通信原理實驗指導書.doc

1、實驗一：抽樣定理實驗一、實驗目的1、熟悉TKCSAS型通信系統(tǒng)原理實驗裝置；2、熟悉用示波器觀察信號波形、測量頻率與幅度；3、驗證抽樣定理；二、實驗預習要求1、復習通信系統(tǒng)原理中有關抽樣定理的內(nèi)容；2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理和電路說明1、概述 在通信技術中為了獲取最大的經(jīng)濟效益，就必須充分利用信道的傳輸能力,擴大通信容量。因此,采取多路化制式是極為重要的通信手段。最常用的多路復用體制是頻分多路復用（FDM)通信系統(tǒng)和時分多路復用（TDM)通信系統(tǒng)。頻分多路技術是利用不同頻率的正弦載波對基帶信號進行調制,把各路基帶信號頻譜搬移到不同的頻段上,在同一信道上傳輸.而時分多路系

2、統(tǒng)中則是利用不同時序的脈沖對基帶信號進行抽樣,把抽樣后的脈沖信號按時序排列起來,在同一信道中傳輸. 利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為“抽樣”，抽樣后的信號稱為脈沖調幅（PAM）信號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復出原信號.抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎的。在工作設備中，抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步。抽樣性能的優(yōu)劣關系到整個系統(tǒng)的性能指標。作為例子，圖11示意地畫出了傳輸一路語音信號的PCM系統(tǒng).從圖中可以看出要實現(xiàn)對語音的PCM編碼，首先就要對語音信號

3、進行抽樣，然后才能進行量化和編碼.因此,抽樣過程是語音信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)，也是一切模擬信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié).圖11單路PCM系統(tǒng)示意圖為了讓實驗者形象地觀察抽樣過程,加深對抽樣定理的理解，本實驗提供了一種典型的抽樣電路。除此,本實驗還模擬了兩路PAM通信系統(tǒng)，從而幫助實驗者初步了解時分多路的通信方式。2、抽樣定理抽樣定理指出，一個頻帶受限信號m（t)如果它的最高頻率為fH（即m（t)的頻譜中沒有fH以上的分量)，可以唯一地由頻率等于或大于2fH的樣值序列所決定。因此,對于一個最高頻率為3400Hz的語音信號m（t)，可以用頻率大于或等于6800Hz的樣值序列來表示。抽樣頻率fs和語音信號m(

4、t）的頻譜如圖12和圖13所示。由頻譜可知，用截止頻率為fH的理想低通濾波器可以無失真地恢復原始信號m（t)，這就說明了抽樣定理的正確性.實際上，考慮到低通濾波器特性不可能理想，對最高頻率為3400Hz的語音信號,通常采用8KHz抽樣頻率，這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶,見圖14。如果fs2fH，就會出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖15所示。在驗證抽樣定理的實驗中，我們用單一頻率fH的正弦波來代替實際的語音信號,采用標準抽樣頻率fs=8KHz，改變音頻信號的頻率fH,分別觀察不同頻率時,抽樣序列和低通濾波器的輸出信號，體會抽樣定理的正確性。 圖12語音信號的頻譜 圖1-3語音信號的抽樣頻譜和抽樣信號

5、的頻譜 圖14留出防衛(wèi)帶的語音信號的抽樣頻譜 圖15 fs<2fH時語音信號的抽樣頻譜驗證抽樣定理的實驗方框如圖16所示。在實驗中,連接(TP8)和（TP14)，就構成了抽樣定理實驗電路.圖1-6抽樣定理實驗框圖抽樣電路采用場效應晶體管開關電路。抽樣門在抽樣脈沖的控制下以每秒八千次的速度開關。T1為結型場效應晶體管，T2為驅動三極管。當抽樣脈沖沒來時，驅動三極管處于截止狀態(tài),-5V電壓加在場效應晶體管柵極G，只要G極電位負于源極S的電位,并且UGS|UP|，則場效應晶體管處于夾斷狀態(tài)，輸出信號為“0”.抽樣脈沖來時，驅動三極管導通，發(fā)射極+5V電壓加到驅動二極管，使之反向偏置.從截止到導

