通信原理實驗指導書2014new

1、通信原理實驗指導書通信原理實驗指導書山東科技大學電子通信與物理學院2014年6月注: 實驗二可不做，可用MATLAB實現(xiàn)COSTAS環(huán)代替。COSTAS環(huán)用M代碼和Simulink實現(xiàn)皆可，報告重要給出代碼或模型，各點的波形，以及解調(diào)結(jié)果。37實驗一 VCO數(shù)字鎖相環(huán)電路實驗一、實驗目的 1.掌握VCO壓控振蕩器的基本工作原理, 加深對基本鎖相環(huán)工作原理的理解；2.熟悉鎖相式數(shù)字頻率合成器的電路組成與工作原理。二、實驗儀器1.RZ8621D實驗箱1臺2.20M雙蹤示波器1臺3.小平口螺絲刀1只 三、實驗電路工作原理 本單元可做基本鎖相環(huán)和鎖相式數(shù)字頻率合成器兩個實驗。總體框圖如圖8-1,電路原

2、理圖如圖8-2所示。 圖8-1 基本鎖相環(huán)與鎖相式數(shù)字頻率合成器電原理框圖圖8-2 VCO電路電原理圖1.4046鎖相環(huán)芯片介紹（略）詳見所附光盤4046芯片2.VCO壓控振蕩器所謂壓控振蕩器就是振蕩頻率受輸入電壓控制的振蕩器。 4046鎖相環(huán)的VCO是一個線性度很高的多諧振蕩器，它能產(chǎn)生很好的對稱方波輸出。電源電壓可工作在3V18V之間。本電路取+5V電源。它利用由門電路組成的RS觸發(fā)器控制一對開關(guān)管輪番地向定時電容C1 正向充電和反向充電，從而形成自激振蕩，振蕩頻率與充電電流成正比。與C1的容量成反比，振蕩頻率不僅與定時電容C1、外加控制電壓Ui有關(guān)而且還與電源電壓有關(guān)，與外接電阻R1、R

3、2的比值也有關(guān)。 3.鎖相式數(shù)字頻率合成器工作原理 從圖8-2可見，UB02(MC14522)、UB03(MC14522)為二級可預置分頻器，全部采用可預置BCD碼同步1/N計數(shù)器MC14522，可由4位小型撥動開關(guān)選擇。UB02、UB03分別對應著總頻比N的十位、個位分頻器，UB02、UB03的輸入端一方面SWB02、SWB03分別置入分頻比的十位數(shù)、個位數(shù)以8421 BCD碼形式輸入（但10101111數(shù)值還是起作用的，有興趣的同學可用一些與門、非門設計一個簡單的約束電路，使這些范圍取值一略為0000）。 使用時按所需分頻比N預置好SWB02、SWB03的輸入數(shù)據(jù)，f0 = NfR，3位程

4、序分頻器MC14522的數(shù)據(jù)輸入端P0P3分別接有510K的下拉電阻，當SWB02、SWB03沒有對該系統(tǒng)單元數(shù)據(jù)輸入時，即開路狀態(tài)時，此時下拉電阻把數(shù)據(jù)輸入端置“0”電平；當SWB02、SWB03工作時，則有相應的“1”電平輸入到數(shù)據(jù)輸入端，使之置于“1”電平狀態(tài)，以便程序分頻器進行處理。 在圖8-2電路圖中，當程序分頻器的分頻比N置成1，也就是把SWB02均斷開，SWB03置成“0001”狀態(tài)。這時，該電路就是一個基本鎖相環(huán)電路。當二級程序分頻器的N值可由外部輸入進行編程控制時，該電路就是一個鎖相式數(shù)字頻率合成器電路。輸入頻率由薄膜鍵盤進行選擇，1KHZ或2KHZ方波信號，則把來自實驗一的

5、時鐘信號發(fā)生器1KHz或2KHZ方波信號輸入到該14引腳。當鎖相環(huán)鎖定后，可得到： fRfV 其中 fVf0/N ,代入得： fR=f0/N 移項得： f0=NfR 由此可知，當fR固定不變時，改變二級程序分頻器的分頻比N，VCO的振蕩輸出頻率(也就是頻率合成器的輸出頻率)f0也得到相應的改變。這樣，只要輸入一個固定信號頻率fR，即可得到一系列所需要的頻率，其頻率間隔等于fR，這里為1KHz。選擇不同的fR，可以獲得不同fR的頻率間隔。在用實驗一信號發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘信號頻率時，其準確頻率為1.024KHz，而不是1KHz。因而經(jīng)過二級程序分頻器與鎖相實驗后，VCO壓控振蕩器的輸出頻率也應當是1

6、.024KHz的N倍數(shù)。四、 實驗內(nèi)容(一)基本鎖相環(huán)實驗 1.觀察鎖相環(huán)路的同步過程； 2.觀察鎖相環(huán)路的跟蹤過程； 3.觀察鎖相環(huán)路的捕捉過程； 4.測試環(huán)路的同步帶與捕捉帶，并計算它們的帶寬。(二)鎖相式數(shù)字頻率合成器實驗 1.在程序分頻器的分頻比N1、10、100三種情況下： （1）測量輸入?yún)⒖夹盘柕牟ㄐ危?（2）測量頻率合成器輸出信號的波形。 2.測量并觀察最小分頻比與最大分頻比。五、 實驗步驟及注意事項（一）基本鎖相環(huán)實驗 1.觀察環(huán)路的同步過程 鎖相環(huán)在鎖定狀態(tài)下，如果輸入信號參考頻率fR保持不變，而VCO的振蕩頻率f0發(fā)生飄移導致fV fR時，則在環(huán)路的反饋控制作用下，使f0恢

