开关K001控制，最后由扬声器输出音频信号，如图1-6。
图1-5接收通道电原理图
图1-6音频功放输出电路图
四.实验报告要求
1.绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。
并列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据，对所测数据做简要分析说明、解释通信话路终端语音信号的传输过程。
2.绘出通信话路终端接收滤波器的带宽与幅频特性曲线。
3.若实验内容做不出来，请将其原因、现象、处理的过程在实验报告中加以说明。
有何实验体会?
五.讨论思考题
1、实验电路中内时钟信号源产生是由两级非门、晶振、电阻电容元件组成反馈式振荡器。
能否用其它形式的电路产生时钟信号，举例说明。
2、时钟信号的分频电路能否用其它方法产生，要求电路尽量简要、清楚。
有哪些方法？
画出原理图。
3、理解并分析正弦波信号发生器电路后，试再用其它方法产生正弦波信号。
举例说明，并画出电路图
实验二脉冲幅度调制（PAM）及系统实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.抽样定理实验
2.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验
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特点。
2.通过实验对电路组成、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.实验电路工作原理
（一）电路组成
脉冲幅度调制实验系统如图2-1所示，由输入放大电路、调制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路等四部分组成。
图2-1脉冲振幅调制电路原理框图
（二）实验电路工作原理
1.输入电路
该电路由话音输入、发送放大、限幅电路等组成。
由限幅二极管D601、D602组成双向限幅电路，防止外加输入信号幅度过大而损坏后面调制电路中的场效应管器件。
电原理图如2-2所示。
2.调制电路
调制电路见图2-2，图中的BG601这是一种单管调制器，采用场效应管3DJ6F，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好的满足调制要求。
取样脉冲由该管的S极加入，D极输入音频信号，由于场效应管良好的开关特性，在TP602处可以测到脉冲幅度调制信号，该信号为双极性脉冲幅度信号，不含直流分量。
3DJ6的G极为输出负载端，接有取样保持电路，由R601、C601以及R602等组成，由开关K601来控制，在做调制实验时，K601的2端与3端相连，能观察其取样定理的波形。
在做系统实验时，将K601的1端与2端相连，即与解调滤波电路连通。
3.脉冲发生电路
主要由555振荡器及其它元件组成，这是一个单谐振荡器电路，能产生极性、脉宽、频率可调的方波信号，可通过改变CA601的电容来实现输出脉冲振荡频率的变化，以便用来验证取样定理。
可在TP606处观测到脉冲振荡频率变化情况和输出的脉冲波形。
4.解调与滤波电路
解调滤波电路由集成运放电路TL084组成一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量直接影响着系统的工作状态。
该电路还用在接收通道电路中，即PCM译码、增量调制译码电路中，可在TP605处观测滤波器解调后的信号波形。
图2-2脉冲幅度调制PAM电原理图
三.实验内容
1.抽样定理实验
2.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验
四.实验步骤及注意事项
1.在S201处，送2KHz正弦波信号。
将K601的1端和2端相连，用示波器观测TP601～TP606各点波形。
2.将输入信号频率固定在2KHz，然后改变CA601的电容，即改变抽样频率fsample，使fsample＞2f、fsample=2f、fsample＜2f,用双踪示波器同步观察TP601处与TP605处的信号波形比较，以判断和验证取样定理在系统中的正确性，同时做详细记录和绘图，记下在系统通信状态下的奈奎斯特速率。
并分析比较。
五.测量点说明
1.TP601：
在S201输入端输入一个2000Hz的小幅度正弦波信号，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波了，因此信号波形幅度尽量小一些。
2.TP602：
抽样脉冲波形输出，其抽样脉冲波形由抽样电路（测量点TP606）决定，在抽样电路里，在CA601中插上电容，可改变抽样频率。
3.TP603：
抽样脉冲波形保持输出。
4.TP604：
收端PAM信号，由发端PAM调制信号送入，由开关K601的1脚与2脚相接。
5.TP605：
收端PAM解调信号输出，由通信话路终端接收滤波器输出，输出幅度的大小可由通信话路终端接收滤波器电路中的电位器W003进行调节。
6.TP606：
抽样信号输出，其抽样频率由CA601上的电容决定。
六.实验报告要求
1.绘出下表中所列的各观测点的波形、频率等有关数据，并对所测数据做简要分析说明。
TP601调制信号波形（信源）2KHz正弦波（0.1ms/div）
CA601所插电容（编号）
无电容
103
104
所插电容容值（pf）
TP606抽样信号频率（KHz）
TP606抽样信号波形
TP602PAM已调信号波形
TP605解调信号波形（信宿）
2.从频域的角度分析说明实验电路中调制与解调的过程。
实验三脉冲编码调制（PCM）及系统实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.脉冲编码调制（PCM）及系统实验
2.PCM编码时分多路复用时序分析实验
—.实验目的
1.加深对PCM编码过程的理解。
2.熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法。
3.了解PCM系统的工作过程。
二.实验电路工作原理
（一）PCM基本工作原理
脉冲编码调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。
脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。
PCM的原理如图3-1所示。
话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。
对于电话，ITU规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。
图3-1PCM的原理框图