6、通的跳變電壓經(jīng)跨接在二極管兩端的電容加到場效應晶體管的G極.使柵極、源極之間的電壓迅速達到場效應晶體管導通的數(shù)值，并一直達到使源極電壓等于漏極上的模擬電壓。這樣,抽樣脈沖期間模擬電壓經(jīng)場效應晶體管開關加到負載上。由于抽樣電路的負載是一個電阻，因此抽樣的輸出端能得到一串脈沖信號.此脈沖信號的幅度與抽樣時輸入信號的瞬時值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的寬度相同。這樣，脈沖信號就是脈沖調幅信號。當抽樣脈沖寬度遠小于抽樣周期時，電路輸出的結果接近于理想抽樣序列。由圖l-6可知,用一低通濾波器即可實現(xiàn)模擬信號的恢復。為便于觀察,解調電路由射隨、低通濾波器和放大器組成,低通濾波器的截止頻率為3400Hz.

7、四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟（一）、準備工作1、觀察本實驗電路部分及所需直流電壓;2、打開交流電源總開關,用短線接上直流電壓；（一)、抽樣脈沖和分路脈沖的形成用示波器觀察各脈沖信號，記錄信號的波形、頻率、幅度及脈沖寬度；1、了解TKCS-AS型通信系統(tǒng)原理實驗裝置的結構；2、用示波器觀察主振脈沖（TP1）信號；幅度： V周期: s頻率： Hz主振脈沖（TP1)3、用示波器觀察分路抽樣脈沖（TP2）和（TP3）信號;幅度: V周期： s頻率： Hz分路抽樣脈沖(TP2)和（TP3）4、用示波器觀察分路抽樣脈沖（TP2）和（TP3)信號；幅度： V周期： s頻率： Hz分路抽樣脈沖

8、（TP2）和（TP3）5、比較（TP2)-（TP2)、(TP3）-（TP3）的相位；比較結果：（二）、驗證抽樣定理1、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端，調節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波f = 1KHz、Vp-p = 2V；2、正弦波信號從信號輸入端（TP4）輸入;3、連接（TP2）（TP6）；4、以(TP4)作比較信號,觀察抽樣后形成的PAM信號（TP8),調整示波器觸發(fā)同步，使波形在示波器上穩(wěn)定，計算一個周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，核對信號頻率與抽樣頻率的關系；幅度： V周期： s頻率： Hz抽樣后形成的PAM信號（TP8）5、改變信號頻率f ；計算一個周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，填入下表：f(Hz）

9、3005001000200030005000抽樣次數(shù)6、連接（TP2）-（TP6）；（TP8)（TP14）在（TP15）觀察經(jīng)低通濾波器和放大器的解調信號，測量其頻率確定和輸入信號的關系，驗證抽樣定理。幅度： V周期: s頻率: Hz解調信號（TP15）六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應的曲線和波形。2、抽樣定理的內(nèi)容和公式？3、實驗心得與體會.實驗二:脈沖調幅（PAM）實驗一、實驗目的1、觀察了解PAM信號的形成過程;2、了解PAM的平頂展寬解調過程；3、低通濾波器在解調中的作用；二、實驗預習要求1、復習通信系統(tǒng)原理中有關PAM的內(nèi)容;2、復習模擬通信系統(tǒng)和基帶傳輸?shù)挠嘘P章節(jié)；3、閱讀本

10、實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟;三、實驗原理1、多路脈沖調幅（PAM信號的形成和解調)多路脈沖調幅的實驗框圖如圖27所示.在實驗中，連接（TP8）和(TP11)、（TP13）和（TP14）就構成了多路脈沖調幅實驗電路。圖27多路脈沖調幅實驗框圖分路抽樣電路的作用是：將在時間上連續(xù)的語音信號經(jīng)脈沖抽樣形成時間上離散的脈沖調幅信號.n路抽樣脈沖在時間上是互不交叉、順序排列的。各路的抽樣信號在多路匯接的公共負載上相加便形成合路的脈沖調幅信號.本實驗設置了兩路分路抽樣電路。多路脈沖調幅信號進入接收端后,由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路PAM信號.發(fā)送端分路抽樣與接收端分路選通是一一對應的,這是依靠