7、復仍然保持fv = fR的狀態(tài)，這種過程叫做同步過程。 實驗方法：將圖8-2電路圖中SWB03設置為001狀態(tài)，此時分頻比為N1。即將程序分頻器的分頻比設置為1(預置為001狀態(tài))。實驗電路的鎖相環(huán)即成為基本鎖相環(huán)。其 fV f0/N f0/1 f0 2.觀察環(huán)路的跟蹤過程 鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)后，如果fV(現(xiàn)等于VCO的振蕩頻率f0)不變，輸入?yún)⒖碱l率發(fā)生飄移，則在環(huán)路的反饋控制作用下，使f0跟隨著fR的變化而變化，以保持fV=fR的環(huán)路鎖定狀態(tài)。這種過程叫做跟蹤過程。 實驗方法：在上面實驗的基礎上將外加信號源的頻率(參考頻率fR)逐次改變(模擬fR產(chǎn)生的飄移)，每改變一次fR，觀察一次fV的

8、數(shù)值，可以看到，fV跟蹤fR的變化fV=fR的狀態(tài)。 3.觀察環(huán)路的捕捉過程 鎖相環(huán)在初始失鎖狀態(tài)下，通過環(huán)路反饋控制作用，使VCO的振蕩頻率f0調(diào)整fV=fR的鎖定狀態(tài)，這個過程稱為捕捉過程。實驗方法：電路連接同前項，TPB02處接頻率計，測量fV的數(shù)值，實驗開始時將信號源頻率(fR)遠離VCO的中心振蕩頻率(如令fR高于1.5MHz或遠低于1KH)使環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，即fVfR，然后將fR從高端緩慢地降低(或從低端緩慢地升高)，當降低(或升高)到一定數(shù)值，頻率計顯示fV等于fR時即fR捕捉到了fV環(huán)路進入鎖定狀態(tài)。 4.測試環(huán)路的同步帶與捕捉帶 實驗方法：電路連接同前項，令信號源頻率(fR

9、)等于50KHz。這時環(huán)路應處于鎖定狀態(tài)(fV = fR)。 (1)慢慢增加信號源的頻率，直至環(huán)路失鎖(fVfR)。此時信號源的輸出頻率就是同步帶的最高頻率。 (2)慢慢減小信號源的頻率，直至環(huán)路鎖定，此時信號源的輸出頻率就是捕捉帶的最高頻率。 (3)繼續(xù)慢慢減小信號源的頻率，直至環(huán)路失鎖，此時信號源的輸出頻率就是同步帶的最低頻率。 (4)慢慢增加信號源的頻率，直至環(huán)路鎖定，此時信號源的輸出頻率就是捕捉帶的最低頻率。(二)鎖相式數(shù)字頻率合成器實驗 將SWB03都置于0位，SWB02從置入十進制數(shù)9開始，逐漸減置數(shù)值，當輸出頻率不符合f0=NfR的關(guān)系時，表示fR已不能鎖定VCO的頻率。頻率合成

10、器已不能正常工作。則能滿足f0=NfR關(guān)系式的最小的分頻比值，即為該合成器的最小分頻比。同理，增大N的數(shù)值能夠滿足f=NfR關(guān)系式的最大的分頻比值，即為該合成器的最大分頻比。本合成器分頻比的標準范圍199。六、測量點說明 TPB01：VCO輸入?yún)⒖夹盘?，即相位比較器輸入信號，它由薄膜鍵盤進行選擇： 1KHZ或2KHZ或外加數(shù)字信號。 TPB02：相位比較器輸入信號，通常PD為來自VCO的參考信號。TPB03：VCO壓控振蕩器的輸出信號。 七、實驗報告要求TPB01TPB02TPB03圖8-3 倍頻N=3時VCO波形示意圖畫出電路 框圖及電原理圖,根據(jù)實驗內(nèi)容，畫出相應的波形，并作分析。實驗二

11、FSK(ASK)調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗目的1.掌握FSK(ASK)調(diào)制的工作原理及電路組成； 2.掌握利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實現(xiàn)方法。二、實驗儀器1.RZ8621D實驗箱1臺2.20M雙蹤示波器1臺3.小平口螺絲刀1只 三、實驗電路工作原理圖9-1 FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實現(xiàn)，抗噪聲和抗群時延性能較強，因此在無線中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用。數(shù)字調(diào)頻又可稱作移頻鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。數(shù)字幅度調(diào)制ASK本實驗箱沒有做成專門的ASK單元，因為只接通FSK調(diào)制單元電路中相加開關(guān)K9

12、02的“對1調(diào)制”信號，即為ASK調(diào)制。（一） FSK調(diào)制電路工作原理 FSK調(diào)制解調(diào)電原理框圖，如圖9-1所示；圖9-2是它的調(diào)制電路電原理圖。 輸入的基帶信號分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)1打開，模擬開關(guān)2關(guān)閉，此時輸出f1=32KHz，當基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)1關(guān)閉，模擬開關(guān)2開通。此時輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到已調(diào)的FSK信號。 電路中的兩路載頻(f1、f2)由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，兩路載頻分別經(jīng)射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關(guān)U902A與U901B(4066)。（二） FSK解