三.实验内容
1.用同步信号源TP106的输出波形观察A律PCM八比特编码的实验
2.脉冲编码调制（PCM）及系统实验
3.PCM编码时分多路复用时序分析实验
具体内容方法如下：
a.在不加信号的情况下，用二踪示波器测量TP501-TP508各点处的波形，仔细观察。
b.从实验一中的信号发生器TP106输入一单音频正弦信号至S201，单音频正弦信号的幅度大小可由W102、W001进行调节，再测量TP501-TP508各点波形，仔细测量TP505的输出PCM数字信号，观察PCM输出的8比特码并作详细记录，画出各点波形并分析其相位关系。
c.外加信号输入一正弦信号至S201中，重复上述“2”的过程及步骤进行实验。
d.用音频夹子线连接，将外加广播信号源接入S201信号插座中，用二踪示波器观察输入、输出波形。
喇叭接在K001的1、2脚，仔细鉴别话音传输质量与效果。
图3-2PCM电路电原理图
四.测量点说明
1.TP501：
在S201输入端输入一个300～3400Hz的正弦波信号，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波了，因此信号波形幅度尽量小一些，方法是改变外部信号源的幅度大小。
2.TP502：
波形同TP501，但幅度可能被放大，也可能被减小，幅度可由通信话路终端发送滤波器电路中的电位器W001进行调节。
3.TP503：
频率为2.048MHz的主时钟信号。
TP503=TP101。
4.TP504：
频率为8KHz的分帧同步信号，TP504=TP104。
5.TP505：
PCM编码输出数字信号，数据的速率是64KHz，为8比特编码，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。
6.TP506：
PCM译码输入数字信号，波形同TP505，由开关K501的1与2相连。
7.TP507：
PCM译码输出模拟信号，波形同TP501。
8.TP508：
PCM译码输出模拟信号，波形同TP507，但幅度可能被放大，也可能被减小，幅度可由通信话路终端接收滤波器电路中的电位器W003进行调节。
五.实验报告要求
1.画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。
2.画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位关系。
测试点
实验现象绘图
TP501：
Hz正弦波
TP503：
频率为2.048MHz的主时钟信号
TP504：
频率为8KHz的分帧同步信号
TP505：
PCM编码信号
TP508：
PCM译码输出模拟信号
实验四FSK调制解调实验
综合性实验实验2学时
实验内容
1.频率键控（FSK）调制实验
2.频率键控（FSK）解调实验
一.实验目的
1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。
2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。
二.实验电路工作原理
图4-1FSK调制解调电原理框图
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较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。
数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。
数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。
若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。
本实验电路中，由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。
（一）FSK调制电路工作原理FSK调制解调电原理框图，如图4-1；图4-2是它的调制电路电原理图。
由图4-1可知，输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。
当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。
此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。
电路中的两路载频（f1、f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。
两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B（4066）。
图4-2FSK调制电路原理图。
（二）FSK解调电路工作原理
FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。
FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。
解调电路电原理图如图4-3所示。
FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。
MC14046集成电路内有两个数字式鉴相器（PDⅠ、PDⅡ）、一个压控振荡器（VCO），还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部。
压控振荡器的中心频率设计在32KHz。
图4-3中R917、R918、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R919、C904构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。
从要求环路能快速捕捉、
图4-3FSK解调电路原理图。
迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。
因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。
由图4-3可知，当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz载波（正弦波）经输入整形电路后变成矩形载波。
此时鉴相器PDⅡ输出端（引脚13）为低电平，锁定指示输出（引脚1）为高电平，鉴相器PDⅠ输出（引脚2）为低电平，PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A（74LS32）和U904∶B（74LS04）后输出为低电平，再经积分电路和非门U904∶C（74LS04）输出为高电平。