11、它們所使用的定時脈沖的對應關系決定的。為簡化實驗系統(tǒng)，本實驗的分路選通脈沖直接利用該路的分路抽樣脈沖經(jīng)適當延遲獲得。接收端的選通電路也采用結型場效應晶體管作為開關元件，但輸出負載不是電阻而是電容。采用這種類似于平頂抽樣的電路是為了解決PAM解調信號的幅度問題。由于時分多路的需要,分路脈沖的寬度是很窄的.當占空比為s / T s的脈沖通過話路低通濾波器后，低通濾波器輸出信號的幅度很小。這樣大的衰減帶來的后果是嚴重的.但是，在分路選通后加入保持電容，可使分路后的PAM信號展寬到100%的占空比，從而解決信號幅度衰減過大的問題。但我們知道平頂抽樣將引起固有的頻率失真。 PAM信號在時間上是離散的，但

12、在幅度上卻是連續(xù)的。而在PCM系統(tǒng)里,PAM信號只有在被量化和編碼后才有傳輸?shù)目赡?。本實驗僅提供一個PAM系統(tǒng)的簡單模式。 2、多路脈沖調幅系統(tǒng)中的路際串話 路際串話是衡量多路系統(tǒng)的重要指標之一。路際串話是指在同一時分多路系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信號串擾到其它話路上去，這樣就產(chǎn)生了同一端機中的各路通話之間的串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者造成失密或影響正常通話：后者等于噪聲干擾.對路際串話必須設法防止.一個實用的通話系統(tǒng)必須滿足對路際串話規(guī)定的指標。 在一個理想的傳輸系統(tǒng)中,各路PAM信號應是嚴格地限制在本路時隙中的矩形脈沖。但如果傳輸PAM信號的通道頻帶是有限的，則PAM信號就會出

13、現(xiàn)“拖尾"的現(xiàn)象，當“拖尾”嚴重，以至侵入鄰路隙時，就產(chǎn)生了路際串話。在考慮通道頻帶高頻端時,可將整個通道簡化為圖28所示的低通網(wǎng)絡，它的上截止頻率為：f1=1（2R1C1）圖28通道的低通等效網(wǎng)絡為了分析方便,設第一路有幅度為V的PAM脈沖,而其它路沒有。當矩形脈沖通過圖28(a)所示的低通網(wǎng)絡，輸出波形如圖2-8（b）所示。脈沖終了時，波形按R1C1時間常數(shù)指數(shù)下降.這樣，就有了第一路脈沖在第二路時隙上的殘存電壓-串話電壓U，這種由于信道的高頻響應不夠引起的路際串話就叫做高頻串話. 當考慮通道頻帶的低頻端時,可將通道簡化為圖2-9所示的高通網(wǎng)絡。它的下截止頻率為:f2=1(2R2

14、C2） 由于R2C2>> 所以當脈沖通過圖29（a)所示的高通網(wǎng)絡后，輸出波形如圖29(b）所示。長長的“拖尾”影響到相隔很遠的時隙。若計算某一話路上的串話電壓，則需要計算前n路對這一路分別產(chǎn)生的串話電壓,積累起來才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應不夠而引起的路際串話就叫做低頻串話。解決低頻串話是一項很困難的工作.圖2-9通道的高頻等效電路四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟1、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端,調節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波f = 1KHz、Vp-p = 2V；2、正弦波信號從信號輸入端（TP4）輸入；3、連接（TP2）（TP6)、（TP

15、8)-(TP11）、(TP13)(TP14）、(TP3)（TP12）；4、在（TP13）觀察選通后的單路解調展寬信號，用示波器讀出的寬度（單位為us)； = （us）;單路解調展寬信號（TP13）5、改變信號頻率f ,在(TP15)觀察經(jīng)低通濾波器放大后的音頻信號,測量整個系統(tǒng)的頻率特性幅度： V周期： s頻率: Hz單路解調展寬信號（TP13）測量整個系統(tǒng)的頻率特性，測試數(shù)據(jù)填入下表：f（Hz）3005001000200030005000TP15(Vp-p)六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應的曲線和波形；2、回答：PAM信號是怎樣形成的？3、實驗心得與體會。實驗三:脈沖編碼調制（PCM)

16、實驗一、實驗目的1、了解語音信號編譯碼的工作原理；2、驗證PCM編碼原理;3、初步了解PCM專用集成電路的工作原理和應用;4、了解語音信號數(shù)字化技術的主要指標及測試方法;二、實驗預習要求1、復習通信系統(tǒng)原理中有關編譯碼和PCM通信系統(tǒng)的內(nèi)容;2、閱讀本實驗的內(nèi)容,熟悉實驗的步驟;三、實驗原理1、 概述圖31PCM數(shù)字電話終端機的結構示意圖脈沖編碼（PCM）技術已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。十多年來，由于超大規(guī)模集成技術的發(fā)展,PCM通信設備在縮小體積、減輕重量、降低功耗、簡化調試以及方便維護等方面都有了顯著的改進。目前，數(shù)字電話終端機的關鍵部件,如編譯碼器（Codec）和話路濾波器等都