13、調(diào)電路工作原理FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器由于性能優(yōu)越，價格低廉，體積小，所以得到了越來越廣泛的應用。解調(diào)電路電原理圖如圖9-3所示。 FSK集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的工作原理是十分簡單的，只要在設計鎖相環(huán)時，使它鎖定在FSK的一個載頻如f1上，對應輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應輸出低電平，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調(diào)的基帶信號序列。 FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中的集成鎖相環(huán)選用了MC14046。 壓控振蕩器的中心頻率設計在32KHz。圖9-3中R924、R925、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C916構(gòu)成外接低通濾波器，其參數(shù)選擇要滿足環(huán)路性能指標的要求

14、。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通帶要寬些；從提高環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設計應在滿足捕捉時間前提下，盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。當輸入信號為16KHz時，環(huán)路失鎖。此時環(huán)路對16KHz載頻的跟蹤破壞。可見，環(huán)路對32KHz載頻鎖定時輸出高電平，對16KHz載頻失鎖時就輸出低電平。只要適當選擇環(huán)路參數(shù)，使它對32KHz鎖定，對16KHz失鎖，則在解調(diào)器輸出端就得到解調(diào)輸出的基帶信號序列。關(guān)于FSK調(diào)制原理波形見圖9-4所示。四、實驗內(nèi)容 測試FSK調(diào)制解調(diào)電路TP901TP910各測量點波形，并作詳細分析。 1按下實驗箱右測電源開關(guān)，電源指示燈

15、亮。2跳線開關(guān)設置：K901：12：碼元速率為2KB/s的111100010011010偽隨機碼或2KHz方波，由薄膜鍵盤選擇輸入； 23：PC數(shù)據(jù)。K902：1-2和3-4均相連時，調(diào)制波形疊加合成開關(guān)。K903：12：在已調(diào)信號中加入噪音(模仿實際通信中的信道噪聲, 可在噪聲模塊中TP108處測得噪聲波形，W101調(diào)節(jié)噪聲幅度,幅度不宜過大)； 23：不加入噪音（或者跳線拔掉不連）。SW01：12：FSK自環(huán)； 23：斷開FSK自環(huán)，F(xiàn)SK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續(xù)章節(jié)中完成）。 3電位器調(diào)節(jié)： W901：調(diào)節(jié)32KHz正弦波幅度大小。 W902：調(diào)節(jié)

16、16KHz正弦波幅度大小。W903：調(diào)節(jié)FSK已調(diào)信號幅度大小。W904：調(diào)節(jié)解調(diào)電路壓控振蕩器時鐘的中心頻率。 4調(diào)節(jié)W904電位器使壓控振蕩器工作在32KHz（16 KHz行不行？）。 5注意：當基帶信號的碼元速率與載頻信號的頻率相差太近時,FSK解調(diào)端輸出測量點TP910輸出應為不穩(wěn)定的輸出波形。 6接通開關(guān)SW01的1-2腳(自環(huán))或2-3腳(斷開自環(huán))，輸入FSK信號給解調(diào)電路，注意觀察“1”、“0”碼內(nèi)所含載波的數(shù)目。7觀察FSK解調(diào)輸出TP908TP910波形，并作記錄，并同時觀察FSK調(diào)制端的基帶信號，比較兩者波形，觀察是否有失真。FSK頻移鍵控原理波形示意圖（如圖9-4）。

17、圖9-2 FSK調(diào)制電路電原理圖圖9-3 FSK解調(diào)電路電原理圖FSK頻移鍵控原理波形圖（如圖9-4）vvvvTP903TP904TP905TP907/908TP909TP910對“1”調(diào)制對“0”調(diào)制 圖9-4 FSK頻移鍵控原理波形圖五. 測量點說明 TP901：32KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。 TP902：16KHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產(chǎn)生。TP903：32KHz載波信號，可調(diào)節(jié)電位器W901改變幅度TP904：16KHz載波信號，可調(diào)節(jié)電位器W902改變幅度 TP905：作為數(shù)字基帶信碼信號輸入，由開關(guān)K901決定。K901的1與

18、2相連：碼元速率為2KHz的111100010011010碼或2KHz方波由薄膜鍵盤選擇輸入；K901的2與3相連： PC數(shù)據(jù)輸入。 TP906：FSK調(diào)制信號輸出，此測量點需使用雙蹤對比測量，另一蹤（觸發(fā)）測量TP905。K902的1-2相連、3-4斷開時，TP906為32KHz載波FSK調(diào)制信號輸出；K902的1-2斷開、3-4相連時，TP906為16KHz載波FSK調(diào)制信號輸出；K902的1-2和3-4均相連時，TP906為FSK調(diào)制信號疊加輸出。TP907：衰減或放大的FSK調(diào)制信號輸出。K903的1-2腳相連時，在調(diào)制信號中加入噪聲，電位器W101調(diào)整噪聲幅度(可在TP108處測得波

19、形)，模擬實際通信中的信道傳輸。TP908：FSK解調(diào)信號輸入。SW01的12腳相連時：FSK自環(huán)，即同一平臺上調(diào)制解調(diào)；SW01的23相連時：FSK自環(huán)斷開，F(xiàn)SK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信。 TP909：FSK解調(diào)電路中壓控振蕩器輸出時鐘的中心頻率，正常工作時應為32KHz左右，頻偏不應大于2KHz，若有偏差，可調(diào)節(jié)電位器W904。 TP910：FSK解調(diào)信號輸出，即數(shù)字基帶信碼信號輸出，波形同TP905。注：在FSK解調(diào)時，數(shù)字基帶信號的頻率與載頻的頻率應滿足4F fc2的關(guān)系，否則它們的頻譜重疊，F(xiàn)SK解調(diào)電路解調(diào)不出此時的數(shù)字基帶信碼信號。六、實驗報告要求 1.