再经过U904∶D（74LS04）整形电路反相后从输出信号插座S902输出。
当输入信号为16KHz时，环路失锁。
此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PDⅠ后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示（第1引脚）输出为低电平，PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A与U904∶B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门U904∶C后输出为低电平。
可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。
只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。
三.实验内容
1.测试FSK调制电路TP901—TP907各测量点波形，并作详细分析。
2.测试FSK解调电路TP908—TP910各测量点波形，并作详细分析。
设置K9041–2接通，随机码码序列为：
，数字基带信号的速率2KHz。
（一）FSK调制实验
（1）按下按键开关：
K2、K100、K900。
（2）按一下“开始”与“FSK”功能键，显示代码“3”。
（3）跳线开关设置：
K1011–2、K9011–2、K9021–2。
（4）在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf~2400pf之间。
（二）FSK解调实验
1.接通跳线开关K9031–2脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。
2.观察FSK解调输出TP910波形，并作记录。
并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有延迟、失真。
四.讨论思考题
1.测试以下各测量点波形，并作详细分析。
测量点
实验现象绘图
TP901：
32kHz方波信号
TP902：
16kHz方波信号
TP903：
32kHz载波信号
TP904：
16kHz载波信号
TP905：
数字基带信源
TP907：
FSK信号输出
TP910：
数字基带信宿
2.改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
3.如有可能用Mutilsim软件仿真本次实验，并分析实验现象。
实验五通信系统综合实验
综合性实验实验4学时
实验内容
单台实验箱实现单工通信系统实验
一.实验目的
1.熟悉数字通信系统各级信号的波形。
2.理解信号在信道传输过程中的变换原理和方法。
3.了解数字通信系统性能的测试方法。
二.实验电路工作原理
图5-1单台实验箱实现单工通信系统实验
三.实验内容
单台实验箱实现单工通信系统实验。
四.实验步骤及注意事项
1.认真领会本次实验的指导思想，仔细分析实验电路的工作过程及原理。
在动手之前做到实验系统基本概念清楚。
综合实验目的明确。
2.对实验箱中的各部分电路元器件所在位置看准确、清楚。
3.根据实验内容中提到的步骤逐一进行。
五.实验报告要求
根据系统方框图，将2000Hz单音频信号作信号源输入，逐一进行通信系统综合实验。
根据实测记录，画出系统框图中以下各主要工作点（测试点）的波形，并分析实验现象。
增量调制编码
PSK调制
PSK解调
增量调制译码
TP201
TP305
TP703
TP802
TP202
TP309（BPSK）
TP803或TP804
TP203
TP309（BPSK）
第一部分增量调制编译码系统实验（编码部分）
实验内容
1.增量调制CVSD（
M）编码实验
2.工作时钟可变时
M编码比较实验
一.实验目的
1.掌握增量调制编码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。
2.了解不同速率的编码，以及低速率编码时的输出波形。
二.实验电路工作原理
（一）电路组成
图5-1-1是增量调制编码器实验结构框图,图5-1-2是电原理框图,图5-1-3是电原理图。
图5-1-1增量调制编码器实验结构框图
（二）电路工作原理
1.增量调制的工作原理
增量调制是由PCM发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM的一种特例。
增量调制编码基本原理是只用一位编码，这一位码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。
输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。
2.实验电路工作过程
由图可知，电路采用的是三连“1”、三连“0”压扩检测算法的连续可变斜率增量调制器。
它的核心部分是MC34115大规模集成电路。
1）芯片内部电路组成
由图5-1-2可知，MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：
模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V-I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。
2）编码电路的工作过程
由图5-1-3可知，音频模拟输入信号由输入插座S201进入，经过发送通道电路输出到电解电容E201，经过耦合至MC34115的模拟信号输入端，第1引脚，因为本实验是编码工作方式。
因此，CPU输出高电平送至本级U201（MC34115）的第15引脚。
此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚（ANI）输入的音频模拟信号与第2引脚（ANF）输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚（DOT）输出。
该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。
检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。
一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚（COIN端）输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚（SYL端），由内部电路决定，GC端电压与S
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