17、實現(xiàn)了集成化。本實驗是以這些產(chǎn)品編排的PCM編譯碼系統(tǒng)實驗，以期讓實驗者了解通信專用大規(guī)模集成電路在通信系統(tǒng)中應用的新技術。PCM數(shù)字電話終端機的構成原理如圖31所示.實驗只包括虛線框內(nèi)的部分,故名PCM編譯碼實驗。2、實驗原理和電路PCM編譯碼系統(tǒng)由定時部分和PCM編譯碼器構成。（一）、PCM編譯碼原理為適應語音信號的動態(tài)范圍，實用的PCM編譯碼必須是非線性的。目前，國際上采用的均是折線近似的對數(shù)壓擴特性。CCITT.的建議規(guī)定以13段折線近似的A律（A=87。56)和15段折線近似的律(=255）作為國際標準。A律和u律的量化特性初始段如圖3-2（a)和圖32（b)所示。圖32量化特性 這

18、種折線近似壓擴特性的特點是:各段落間量階關系都是2的倍數(shù),在段落內(nèi)為均勻分層量化，即等間隔16個分層.這些對于用數(shù)字電路實現(xiàn)非線性編碼與譯碼是極為方便的. (二）、PCM編譯碼器簡介本實驗PCM編譯碼器采用了TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是CMOS工藝制造的單片PCM A律編譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067的管腳如圖33所示.TP3067的管腳定義簡述如下:（1)VPO+ 接收功放的同向輸出.(2）GNDA模擬地.所有信號以這個引腳為參考點。（3）VPO 接收功放的反向輸出。（4)VPI 將輸入轉換到接收功放。（5)VFRO接收濾波器的模擬輸出。圖3-3TP3067的管

19、腳圖(6)VCC 正電源引腳.VCC：+5V±5(7)FSR 接收部分的8KHz幀同步時隙信號。（8)DR PCM碼流解碼輸入。(9）BCLKR/CLKSET 接收數(shù)據(jù)（DR)時鐘，在固定速率工作模式下為2048K。FSR的上升沿，可以從64KHz變化到2.048MHz。邏輯輸入可以交替地選擇在同步模式下提供給主時鐘的1。536MHzl。554MHz或2.048MHz,BCLKX用于傳輸和接收。（10）MCLKRPDN 接收主時鐘.1。544MHz或2.048MHz.可以與MCLK同步，但最好是在最佳性能時與MCLKX同步.在MCLKR持續(xù)低時,全部內(nèi)部定時選擇MCLKX.在MCLK

20、R持續(xù)高時，器件處于低功耗狀態(tài).(11）MCLKX 傳輸主時鐘必須是1。536MHz,1。544MHz或2.048MHz可以與MCLKR同步。(12)BCLKX 傳輸數(shù)據(jù)（DX）位時鐘，固定速率工作模式下為2048K可以從64KHz變化到2。048MHz，但必須與MCLKX同步。(13）DX 編碼數(shù)據(jù)輸出，通過FSX使能.（14）FSX 發(fā)送部分的8KHz幀同步時隙信號，(15）TSX 編碼時的消耗輸出（16）ANLB 控制輸入的模擬回路.操作時必須置邏輯“0”.(17）GSX 傳輸輸入放大器的模擬輸出，用于內(nèi)部設置增益.(18）VFXI- 傳輸輸入放大器的反向輸入。（19)VFXI+ 傳輸輸

21、入放大器的同向輸入。（20）VBB 負電源引腳。VBB=-5V±5。（三）、定時部分TP3067編譯碼器所需的定時脈沖均由定時部分提供。這里只需要主時鐘2048KHz和幀定時8KHz信號.為了簡化實驗內(nèi)容，本實驗系統(tǒng)的編譯碼部分公用一個定時源以確保發(fā)收時隙的同步.在實際的PCM數(shù)字電話設備中，確有一個同步系統(tǒng)來保證發(fā)收同步的.四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟TP1：幅度: V周期: s頻率： Hz1、用示波器在（TP1）觀察主振波形、在（TP2)、（TP3)和（TP4）觀察波形，記錄它們的頻率和幅度;并比較（TP3）和（TP4）的相位，在同一坐標系中畫出其波形；TP2：幅