20、若輸入數(shù)字信號為序列：01001000110111，畫出FSK、ASK各主要測試點波形。2.寫出改變4046的哪些外圍元件參數(shù)對其解調(diào)正確輸出有影響? 3.分析其輸出數(shù)字基帶信號序列與發(fā)送數(shù)字基帶信號序列相比有否產(chǎn)生延遲，什么情況下會出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號序列反向的問題?實驗三 二相BPSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗目的 1.掌握二相BPSK（DPSK）調(diào)制解調(diào)的工作原理及電路組成； 2.了解載頻信號的產(chǎn)生方法； 3.掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法。二、實驗儀器1.RZ8621D實驗箱1臺2.20M雙蹤示波器1臺3.小平口螺絲刀1只 三、實驗電路工作原理（一）調(diào)制實驗： 在本實驗

21、中，絕對移相鍵控（PSK）是采用直接調(diào)相法來實現(xiàn)的，也就是用輸入的基帶信號直接控制已輸入載波相位的變化來實現(xiàn)相移鍵控。PSK調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)制方式，它具有優(yōu)越的抗干擾噪聲性能及較高的頻帶利用率。因此，PSK在許多場合下得到了十分廣泛的應用。本實驗中PSK調(diào)制模塊原理框圖（如圖10-1）。從圖10-1可見，二相PSK(DPSK)載波為1.024MHz，數(shù)字基帶信號有32Kbit/s偽隨機碼、2KHz方波、CVSD編碼信號、PC數(shù)據(jù)等。1.載波倒相器 模擬信號的倒相通常采用運放來實現(xiàn)。電路由U301B等組成，來自1.024MHz載波信號輸入到U301的反相輸入端6腳，在輸出端即

22、可得到一個反相的載波信號，即p相載波信號。為了使0相載波與p相載波的幅度相等，在電路中加了電位器W301和W302。2.模擬開關(guān)相乘器對載波的相移鍵控是用模擬開關(guān)電路實現(xiàn)的。 0相載波與p相載波分別加到模擬開關(guān)1：U302：A的輸入端（1腳）、模擬開關(guān)2：U302：B的輸入端（11腳），在數(shù)字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模擬開關(guān)1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開關(guān)2的輸入控制端（12腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關(guān)1的輸入控制端為高電平，模擬開關(guān)1導通，輸出0相載波，而模擬開關(guān)2的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)2截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬

23、開關(guān)1的輸入控制端為低電平，模擬開關(guān)1截止。而模擬開關(guān)2的輸入控制端卻為高電平，模擬開關(guān)2導通。輸出p相載波，兩個模擬開關(guān)的輸出通過載波輸出開關(guān)K301合路疊加后輸出為二相PSK調(diào)制信號，如圖10-2所示。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于相對移相鍵控調(diào)制具有較強的抗干擾噪聲能力，在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調(diào)制方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實際通信系統(tǒng)中。相對移相，就是利用前后碼元載波相位相對變化來傳遞信息，所以也稱為“差分移圖10-1 圖10-2 模擬開關(guān)相乘器工作波形相”。DPSK調(diào)制是采用碼型變換加絕對調(diào)相來實現(xiàn)，即把數(shù)據(jù)信息源（如偽隨機碼序列、增量調(diào)制編碼器輸出的

24、數(shù)字信號）作為絕對碼序列an，通過碼型變換器變成相對碼序列bn，然后再用相對碼序列bn，進行絕對移相鍵控，此時該調(diào)制的輸出就是DPSK已調(diào)信號。 DPSK是利用前后相鄰碼元對應的載波相對相移來表示數(shù)字信息的一種相移鍵控方式。 絕對碼是以基帶信號碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“0”。相對碼是用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息的，如規(guī)定：相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。 絕對碼絕對碼數(shù)字信息相對碼數(shù)字信息相對碼 參考TP304相對碼轉(zhuǎn)換波形PSK實驗中選擇DPSK對絕對碼調(diào)制波形對相對碼調(diào)制波形TP110偽隨機碼波形 TP110 參考

25、圖10-3 BPSK、DPSK編碼波形TP110圖10-4（a）是相對碼編碼器電路，可用模二加法器延時器（延時一個碼元寬度Tb）來實現(xiàn)這兩種碼的互相轉(zhuǎn)換。當選擇DPSKTP110 圖10-4（a） 相對碼編碼器電路 圖10-4（b） 工作波形 設輸入的相對碼an為1110010碼，則經(jīng)過相對碼編碼器后輸出的相對碼bn為1011100，即bn= an bn1。 圖10-4（b）是它的工作波形圖。（二）解調(diào)實驗二相BPSK(DPSK)解調(diào)器的總電路方框圖如圖10-5所示。該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復電路與信碼再生整形電路。載波恢復和位定時提取，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要組成

26、部分。載波恢復的具體實現(xiàn)方案是和發(fā)送端的調(diào)制方式有關(guān)的，以相移鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(Constas環(huán))、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來由于數(shù)字電路技術(shù)和集成電路的迅速發(fā)展，又出現(xiàn)了基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)，并且已在實際應用領(lǐng)域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學生基礎知識的學習及對基本理論的理解，我們從實際出發(fā)，選擇科斯塔斯環(huán)解調(diào)電路作為基本實驗。 1.二相(BPSK，DPSK)信號輸入電路 由BG701(3DG6)組成射隨器電路，對發(fā)送端送來的二相(BPSK、DPSK)信號進行前后級隔離，由U701(LM311)組成模擬信號放大電路，進一步對輸入小信號的二相(PSK、DPSK)信

