通信实验指导书.docx

1、通信实验指导书1 通信原理课程实验1.1 绪论1.1.1 课程内容及目的要求课程实验主要学习现代通信系统所涉及的基本原理、通信中常用的信号及噪声分析、通信系统的构成、原理及性能分析。通过本课程的学习，使学生能了解通信系统的基本组成和工作原理、掌握通信系统的基本分析方法和通信信号常用的调制解调技术。通过实验过程，使学生进一步认识模拟系统和数字系统的异同，了解系统不同模块的工作过程和相互间的关系，培养学生分析问题和解决实际问题的基本能力，为今后深入学习通信领域的新技术和新知识以及从事相关技术工作奠定坚实基础。1.1.2 实验准备及实验报告要求实验前应认真阅读实验指导书，明确实验目的，了解实验原理内

2、容，掌握实验步骤及注意事项。写出预习报告，具体内容包括：1 实验目的2 实验仪器设备连接框图并标明测量点3 实验记录表格及测试步骤4 实验指示书上规定的其它内容做完实验接着做总结写出实验报告内容包括1 实验仪器名称型号和编号2 实验数据整理实验现象分析3 实验方法及仪器使用总结4 思考题及相关问题讨论实验报告在实验完成后一周内交到实验室，一律用16开大小的纸撰写，实验波形一律画在坐标方格纸上。1.2 实验项目指导实验一 通信原理实验系统认识与信号测试一实验目的1.了解通信原理实验平台的结构及各部分功能2掌握实验平台信号测量方法3掌握相关测量仪器的使用方法二实验原理TCM-P模块化通信原理教学实

3、验装置采用包括模拟/数字信号源、工作电源的通用平台及九套实验模块组成的模块化平台式结构，便于系统的功能扩充。做实验时通用平台及实验模块使用连接线连接，增加实验动手实践性。模块使用支持多次开发的具有在系统可编程功能的ISP芯片，提供用户自主设计的功能，注重给实验者提供动手实践和自主设计的空间。该装置通过选配设备“数字信号显示仪”可连接计算机，并可将实验数据在计算计中进行处理、存储，方便编写实验报告。模拟信号输出：两路同频，六段：2Hz-20Hz，20Hz-200Hz，200Hz-2kHz，2kHz-20kHz，20kHz-200kHz，空幅值衰减：0dB，20dB峰峰值(Vp-p)0-24V正弦

4、波，方波，三角波数字信号输出：六路时钟信号，4.096MHz,2.048MHz,1.024MHz, /4.096MHz,/2.048MHz,/1.024MHz四路时钟脉冲，32KHz,8KHz,/32KHz,/8KHz两路可调时隙脉冲，8KHz,/8KHz两路可调码长和码速率的伪随机序列, 15bits,31bits,32bits,1000码输出电源：DC +5V(2A)DC -5V(0.1A)DC +12V(0.3A)DC -12V(0.3A)GND三实验设备与器材1TCM-P模块化实验平台2实验板3双通示波器（20 MHz以上）4万用表（可选）5频率计（100MHz）（可选）6扫频仪（50

5、MHz以上）（可选）四实验内容与记录使用万用表检测实验板的各电源接入点和GND之间是否有短路现象，如果有则禁止继续实验。用万用表或示波器确认实验平台电源的电压极性和电压值为+5V、-5V、+12V、-12v，在确认完全无误之前不允许把实验平台和实验板的电源连接。在连接实验平台和实验板的电源时请务必关断电源的开关。设计一实验方案，分别测量实验平台各输出信号的情况，记录相应的波形、幅度及脉冲宽度等数据。1通过测试了解通信原理实验平台的结构及各部分功能。2测量实验平台输出的各种信号，记录并分析各信号的质量。3相关仪器仪表的使用方法。六实验预习与思考题1什么是伪随机信号？怎样产生伪随机信号？2时钟信号

6、和脉冲信号在本实验系统中的作用是什么？七实验报告要求1整理实验数据画出相应信号的波形2分析实验所测得信号的波形质量和稳定性实验二 脉冲幅度调制PAM实验一实验目的1.观察抽样和分路脉冲的形成过程2验证并理解抽样定理，掌握对频谱混迭现象的分析方法二实验原理利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅PAM信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息并且从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。抽样定理在通信系统信息传输理论方面占有十分重要的地位，在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。本实验是传输语

7、音信号的PCM实验系统，出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。为了形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。抽样定理指出一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fH (即m（ t）的频谱中没有H f 以上的分量)，可以唯一地由频率大于或等于2 f H 的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400Hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800Hz的样值序列来表示抽样频率fS 和语音信号m(t) 的频谱。由信号频谱可知，用截止频率为f H 的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，实际上，考虑到低通滤