22、度： V周期： s頻率： Hz(TP1）和(TP2)TP3：幅度: V周期： s頻率： Hz2、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端，調節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波f = 1KHz、Vpp = 2V；TP4：幅度： V周期： s頻率： Hz（TP3)和(TP4）3、正弦波信號從信號輸入端（TP5）輸入；4、觀察（TP6)PCM編碼輸出的碼流，畫出其波形；5、連接（TP6）-(TP7）觀察經(jīng)譯碼和接收低通濾波器恢復出的同相輸出音頻信號（TP8）和反相輸出的音頻信號（TP8）,記錄各點的波形頻率和幅度；幅度： V周期: s頻率： HzPCM編碼輸出（TP6）6、測試系統(tǒng)的頻率特性：改變信號

23、頻率f ，在（TP8)觀察經(jīng)低通濾波器后的音頻信號，測量整個系統(tǒng)的頻率特性；幅度： V周期： s頻率: Hz譯碼輸出（TP8）7、測試系統(tǒng)的頻率特性:改變信號頻率f ，在（TP8)觀察經(jīng)低通濾波器后的音頻信號,測量整個系統(tǒng)的頻率特性，測試數(shù)據(jù)填入下表:f(Hz）3005001000200030005000TP8（Vp-p)六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應的曲線和波形；2、PCM編譯系統(tǒng)由那些部分構成？各部分的作用是什么？3、實驗心得與體會。實驗四：移相鍵控（PSK)實驗一、實驗目的1、了解M序列的性能，掌握其實現(xiàn)方法及其作用；2、了解2PSK系統(tǒng)的組成驗證,其調制解調原理；3、學習集成電

24、路壓控振蕩器在系統(tǒng)中的應用；4、學習2PSK系統(tǒng)主要性能指標的測試方法；二、實驗預習要求1、復習通信系統(tǒng)原理中有關PSK調制解調的內(nèi)容；2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；3、了解有關技術指標的測量方法；三、實驗原理(一）概述數(shù)字通信系統(tǒng)的模型可以用圖51表示，虛線框內(nèi)的部分稱為數(shù)字調制和解調部分，以完成數(shù)字基帶信號到數(shù)字頻帶信號之間的變換。圖51數(shù)字通信系統(tǒng)模型 與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字調制和解調同樣是通過某種方式,將基帶信號的頻譜由一個頻率位置搬移到另一個頻率位置上去。不同的是，數(shù)字調制的基帶信號不是模擬信號而是數(shù)字信號。在大多數(shù)情況下，數(shù)字調制是利用數(shù)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的

25、幅度、頻率或相位進行鍵控,便可獲得ASK、FSK、PSK等.這三種數(shù)字調制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜利用率等方面,以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速傳輸數(shù)據(jù)時得到廣泛應用。 近年來,在數(shù)字微波通信中進一步提高頻譜利用率的課題已獲得重要進展.除2PSK外，已派生出多種調制形式，如四相移相鍵控(QPSK）、八相移相鍵控（8PSK)、正交部分響應（QPRS）、十六狀態(tài)正交電幅（16QAM）以及64QAM、256QAM等,這些都是高效率的調制手段。 為了模擬實際數(shù)字調制系統(tǒng)，本實驗的調制和解調基本上由數(shù)字電路構成。數(shù)字電路具有變換速度快、解調測試方便等優(yōu)點。為了實驗過程中觀察方便，實驗系統(tǒng)的

26、載波選為5MHz. （二)調制2PSK系統(tǒng)的調制部分框圖如圖52所示，下面分幾部分說明。圖5-22PSK調制部分框圖 1、M序列發(fā)生器實際的數(shù)字基帶信號是隨機的，為了實驗和測試方便，一般都是用M序列發(fā)生器產(chǎn)生一個偽隨機序列來充當數(shù)字基帶信號源。按照本原多項式f（x）= X5 + X3 + 1組成的五級線性移位寄存器，就可得到3l位碼長的M序列。碼元定時與載波的關系可以是同步的，以便清晰觀察碼元變化時對應調制載波的相應變化；也可以是異步的，因為實際的系統(tǒng)都是異步的，碼元速率約為1MbtS. 2、相對移相和絕對移相移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調載波的相位作為基準的相位調制叫做絕對移相。