27、號進行放大后送至鑒相器1與鑒相器2分別進行鑒相。 圖10-5 解調(diào)器總方框圖 2. 科斯塔斯環(huán)提取載波原理科斯塔斯環(huán)由U701(LM311)模擬運放放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相器1與鑒相器2的控制信號輸入端的控制信號分別為0相載波信號與/2相載波信號。這樣經(jīng)過兩鑒相器輸出的鑒相信號再通過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調(diào)出數(shù)字基帶信碼，由U706A與U707A構(gòu)成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號中的數(shù)字信息。得到反映恢復載波與輸入載波相位之差的誤差電壓Ud, Ud經(jīng)過環(huán)路低通濾波器R718、R719、C706濾波后，輸出了一個平滑的誤差控制電壓，去控制V

28、CO壓控振蕩器74S124。它的中心振蕩輸出頻率范圍從1Hz到60MHz，工作環(huán)境溫度在070，當電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V時，74S124的輸出頻率表達式為：f0 = 510-4/Cext，在實驗電路中，調(diào)節(jié)精密電位器W701(100K)的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124的2腳)與范圍控制輸入電壓(74LS124的3腳)基本相等，此時，當電源電壓為+5V時，才符合：f0 = 510-4/Cext,再變改電容CA701(80Pf110Pf),使74S124的7腳輸出為2.048NHZ方波信號。74S124的6腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振蕩器工作；

29、當74S124的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離2.048MHz時，此時可調(diào)節(jié)W701，用頻率計監(jiān)視測量點TP702上的頻率值，使其準確而穩(wěn)定地輸出2.048MHz的載波信號。該2.048MHz的載波信號經(jīng)過分頻(2)電路：U709一次分頻變成1.024MHz載波信號，并完成/2相移相。由U709B的9腳輸出/2相去鑒相器2的控制信號輸入端U302D(4066)的6腳，由U709A的5腳輸出0相載波信號去鑒相器1的控制信號輸入端U302C(4066)的5腳。這樣就完成了載波恢復的功能，此時K701需選擇1-2腳。圖10-6是該解調(diào)環(huán)各輸出測量點波形圖，從圖中可看出該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點是： 該解調(diào)環(huán)在載

30、波恢復的同時，即可解調(diào)出數(shù)字信息。 該解調(diào)環(huán)電路結(jié)構(gòu)簡單，整個載波恢復環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實現(xiàn)。但該解調(diào)環(huán)路的缺點是：存在相位模糊。四、實驗內(nèi)容 1.二相PSK調(diào)制實驗調(diào)整好載波幅度，觀察TP301TP306各測量點的波形。如圖10-7 BPSK調(diào)制模塊波形示意圖。2.PSK解調(diào)實驗3. PSK解調(diào)載波提取實驗將PSK的電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測量TP701TP705各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關(guān)系。五、實驗步驟及注意事項1打開實驗箱右側(cè)電源開關(guān)，電源指示燈亮。2跳線開關(guān)、鍵盤設置功能如下：J301（數(shù)字基帶信號的設置）：1-2腳相連（鍵盤控制輸出），偽隨機碼3

31、2KB/s碼型為111100010011010的BPSK（01項）或其相對碼DPSK或2KHz的0101碼（02項），由薄膜鍵盤選擇確認后輸出。當薄膜鍵盤選擇“03 D32KHZ”時，可將TP304波形與TP110點波形進行對比，觀測絕對碼與相對碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系；K703選擇“PSK”，可在TP711點觀測到由TP705點DPSK解調(diào)波形的再生、相絕轉(zhuǎn)換后的絕對碼波形，應同TP110。5-6腳相連，輸入CVSD（M）編碼的數(shù)字輸出信號；9-10腳相連，傳輸PC機數(shù)據(jù)，可為PC機文件或短消息數(shù)據(jù)。K301：調(diào)制載波的設置。1-2和3-4均相連，“0”、“1”調(diào)制載波的疊加合成開關(guān)。K302（信道噪聲

32、的設置）：12：在已調(diào)信號中加入噪音，電位器W101調(diào)整噪聲電平（左上角）,可在噪聲模塊中TP108處測得波形(仿真通信中的信道噪聲，噪聲幅度不要太大)； 23：不加入噪音。SW02（信道選擇的設置）：12：PSK自環(huán)（自環(huán)實驗時必須選擇）； 23：斷開自環(huán)，PSK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續(xù)章節(jié)中完成）。3 將本實驗電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測量TP301TP306、TP701TP705各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關(guān)系。 圖106 同相正交解調(diào)環(huán)各點波形圖六、測量點說明 TP301：頻率為1.024MHz方波信號，由U101芯片(E

33、PM240)編程產(chǎn)生， TP302：1.024MHZ載波正弦波信號，可調(diào)節(jié)電位器W301改變幅度（一般2V左右）。 TP303：1.024MHZ載波正弦波信號，與TP302反相，可調(diào)節(jié)電位器W302改變幅度。TP304：作為數(shù)字基帶信碼信號輸入波形，由開關(guān)J301和薄膜鍵盤選擇決定。1-2腳相連，偽隨機碼32KB/s碼型為111100010011010 BPSK或其相對碼DPSK或2KHz的方波，由薄膜鍵盤選擇輸出；5-6腳相連，輸入CVSD（M）編碼模塊的數(shù)字編碼信號輸出；9-10腳相連，PC機數(shù)據(jù)。TP305：PSK調(diào)制信號輸出波形。由開關(guān)K301決定。1-2相連3-4斷開時，TP305為