8、波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带。如果2 f S f H 就会出现频谱混迭的显象。在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率f S 的正弦波来代替实际的语音信号，采用标准抽样频率f H =8KHz，改变音频信号的频率f S，分别观察不同频率时抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。连接实验装置上的插孔8和插孔14 就构成了抽样定理实验电路，抽样电路采用模拟抽样保持开关电路，抽样开关在抽样脉冲的控制下以每秒八千次的速度开关，当抽样脉冲没来时，抽样开关处于截止状态，输出信号为 “0”，抽样脉冲来时抽样开关打开

9、，模拟信号可以输出。这样抽样脉冲期间模拟电压经抽样开关加到负载上，由于抽样电路的负载是一个电阻，因此抽样的输出端能得到一串脉冲信号，此脉冲信号的幅度与抽样时输入信号的瞬时值成正比例，脉冲的宽度与抽样脉冲的宽度相同，这样脉冲信号就是脉冲调幅信号，当抽样脉冲宽度远小于抽样周期时，电路输出的结果接近于理想抽样序列，用一低通滤波器即可实现模拟信号的恢复，为便于观察解调电路，由射随低通滤波器和放大器组成低通滤波器的截止频率约为3400Hz。三实验设备与器材1TCM-P_实验平台1台2PAM_实验扩展板1块3双踪同步示波器1台4万用表1台四实验内容与记录1采用专用集成抽样保持开关完成对输入信号的抽样2多种

10、抽样时隙的产生3验证抽样定理实验步骤：1、电源检查：用万用表或示波器确认实验平台电源的电压极性和电压值，在确认无误之后把实验平台和实验板的电源连接。在连接实验平台和实验板的电源时请务必关断电源的开关。2、抽样和分路脉冲的形成实验：用示波器观察测量记录并核对脉冲信号测量点6，分路抽样脉冲1-1信号和测量点7，分路抽样脉冲2-1信号的特性。用自锁紧导线连接实验平台的第1路8K脉冲输出插孔（时钟及脉冲输出区）和PAM_实验板插孔6（第一路信号采样电路区）。用自锁紧导线连接实验平台的第2路8K脉冲输出插孔和PAM_实验板插孔7（第二路信号采样电路区）。将实验平台设置开关Time1-5_置为00001。

11、把双踪示波器的第一路接至测量点6处，把示波器的另一路接至测量点7处，用测量点6作同步信号调节示波器使两路信号同时显示。观察并记录其波形幅度占空比及脉冲宽度及两信号在时间上的间隔。分别测量(6)、(7) 两点的频率并与计算值核对。改变实验平台抽样脉冲时隙设置开关Time1-5 的位置后并再次观察比较两者的区别。3、验证抽样定理实验：观察抽样后形成的PAM信号及经过低通滤波器和放大器的解调信号。连接：i. 用自锁紧导线连接实验平台的第1路8K脉冲输出插孔和实验板插孔6；ii. 用自锁紧导线连接实验平台信号发生器输出插孔OUT1和实验板插孔4，调节输入正弦信号频率f S 1KHz幅度约2V（峰峰值）

12、iii. 用自锁紧导线连接插孔8和插孔14（第一路解调滤波放大电路区）。iv.把双踪示波器的一路接至测量点4，把示波器的另一路接至测量点8处，用测量点4做同步信号，调节示波器使两路信号同时显示。观察：i. 测量信号发生器输入信号的频率，观察并记录测量点4的波形频率幅度；ii. 观察抽样后形成的PAM_信号，仔细调整示波器的触发电平使测量点8的信号在示波器上显示稳定。观察并记录其波形、频率、幅度。计算在一个信号周期内的抽样次数，核对抽样次数和输入信号频率与抽样频率比例的关系；iii. 观察经过低通滤波器和放大器的解调信号把示波器的另一路改接至测量点15，观察并记录其波形、频率、幅度，并确定与输入

13、信号的关系。iii. 观察经过低通滤波器和放大器的解调信号把示波器的另一路改接至测量点15处，观察并记录其波形、频率、幅度，并确定与输入信号的关系。2、改变信号发生器频率f S 令f S 等于4KHz重复本实验的内容3、改变信号发生器频率f S 令f S 等于8KHz重复本实验的内容分析上述三次实验现象六实验预习与思考题1预习PAM调制与解调理论2PAM信号如何产生？怎样才能无失真恢复原始信号？七实验报告要求1整理实验数据画出相应的曲线和波形。2根据实验结果记录并绘制不同频率的输入信号（频率分别为f4KHz的音频信号）经抽样后形成的PAM信号，以及PAM信号经低通滤波器后产生出的音频信号，分析