27、以二進制調相為例,取碼元為“1”時，調制后載波與未調載波同相；取碼元為“0"時，調制后載波與未調載波反相;“1”和“0”時調制后載波相位差1800。絕對移相的波形如圖53所示。圖5-3絕對移相的波形示意圖在同步解調的PSK系統(tǒng)中，由于收端載波恢復存在相位含糊的問題，即恢復的載波可能與未調載波同相，也可能反相,以至使解調后的信碼出現(xiàn)“0”、“1”倒置，發(fā)送為“1”碼，解調后得到“0”碼;發(fā)送為“0"碼,解調后得到“1”碼。這是我們所不希望的,為了克服這種現(xiàn)象，人們提出了相對移相方式。相對移相的調制規(guī)律是：每一個碼元的載波相位不是以固定的未調載波相位作基準的，而是以相鄰的前一個

28、碼元的載波相位來確定其相位的取值。例如，當某一碼元取“1"時，它的載波相位與前一碼元的載波同相：碼元取“0”時，它的載波相位與前一碼元的載波反相。相對移相的波形如圖54所示.圖5-4相對移相的波形示意圖一般情況下,相對移相可通過對信碼進行變換和絕對移相來實現(xiàn),將信碼經(jīng)過差分編碼變換成新的碼組-相對碼，再利用相對碼對載波進行絕對移相，使輸出的已調載波相位滿足相對移相的相位關系.設絕對碼為ai，相對碼為bi,則二相編碼的邏輯關系為：bi = ai - bi-1 （1）差分編碼的功能可由一個模二和電路和一級移位寄存器組成。調相電路可由模擬相乘器實現(xiàn),也可由數(shù)字電路實現(xiàn)。實驗中的調相電路是由

29、數(shù)字選擇器(74LS153）完成.當2腳和14腳同時為高電平時，7腳輸出與3腳輸入的0相載波相同；當2腳和14腳同時為低電平時，7腳輸出與6腳輸入的相載波相同。這樣就完成了差分信碼對載波的相位調制。圖55示出了一個數(shù)字序列的相對移相的過程。對應于差分編碼，在解調部分有差分譯碼。差分譯碼的邏輯為：ci = bi + bi-1（1）將（1)式代入（2）式,得ci = ai - bi-1 + bi-1bi-1 - bi-1=0ci = ai + 0 = ai這樣,經(jīng)差分譯碼后就恢復了原始的信碼序列.圖55絕對碼實現(xiàn)相對移相的過程3、數(shù)字調相器的主要指標在設計與調整一個數(shù)字調相器時，主要考慮的性能指標

30、是調相誤差和寄生調幅。 (1）調相誤差由于電路不理想，往往引進附加的相移，使調相器輸出信號的載波相位取值為00及180+，我們把這個偏離的相角稱為調相誤差。調相器的調相誤差相當于損失了有用信號的能量。 （2)寄生調幅理想的二相相位調制器，當數(shù)碼取“0”或“1”時，其輸出信號的幅度應保持不變,即只有相位調制而沒有附加幅度調制.但由于調制器的特性不均勻及脈沖高低電平的影響，使得“0”碼和“1”碼的輸出信號幅度不等。設“0”碼和“1”碼所對應的輸出信號幅度分別為Uom或Uim,則寄生調幅為：m =（Uom - Uim)/（Uom + Uim)×100（3）（三）解調2PSK系統(tǒng)的解調部分框

31、圖如圖56所示。圖5-62PSK解調部分框圖1、同相正交環(huán)絕大多數(shù)二相PSK信號采用對稱的移相鍵控，因而在碼元l、0等條件下都是抑制載波的，即在調制信號的頻譜中不含載波頻譜，這樣就無法用窄帶濾波器從調制信號中直接提取參考相位載波.對PSK而言，只要用某種非線性處理的方法去掉相位調制,就能產(chǎn)生與載波有一定關系的分量，恢復出同步解調所需要的參考相位載波,實現(xiàn)對抑制載波的跟蹤。從PSK信號中提取載波的常用方法是采用載波跟蹤鎖相環(huán),如平方環(huán)、同相正交環(huán)、逆調制環(huán)和判決反饋環(huán)等。這幾種鎖相環(huán)的性能特點列于表4-1中。本實驗采用同相正交環(huán)，同相正交環(huán)又叫科斯塔斯(Cosatas)環(huán)。原理框圖如圖5-8所示