34、0相載波輸出； 1-2斷開3-4相連時，TP305為相載波輸出； 1-2和3-4相連時，TP305為PSK調(diào)制信號疊加輸出。注意兩相位載波幅度需調(diào)整相同，否則調(diào)制信號在相位跳變處易失真。TP306：衰減或放大的PSK調(diào)制信號輸出?？烧{(diào)節(jié)電位器W303改變幅度。K302的1-2腳相連時，在調(diào)制信號中加入噪聲，模擬實際通信中的信道傳輸。TP701：PSK解調(diào)信號輸入波形。由開關(guān)SW02決定。12腳相連時：PSK自環(huán)，即同一平臺上PSK調(diào)制解調(diào)；23相連時：PSK自環(huán)斷開，PSK可通過MODEM接口實現(xiàn)兩個實驗平臺間的雙工通信。 TP702：壓控振蕩器輸出2.048MHz的載波信號，建議用頻率計監(jiān)視

35、測量該點上的頻 率值有偏差時，此時可調(diào)節(jié)W701，使其準確而穩(wěn)定地輸出2.048MHz的載波信號，即可解調(diào)輸出數(shù)字基帶信號。此時K701需選擇1-2腳。 K701：1-2腳連為通過科斯塔斯環(huán)提取載波時鐘 2-3腳連為CPLD直接給解調(diào)電路送一個載波同步時鐘 TP703：頻率為1.024MHz的0相載波輸出信號。 TP704：頻率為1.024MHz的/2相載波輸出信號，對比TP703。TP705：PSK解調(diào)輸出波形，即數(shù)字基帶信號（見“數(shù)字同步與眼圖觀察”模塊）。對于BPSK方式的科斯塔斯環(huán)解調(diào)時存在相位模糊問題，解調(diào)出的基帶信號可能倒相，此時將K701（載波同步時鐘）拔插幾次，直到解調(diào)出的基帶

36、信號與原信號相位一致。TP711：當薄膜鍵盤選擇“03 D32KHZ”，即DPSK調(diào)制方式時，此測試點為相絕轉(zhuǎn)換波形，可將TP711波形與TP705、TP110點波形進行對比。此時，當TP705與TP304波形相位反向時，TP711波形也應與TP110波形一致。七、實驗報告要求 1.簡述DPSK調(diào)制解調(diào)電路的工作原理及工作過程。 2.若輸入數(shù)字序列為：011001110010，根據(jù)實驗測試記錄（波形、頻率、相位、幅度以及時間對應關(guān)系），依此畫出調(diào)制解調(diào)器各測量點的工作波形，并給以必要的說明。實驗四 眼圖觀察測量實驗 一、實驗目的學會觀察眼圖及其分析方法，調(diào)整傳輸濾波器特性。二、實驗儀器1.RZ

37、8621D實驗箱1臺2.20M雙蹤示波器1臺三、實驗原理 在整個通信系統(tǒng)中，通常利用眼圖方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能。 我們知道，在實際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號經(jīng)過非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變，也會引入噪聲和干擾，也就是說，總是在不同程度上存在碼間串擾。在碼間串擾和噪聲同時存在情況下，系統(tǒng)性能很難進行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評價實際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進行分析。 眼圖可以直觀地估價系統(tǒng)的碼間干擾和噪聲的影響，是一種常用的測試手段。 什么是眼圖? 所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過接收濾波器輸出的基帶信號，以碼元同步時鐘作為同步信號在示波器屏幕上顯示的波形。干擾和失

38、真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來。因為對于二進制信號波形，它很像人的眼睛的過程眼圖。 在圖12-1中畫出兩個無噪聲的波形和相應的“眼圖”，一個無失真，另一個有失真(碼間串擾)。圖12-1中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。眼圖中央的垂直線表示取樣時刻。當波形沒有失真時，眼圖是一只“完全張開”的眼睛。在取樣時刻，所有可能的取樣值僅有兩個：+1或-1。當波形有失真時，在取樣時刻信號取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分閉合。這樣，保證正確判決所容許的噪聲電平就減小了。換言之，在隨機噪聲的功率給定時，將使誤碼率增加。“眼睛”張開的大小就表明失真的嚴重程度。為便

39、于說明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡化成圖12-2的形狀。由此圖可以看出：(1)最佳取樣時刻應選擇在眼睛張開最大的時刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對定位誤差愈敏感；(3)在取樣時刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量；(4)在取樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就有可能發(fā)生錯誤判決；(5)陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點位置變動范圍，它對于從信號平均零點位置提取定時信息的解調(diào)器有重要影響。實驗室理想狀態(tài)下的眼圖如圖12-3所示。衡量眼圖質(zhì)量的幾個重要參數(shù)有： 1.眼圖開啟度(U-2U)/U指在最佳抽樣

40、點處眼圖幅度“張開”的程度。無畸變眼圖的開啟度應為100%。 圖12-1 無失真及有失真時的波形及眼圖 (a) 無碼間串擾時波形；無碼間串擾眼圖 (b) 有碼間串擾時波形；有碼間串擾眼圖 圖12-2 眼圖的重要性質(zhì) 其中U=U+U- 2.“眼皮”厚度2U/U 指在最佳抽樣點處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比，無畸變眼圖的“眼皮”厚度應等于0。 3.交叉點發(fā)散度T/T 指眼圖過零點交叉線的發(fā)散程度，無畸變眼圖的交叉點發(fā)散度應為0。 4.正負極性不對稱度 指在最佳抽樣點處眼圖正、負幅度的不對稱程度。無畸變眼圖的極性不對稱度應為0。最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時電平的影響無法在眼圖中得到完整的反