14、并判断解调信号与原始信号的对应关系。3、本实验在测量点8 和测量点13 得到的是哪一类抽样波形，从理论上对理想抽样自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。实验三 脉冲调幅PAM信号的解调一实验目的1. 观察并了解PAM信号形成、平顶展宽、解调和滤波等过程。2掌握对频谱混迭现象的分析方法。3观察时分多路系统中非理想信道之间的路际串话的现象，分析并掌握其形成原因。二实验原理在通信技术中，为了获取最大的经济效益就必须充分利用信道的传输能力扩大通信容量。因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段，最常用的多路复用体制是频分多路复用FDM 通信系统和时分多路复用TDM 通信系统。频分多路技术是用不同频率的正弦载

15、波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上在同一信道上传输，而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来在同一信道中传输。多路脉冲调幅的实验中，分路抽样电路的作用是将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号，n 路抽样脉冲在时间上是互不交叉顺序排列的各路的抽样信号，在多路汇接的公共负载上相加，便形成合路的脉冲调幅信号。本实验设置了两路分路抽样电路。多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n 路，亦即还原出单路PAM信号，发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它们所使用的定时脉冲的对应关系决

16、定的。为简化实验系统，本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。接收端的选通电路采用结型场效应晶体管作开关元件，但输出负载不是电阻而是电容。采用这种类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题，由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度S是很窄的，当占空比为S/TS的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小，这样大的衰减带来的后果是严重的，但是在分路选通后加入保持电容可使分路后的PAM信号展宽到100%的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。PAM信号在时间上是离散的，但在幅度上是连续的。在PCM系统里，PAM信号只

17、有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。三实验设备与器材1TCM-P_实验平台1台2PAM_实验扩展板1块3双踪同步示波器1台4万用表1台四实验内容与记录1采用专用集成抽样保持开关完成对输入信号的抽样.2.多种抽样时隙的产生3.采用低通滤波器完成对PAM_信号的解调PAM_信号的形成和解调，线路连接：i. 用自锁紧导线连接实验平台的第1路8K脉冲输出插孔和实验板插孔6。ii. 用自锁紧导线连接实验平台信号发生器输出插孔OUT1和实验板插孔4。调节输入正弦信号频率fS，观察：i. 观察单路PAM信号仔细调整示波器的触发电平使测量点8 的信号在示波器上显示稳定，观察

18、并记录测量点8 的波形、频率、幅度。ii. 观察选通后的单路解调展宽信号把示波器的另一路改接至测量点13，观察并读出信号的宽度，记录其波形、频率、幅度。iii. 观察经低通滤波器放大后的音频信号把示波器的另一路改接至测量点15，观察并记录其波形、频率、幅度。iv. 保持输入信号的幅度，改变输入正弦信号的频率，fmax=3.4KHz，在测量点15处测量整个PAM系统的频率特性。六实验预习与思考题1理解PAM解调原理。2采样、模拟信道、解调展宽、滤波放大电路各部分作用和实现PAM信号解调的技术分析。七实验报告要求1整理实验数据，画出相应的曲线和波形。2本实验在测量点8 和测量点13 得到的是哪一类

19、抽样波形，从理论上对理想抽样自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。3当2 S f H f 和2 S f H f 时，低通滤波器输出的波形是什么，试总结一般规律。4分析实验结果。实验四 FSK调制实验一实验目的1 掌握伪随机序列的产生方法2 掌握FSK调制原理及其实现方法二实验原理移频控制或称数字频率调制是数字通信中使用较早的一种调制方式，数字频率调制的基本原理是利用载波的频率变化来传递数字信息。在数字通信系统中这种频率的变化不是连续而是离散的，例如在二进制数字频率调制系统中，用两个不同的载频来传递数字信息。移频控制常常写成 FSK（Frequency Shift Keying）。FSK广泛应用于低

20、速数据传输设备中，根据国际电联ITU-T 的建议，传输速率为1200波特以下的设备一般采用FSK方式传输数据。FSK具有调制方法简单，易于实现解调，不需要恢复本地载波，可以异步传输，抗噪声和衰落性能较强等特点。由于这些原因，FSK是在模拟电话网上用来传输数据的低速、低成本异步调制解调器的一种主要调制方式。在一个FSK系统中，发端把基带信号的变化转换成对应的载频变化，而在收端则完成与发端相反的转换，将载波频率的变化转变为基带信号的变化。设FSK的两个载频为f1、f2，其中心载频为f0 =(f1+f2)/2 ，又设基带信号的速率为fS， FSK的频谱中，曲线A对应的f1=f0+fS、f2=f0-f