32、。在這種環(huán)路里，誤差信號是由兩個鑒相器提供的。壓控振蕩器(VCO)給出兩路相互正交的載波到鑒相器，輸入的2PSK信號經(jīng)鑒相后再由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，得到基帶信號Ud1，、Ud2,這時的基帶信號包含著碼元信號，無法對壓控振蕩器（VCO）進行控制。將Ud1和Ud2經(jīng)過基帶模擬器相乘,就可以去掉碼元信息，得到反應VCO輸出信號與輸入載波間相位差的控制電壓。表41幾種鎖相環(huán)的性能特點特性鎖相環(huán)平方環(huán)同相正交環(huán)逆調制環(huán)判決反饋環(huán)環(huán)路工作頻率f=2fof=fof=fof=fo等效鑒相特性正弦正弦近似距形近似距形解調能力無有有有電路復雜程度鑒相器工作頻率高需用基帶模擬相乘器需用二次調制器需

33、用基帶模擬調制器圖58同相正交環(huán)原理框圖2、集成電路壓控振蕩器(IC-VCO）壓控振蕩器(VCO)是鎖相環(huán)的關鍵部件，它的頻率調節(jié)和壓控靈敏度決定于鎖相環(huán)的跟蹤性能。實驗電路采用一種集成電路的壓控振蕩器74S124。集成片配以簡單的外部元件并加以適當調整，即可得到令人滿意的結果。如圖59所示。集成芯片的每一個振蕩器都有兩個電壓控制端，Vr用于控制頻率范圍（14腳)，Vf用于控制頻率范圍調節(jié)(1腳).外接電容器Cext用于選擇振蕩器的中心頻率.當Vr和Vf取值適當，振蕩器工作正常時，振蕩器頻率f0與Cext的關系近似為：f0 = 5×10-4/Cext(4)f0與Cext的關系曲線如圖

34、510所示。圖59IC-VCO的使用實例圖510頻率f0與Cext的關系曲線當固定Cext時，Vr與Vf有確定的函數(shù)關系。以Vr = Vf = 2V時的輸出頻率f0為歸一化頻率單位，由實驗數(shù)據(jù)可畫出以Vr為參變量時歸一化頻率fn與Vr的變化曲線如圖5-11所示.圖5-11fn隨Vf的變化曲線由圖5-11的曲線可以看出，隨Vr的增大，VCO的壓控靈敏度和線性范圍都在增大.選取適當?shù)腣r值和Cext值，將誤差電壓經(jīng)線性變換后充當控制電壓Vr，這樣就可實現(xiàn)由誤差電壓控制VCO。當f0 = 10MHz時,一組典型的實驗數(shù)據(jù)為：Cext = 275pF，Vr = 376V這時Vr在28V左右移動。四、實

35、驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟1、M序列發(fā)生器觀察偽隨機碼M序列（TP2絕對碼)的波形：畫出M序列的波形并以（TP1）為時鐘信號寫出它的碼流(至少32位二進制碼）；驗證M序列的主要性質；如：2、觀察并記錄相對碼（TP3）的波形：畫出（TP3)的波形并以（TP1）為時鐘信號寫出它的碼流(至少32位二進制碼）； 3、數(shù)字調相電路以（TP3)為同步信號，觀察并記錄載波信號(TP5)的波形；幅度： V周期： s頻率： Hz載波信號（TP5）4、以(TP3）為同步信號,觀察并記錄數(shù)字調相信號（TP6）的波形。（TP3)和（TP6）*4、用TP2（相對碼）作對比，觀察解調輸出（TP13）的波形.六

36、、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應的曲線和波形;2、2PSK系統(tǒng)由那些部分構成？各部分的作用是什么？3、設給定一碼組(絕對碼）100110011100，畫出對其進行2PSK的調制和解調的波形;4、實驗心得與體會.實驗五： HDB3碼型變換實驗一、實驗目的1、了解二進制單極性碼變換為HDB3碼的編碼規(guī)則; 2、掌握HDB3碼的工作原理和實現(xiàn)方法；二、實驗預習要求1、復習通信系統(tǒng)原理中數(shù)字信號的基帶傳輸和信道編碼原理中的內(nèi)容；2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中,有時不經(jīng)過數(shù)字基帶信號與信道信號之間的變換，只由終端設備進行信息與數(shù)字基帶信號之間的變換，然后直接傳輸數(shù)