41、映，因此，即使在示波器上顯示的眼圖是張開的，也不能完全保證判決全部正確。不過，原則上總是眼睛張開得越大，誤判越小。在圖12-3中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。 (a) 二進制系統(tǒng) (b) 隨機數(shù)據(jù)輸入后的二進制系統(tǒng)圖12-3 實驗室理想狀態(tài)下的眼圖四、 實驗內(nèi)容1.理想眼圖觀察；2.有噪聲眼圖觀察；3.接收濾波器的特性調(diào)整。五、實驗步驟1 打開實驗箱右側(cè)電源開關(guān)，電源指示燈亮。2 用無干擾眼圖波形對接收濾波器（這里可視為整個信道傳輸濾波器）的特性加以調(diào)整，使之構(gòu)成一個等效的理想低通濾波器。開關(guān)K703的1-2腳相連，將CPLD的可編程信號發(fā)生器產(chǎn)生的32Kbit/s數(shù)字基帶信

42、號直接送入接收濾波器，按照下面的眼圖觀察方法連接調(diào)節(jié)好雙蹤示波器，此時，調(diào)整W702將升余弦波波形的幅度峰峰值約5V左右，調(diào)整W703直到TP708點波形出現(xiàn)過零點波形重合、線條細且清晰的眼圖波形（即無碼間串擾、無噪聲時的眼圖）。在調(diào)整W703過程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖過零點波形重合時W703的位置不是唯一的，它正好驗證了無碼間串擾的傳輸特性不唯一。眼圖觀測方法：用示波器的一根探頭（觸發(fā)TRTIGGER檔）放在TP901上（可視為其同步時鐘，碼元周期T），另一根探頭放在TP708上（數(shù)字基帶信號的升余弦波），調(diào)整示波器的掃描周期（=nT），使TP708的升余弦波波形的余輝反復重疊（即與碼元的周期同步）

43、，則可觀察到n只并排的眼圖波形。眼圖上面的一根水平線由連1引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面的一根水平線由連0碼引起的持續(xù)的負電平產(chǎn)生，中間部分過零點波形由1、0交替碼產(chǎn)生。3 開關(guān)K703的2-3腳相連，將PSK解調(diào)模塊解調(diào)還原的數(shù)字基帶信號送入眼圖電路。4 調(diào)整好PSK調(diào)制解調(diào)電路，在PSK模擬傳輸信道中不加入噪聲的情況下（即K302的2-3腳連），觀察TP708測量點的眼圖波形（可適當調(diào)整W703）；5 調(diào)整好PSK調(diào)制解調(diào)電路，在PSK模擬傳輸信道中加入噪聲（即K302的1-2腳連），慢慢調(diào)整噪聲信號的幅值（噪聲模塊中電位器W101），觀察TP708測量點，即受噪聲干擾的眼圖波形，可以看到眼圖

44、線條明顯變粗，眼睛張開度變?。ㄗ⒁庠肼暦炔灰?，否則PSK將無法解調(diào)出基帶信號，J301也最好選擇“CPLD”）；無噪聲有碼間串擾時，TP708點的升余弦波波形將發(fā)生畸變，這時眼圖的過零點波形彌散，不像無碼間串擾時波形清晰。這幾條線越靠近，表明碼間串擾越小，反之波形越彌散，表示碼間串擾越大。有噪聲無碼間串擾時，TP708點的升余弦波波形的線，將變成模糊的帶狀線。噪聲越大，線條越寬，越模糊。五、測量點說明1TP705:為數(shù)字信號源產(chǎn)生、PSK解調(diào)輸出、FSK解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號。2TP708:為升余弦波波形，眼圖觀察測量點。 3. 其余測試點待用。六、實驗報告要求1.分析電路的工作原理，敘

45、述其工作過程。2.敘述眼圖的產(chǎn)生原理以及它的作用。3.繪出實驗觀察到的幾種情況下的升余弦波形及眼圖形狀。實驗五 基帶信號AMI / HDB3碼編譯碼實驗一、實驗目的1.熟悉AMI / HDB3碼編譯碼的工作過程；2.觀察AMI / HDB3碼碼型變換編譯碼電路的測量點波形。二、實驗儀器1.RZ8621D實驗箱1臺2.20M雙蹤示波器1臺三、實驗原理在分析HDB3碼碼數(shù)字基帶信號傳輸及HDB3碼碼型變換線路編譯碼工作原理之前，學生可以對HDB3碼專用集成電路CD22103芯片作一個了解，詳見所附光盤CD22103，本實驗中采用CPLD實現(xiàn)其功能。（一） HDB3碼電路的工作原理AMI碼的全稱是傳

46、號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼0（空號）和1（傳號）按如下規(guī)則進行編碼的碼：代碼的0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的1、1、1、1由于AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進制符號序列變成了一個三進制符號序列，而且也是一個二進制符號變換成一個三進制符號。把一個二進制符號變換成一個三進制符號所構(gòu)成的碼稱為1B1T碼型。AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點