21、S，曲线B对应的f1=f0+0.4fS、f2=f0-0.4fS，从频谱分布可以看出：FSK信号的频谱由连续谱和线谱组成线谱出现在两个载频位置上；若两个载频的频率之差较小，小于fS，则连续谱出现单峰，若两个载频之差逐渐增大即f1与f2的距离增大连续谱将出现双峰；由此可见传输FSK信号所需的频带f约为f=|f1-f2|+2fS。本实验为传输370波特基带信号的FSK实验，采用改变分频链、分频比来实现移频键控。收端采用过零检测恢复基带信号，并从恢复的基带信号中直接提取码元定时信号。实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类，直接调频法和移频键控法。本实验采用移频键控法，它便于用数字集成电路来实现，数

22、字频率调制的解调一般有三种方法：鉴频法、过零检测法和差分检波法。本实验采用过零检测法进行解调。目前低速率的移频键控调制解调器有专用的集成电路，例如MOTOROLA公司的MC6800、NE564等。本实验为帮助理解移频键控调制解调的基本原理，采用小规模集成电路来实现调制解调。实验电路的总框图如图所示。实验电路分成FSK发送调制和FSK接收解调，两部分合装在一个实验架上，左边为FSK发送部分，包括方波源、分频器、伪随机序列发生器、调制器驱动器等。右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决、位同步、码再生等。该实验系统的各主要组成部分：1、方波源方波源为一多谐振荡器以提供FSK的载波和信码定时信号振荡

23、频率约为11800Hz 用RW1可微调频率，信码定时信号是方波源输出信号经32分频得到，码率约为370bit/s.2、调制器调制器为全数字的可变分频比的分频链，其逻辑图如图所示。从图可以看出，信码为1时分频链作4分频，即输出频率为2950Hz，信码为0 时，分频链作8分频，输出频率为1475Hz。由于这里的输出为对称方波，所含频率成分较丰富，需要占据较宽的信道频带。在实际工程中，为节省频带，在送入信道前只取基频分量就可以了，所以实际传输时需要在调制器后接有一带通滤波器，该滤波器的中心频率为多少？带宽应为多少？作为思考题留作实验报告的一项计算内容，这样在发送部分的输出端就得到相对于1和0码的29

24、50Hz和1475Hz的正弦波。但是如果带通的中心频率发生偏移或带通的通带特性不平都会给输出的FSK信号带来寄生调幅，应尽量使之减小。三实验设备与器材1TCM-P模块化实验平台2移频键控（FSK）实验板3双通示波器（20 MHz以上）4万用表（可选）5频率计（100MHz）（可选）6扫频仪（50MHz以上）（可选）四实验内容与记录1、电源检查。2、时钟部分实验观察测量点1.1（方波源信号），本实验的主时钟信号由一个多谐振荡器提供，输出频率约为11800Hz。可用RW1调整频率，在进行调节前必需征得老师的同意。观察可变分频比的分频链输出测量点1.2 -1475Hz，1.3 -2950Hz。可变分

25、频比的分频链由多级D触发器构成，当信码为1 时，使载波信号为主振的4分频，信码为0 时使载波信号为主振的8分频。把示波器的探头接至测量点1.1（调制电路部分处）因为环境温度的影响开机后需要预热一段时间测量点1.1 的频率才会稳定到11800Hz，如果当频率稳定后达不到该值时，可用RW1调整频率。测量点1.1 1.2 的值会随测量点1.1 变化。分别观察并记录测量点1.1、1.2、1.3 信号的波形、频率、幅度、占空比，记录频率值，并与计算值核对。3、信码部分实验观察测量点1.4 -码定时信号，码定时分频链由五级D触发器组成32分频电路，观察测量点1.5 -外部输入M序列信号。码定时分频链及外部

26、输入序列信号为FSK提供信码。连接实验板的码定时信号输出插孔1.4和实验平台伪随机序列第一路输入插孔，连接实验平台伪随机序列第一路输出插孔和实验板M序列输入插孔1.5，将实验平台第一路伪随机序列设置开关M1-123置为010（设置开关的第7-9位），把双踪示波器的第一路接至实验平台伪随机序列定位测量点M1_P，把示波器的另一路接至实验板测量点1.4，调节示波器使两路信号同时显示，用测量点M1_P 做同步信号并调整好两个信号的上下位置和垂直水平偏转系数。分别观察并记录测量点1.4 1.5 信号一帧的波形频率幅度占空比。4、FSK调制实验改变信码输入连接点K-0、 K-1、 K-M， K-0 连接