37、字基帶信號。數(shù)字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳輸中經(jīng)常采用AMI碼（符號交替反轉碼)和HDB3碼(三階高密度雙極性碼）。l、傳輸碼型在數(shù)字復用設備中，內(nèi)部電路多為一端接地，輸出的信碼一般是單極性不歸零信碼。當這種碼在電纜上長距離傳輸時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地（即對地是平衡的），這里就要選用一種適合線路上傳輸?shù)拇a型，通常有以下幾點考慮：（1）在選用的碼型的頻譜中應該沒有直流分量，低頻分量也應盡量少。這是因為終端機輸出電路或再生中繼器都是經(jīng)過變壓器與電纜相連接的,而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量的.（2）傳輸型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是因為電纜中信號線之間的串話在高

38、頻部分更為嚴重,當碼型頻譜中高頻分量較大時，就限制了信碼的傳輸距離或傳輸質量。(3）碼型應便于再生定時電路從碼流中恢復位定時.若信號連“0"較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，恢復位定時就困難,所以應該使變換后的碼型中連“0”較少。（4）設備簡單,碼型變換容易實現(xiàn)。（5）選用的碼型應使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形的誤碼率比單極性信號低。根據(jù)這些原則，在傳輸線路上通常采用AMI碼和HDB3碼.2、AMI碼我們用“0”和“1”代表傳號和空號.AMI碼的編碼規(guī)則是“0”碼不變,“1”碼則交替地轉換為+1和1。當碼序列是100100011101時，AMI碼就變?yōu)?+1001000+11+10

39、1.這種碼型交替出現(xiàn)正、負極脈沖,所以沒直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖6-1所示，AMI碼的能量集中于f0/2處（f0為碼速率)。圖6-1AMI碼的頻譜示意圖這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時,只要將信號整流，即可將“1"翻轉為“+1”，恢復成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經(jīng)常出現(xiàn)的長連“0”的問題.3、HDB3碼及變換規(guī)則這是一種4連0取代碼，當沒有4個以上連“0”碼時，按AMI規(guī)則編碼，當出現(xiàn)4個連“0"碼時，以碼型取代節(jié)“000V”或“B00V”代替四連“0”碼。選用取代節(jié)的原則是:用B脈沖來保證任意兩個相連取代節(jié)的V脈沖間“1”的個數(shù)為奇數(shù)。當相鄰V脈沖間

40、“1"碼數(shù)為奇數(shù)時，則用“000V”取代，為偶數(shù)個時就用“B00V”取代。在V脈沖后面的“1”碼和B碼都依V脈沖的極性而正負交替改變。為了討論方便，我們不管“0”碼,而把相鄰的信碼“1”和取代節(jié)中的B碼用B1B2Bn表示,Bn后面為V,選取“000V”或“B00V”來滿足Bn的n為奇數(shù)。當信碼中的“l(fā)"碼依次出現(xiàn)的序列為VBlB2B3.。BnVBl時，HDB3碼為+ + -。.。 - + 或為 + +.。+ + 。由此看出,V脈沖是可以辯認的,這是因為Bn和其后出現(xiàn)的V有相同的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱V脈沖為破壞點,必要時加取代節(jié)B00V，保證n永遠為奇數(shù)，使

41、相鄰兩個V碼的極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中.相鄰兩個V碼之間或是其余的“1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則.經(jīng)過這樣的變換,既消除了直流成分，又避免了長連“0"時位定時不易恢復的情況，同時也提供了取代信息.圖62給出了HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的要求.圖62HDB3碼的頻譜示意圖由于HDB3碼的這些優(yōu)點能較好地滿足傳輸碼型的各項要求，所以常被用于遠端接口電路中。在M編碼、PCM編碼和ADPCM編碼等終端機中或多種復接設備中，都需要HDB3碼型變換電路與之相配合。4、編碼部分編碼電路接收終端機來的單極性歸零信碼，并把這種變換成為HDB3碼送往傳輸信道。編碼部分的原理框圖如圖63所示，各部分功能如下所述：圖6-3解碼部分的原理框圖圖6-4解碼部分的原理框圖單極性信碼進入本電路,首先檢測有無四連“0”碼。沒有四連“0”時，信碼不改變地通過本電路：有四連“0”時，在第四個“0"碼出現(xiàn)時，將一個“1”碼放入信號中，取代第四個