47、，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即當它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。為了保持AMI碼的優(yōu)點而克服其缺點，人們提出了許多改進的方法，HDB3碼就是其中有代表性的一種。 HDB3碼是三階高密度碼的簡稱。HDB3碼保留了AMI碼所有的優(yōu)點（如前所述），還可將連“0”碼限制在3個以內(nèi)，克服了AMI碼出現(xiàn)長連“0”過多，對提取定時鐘不利的缺點。HDB3碼的功率譜基本上與AMI碼類似。由于HDB3碼諸多優(yōu)點，所以CCITT建議把HDB3碼作為PCM傳輸系統(tǒng)的線路碼型。 如何由二進制碼轉(zhuǎn)換成HDB3碼呢？ HDB3碼編碼規(guī)則

48、如下： 1二進制序列中的“0”碼在HDB3碼中仍編為“0”碼，但當出現(xiàn)四個連“0”碼時，用取代節(jié)000V或B00V代替四個連“0”碼。取代節(jié)中的V碼、B碼均代表“1”碼，它們可正可負（即V+=1，V-=1，B+=1，B-=1）。 2取代節(jié)的安排順序是：先用000V，當它不能用時，再用B00V。000V取代節(jié)的安排要滿足以下兩個要求：（1） 各取代節(jié)之間的V碼要極性交替出現(xiàn)（為了保證傳號碼極性交替出現(xiàn)，不引入直流成份）。（2） V碼要與前一個傳號碼的極性相同（為了在接收端能識別出哪個是原始傳號碼，哪個是V碼？以恢復成原二進制碼序列）。 當上述兩個要求能同時滿足時，用000V代替原二進制碼序列中的

49、4個連“0”（用000V+或000V-）；而當上述兩個要求不能同時滿足時，則改用B00V（B+00V+或B-00V-，實質(zhì)上是將取代節(jié)000V中第一個“0”碼改成B碼）。 3HDB3碼序列中的傳號碼（包括“1”碼、V碼和B碼）除V碼外要滿足極性交替出現(xiàn)的原則。 下面我們舉個例子來具體說明一下，如何將二進制碼轉(zhuǎn)換成HDB3碼。二進制碼序列: 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3碼碼序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 1 B+ 0 0 V 0 1 +1 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 1從上例可以看出

50、兩點： （1）當兩個取代節(jié)之間原始傳號碼的個數(shù)為奇數(shù)時，后邊取代節(jié)用000V；當兩個取代節(jié)之間原始傳號碼的個數(shù)為偶數(shù)時，后邊取代節(jié)用B00V。（2）V碼破壞了傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，所以叫破壞點；而B碼未破壞傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，叫非破壞點。 雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復4個連0碼，再將所有1變成1后便得到原消息代碼。圖131 NRZHDB3碼編碼工作波形（三）電路的工作過程譯碼是編碼的逆

51、過程。其波形如圖132所示。但CP2應比譯碼輸入（AIN、BIN）稍有延時。環(huán)路測試由LTE控制，若LTEH，則OUT1、OUT2內(nèi)部短接到對應的AIN、BIN，此時NRZ0應為NRZi，但延后8個時鐘周期左右。CP3為AIN、BIN相加波形，供收端提取時鐘用。圖132 HDB3譯碼工作波形 圖13-3 HDB3碼編譯碼自環(huán)電原理圖（四）實驗電路工作原理采用SC22103專用芯片實現(xiàn)AMIHDB3碼的電原理圖如圖13-3所示。在該電路模塊中，沒有采用復雜的線圈耦合的方法來實現(xiàn)AMIHDB3碼，而是采用UA02A(TL084)對HDB3碼的輸出進行變換。輸入的碼流由UA01的1腳在2腳時鐘信號的

52、推動下輸入，HDB3碼與AMI由KA01選擇。編碼之后的結(jié)果在UA01的14、15腳輸出。而后在電路上直接由UA01的11、13腳返回（實際通信中，譯碼電路應接收正負電平的AMIHDB3碼，整流后獲得同步時鐘，并通過處理獲得正向編碼和負向編碼。我們這里只是作自環(huán)演示，省略了上述過程），再由UA03進行譯碼。正確譯碼之后TPA01與TPA08的波形應一致，但由于HDB3碼的編譯碼規(guī)則較復雜，當前的輸出HDB3碼字與前4個碼字有關(guān)，因而HDB3碼的編譯碼時延較大。本實驗中采用CPLD技術(shù)實現(xiàn)AMIHDB3碼的原理與上述同，只是實現(xiàn)手段不一樣罷了。AMI與HDB3碼的選擇可通過薄膜設置， AMIHD

53、B3碼的編譯碼工作波形如圖13-5所示（為了便于說明，編碼電路各波形的時延都已略去）。四、實驗內(nèi)容1.AMI / HDB3碼型變換編碼觀察實驗；2.AMI / HDB3碼型變換譯碼觀察實驗。五、跳線開關(guān)設置KA01：第一排，待用；第二排，64Kb/s的偽隨機碼輸入；第三排，PCM模塊的數(shù)字編碼時分復用信號輸入（后面綜合實驗介紹）。六、實驗步驟及測量點說明 TPA01：發(fā)端數(shù)字基帶信碼輸入。（1）KA01第二排，由薄膜鍵盤選擇“線路編譯碼”中的AMI或HDB3碼。 “PN32”為128Kb/s的偽隨機碼輸入，碼型為：11111111111111111100000000000011110000000011111111000011110000，對比TPA02；“數(shù)據(jù)源選擇”，8位手工編制數(shù)字信號，速率為128Kb/s。方向上鍵表示“1”，方向下鍵表示“0”，每位數(shù)據(jù)按“確認”鍵輸入，8位全部設置完后，即輸出設置的信號?？芍萌?”，