27、为0 码，即低电平输入调制，K-1 连接为1 码，即高电平输入调制，K-M 连接为外部M序列输入调制，在测量点1.6、1.8 、OUT 处观测FSK调制后的波形，当为M序列输入时在该点可测得FSK调制的平均载波频率。连接实验板的码定时信号输出插孔1.4和实验平台伪随机序列第一路输入插孔，连接实验平台伪随机序列第一路输出插孔和实验板M序列输入插孔1.5，将信码输入连接点K-1、K-M 断开，K-0 调制电路部分用短路子连接，把双踪示波器的第一路接至实验平台伪随机序列定位测量点M1_P，把示波器的另一路接至实验板测量点1.6，调节示波器使两路信号同时显示，用测量点M1_P 做同步信号并调整好两个信

28、号的上下位置和垂直水平偏转系数。观察：i. 分别观察并记录测量点1.6、1.8、OUT 信号一帧的波形频率幅度占空比。ii. 将信码输入连接点K-1 、K-0 断开，K-M 用短路子连接，分别观察并记录测量点1.6 、1.8 、OUT 信号一帧的波形频率幅度占空比。六实验预习与思考题1理解FSK调制原理及实现方法。2由于FSK信号在信道中传输的是两个载频的切换，那么其频谱是否就是这两个载波的线谱？或者说信道的频带只要这两个载频之差就够了？分析说明之。3在实际工程中，为节省频带，FSK信号在送入信道前只取基频分量就可以了，所以实际传输时需要在调制器后接有一带通滤波器，该滤波器的中心频率为多少？带

29、宽应为多少？七实验报告要求1 整理FSK调制过程中的各测量点实验数据波形2 详述FSK系统的组成及调制部分的原理与实现方法3FSK信号时域、频域表达式及信号时域、频域特点分析。实验五 FSK解调实验一实验目的1、掌握FSK解调原理及其实现方法2、掌握位同步的作用及其提取方法3、了解数据传输系统中码再生的方法二实验原理数字频率调制的解调一般有三种方法：鉴频法、过零检测法和差分检波法。本实验采用过零检测法进行解调。实验电路分成FSK发送调制和FSK接收解调，两部分合装在一个实验架上，左边为FSK发送部分，包括方波源、分频器、伪随机序列发生器、调制器驱动器等。右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决

30、、位同步、码再生等。1、过零检测在实验系统的接收端对FSK信号的解调是用过零检测方法实现的，其原理如图所示。数字调频波的过零点随载频而异，如本实验信码为1 时载频为2950Hz，每秒过零点为29502个，信码为0 时载频为1475Hz 每秒过零点为14752个，因此检出过零点数就可以得到关于频率差异的信息，这就是过零检测的基本思路。输入信号a经限幅后产生矩形波序列b，经微分后产生c，再经整流就形成与频率变化相对应的脉冲序列d，这个序列就代表着调频波的过零点，将其变换展宽成具有一定宽度的矩形波e，并经过低通滤波器滤除高次谐波便能得到对于原数字信号的基带脉冲信号f。2、位同步在数据传输设备的接收端

31、位同步为码再生所必需，而在数字通信中常常是不发送导频或位同步信号的，这就必须直接从数字信号中提取位同步。本实验就采用这种直接从数字信号中滤波提取位同步的方法，其原理如图所示：一个不归零的随机二进制序列不能直接从该序列中滤出位同步信号，但是若对该信号进行某种变换，例如变成归零码后则该序列中就有f s= 1/ T s的位同步信号分量，经一窄带滤波器就可以滤出此信号分量，再将它经相位调整（移相器或延迟）就形成位同步脉冲。3、码再生从过零检测低通滤波器输出的信号必须进行码再生才能恢复出和发端相同的非归零信码，码再生电路用一比较器对解调获得的基带信号进行过零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样定位。4、有源滤波器在收端无论是过零检测中的低通，或者是位同步恢复中的带通，工作频率都很低，低通的截止频率为200Hz，带通的中心频率也为370Hz，而且都要求过渡带很窄，这样用LC无源滤波器就遇到元件取值将很大，节数很多而显得笨重，无源RC滤波器也会遇到传输系数太小和过渡带不容易很窄等这样一些矛盾，RC有源滤波器是克服这些矛盾的一个有效方法。选用具有