《數(shù)字通信原理》實驗指導書

1、通信原理課程實驗指導書課程學時： 64學時 實驗學時： 12學時 適用專業(yè)：信息工程、電子信息科學與技術 編 寫 者： 審 查 者： 編寫日期： 2007年4月 實驗1 基帶傳輸系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1. 了解Nyquist基帶傳輸設計準則 2. 熟悉升余弦基帶傳輸信號的特點3. 掌握眼圖信號的觀察方法 4. 學習評價眼圖信號的基本方法二、 實驗儀器1. ZH7001（II）通信原理基礎實驗箱 一臺2. 20MHz雙蹤示波器 一臺 3. 函數(shù)信號發(fā)生器一臺三、 實驗原理在尋找對信號基帶傳輸?shù)脑O計過程中， Nyquist設計準則為基帶傳輸系統(tǒng)信號設計提供了一個方法。利用該準則一方面可以對信號的頻

2、譜進行限制，另一方面又不會產(chǎn)生碼間串擾。升余弦信號設計是其中的一個例子。升余弦濾波器的傳遞函數(shù)為：其中，是滾降因子，取值范圍為0到1。一般=0.251時，隨著的增加，相鄰符號間隔內的時間旁瓣減小，這意味著增加可以減小位定時抖動的敏感度，但增加了占用的帶寬。對于矩形脈沖BPSK信號能量的90%大約在1.6Rb的帶寬內，而對于=0.5的升余弦濾波器，所有能量則在1.5Rb的帶寬內。 為了在實際系統(tǒng)上可實現(xiàn)升余弦濾波器，一般將其進行截短，截短長度一般從中央最大點處向兩邊延長4個碼元。截短成形的基帶信號頻譜一般能很好地滿足實際系統(tǒng)的要求。圖1.1 Nyquist升余弦濾波基帶傳輸頻域與時域特性示意圖脈

3、沖成形濾波器可以在基帶實現(xiàn)，也可以設置在發(fā)射機的輸出端。一般說來，在基帶上脈沖成形濾波器用DSP或FPGA來實現(xiàn)，每個碼元一般需采樣4個樣點，并考慮當前輸出基帶信號的樣點值與個碼元有關，使用脈沖成形的數(shù)字通信系統(tǒng)經(jīng)常在調制器中同一時刻存儲了幾個符號，然后通過查詢一個代表了存儲符號離散時間波形來輸出這幾個符號（表的大小為210），這種查表法可以實現(xiàn)高速數(shù)字成形濾波，其處理過程如圖1.2所示：成形之后的基帶信號經(jīng)D/A變換之后，直接對載波進行調制。圖1.2 BPSK基帶成形原理示意圖對基帶系統(tǒng)性能判斷主要依據(jù)是圖1.3中所示的眼圖的主要測量指標。在實驗過程中請注意對不同的基帶傳輸性能進行測試。圖1

4、.3 眼圖主要的性能指標測試示意圖圖1.4 數(shù)據(jù)選擇CVSD編碼數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)差分編碼a=0的升余弦成形a=1的升余弦成形a=0.4的升余弦成形a=0.4的開根號升余弦成形基帶傳輸選擇KG04同步數(shù)據(jù)DA數(shù)據(jù)選擇測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)選擇KG02測試數(shù)據(jù)速率選擇KG03TPM02TPM03TPM02KG01升余弦滾降傳遞函數(shù)可以通過在發(fā)射機和接收機使用同樣的頻響為開根號升余弦響應的濾波器來實現(xiàn)。這種響應特性的分配為系統(tǒng)提供了最佳接收方案。在ZH7001（II）型通信原理基礎實驗箱中，基帶傳輸?shù)目驁D如圖1.4所示。四、 實驗內容1. 0升余弦濾波成形信號觀察（1） 準備工作：將數(shù)字調制解調模塊中的K

5、G01選擇在下端測試數(shù)據(jù)位置（測試數(shù)據(jù)方式），KG02設置成3級m序狀態(tài)（KG02的最下面跳線器插入），數(shù)據(jù)時鐘選擇開關KG03置于1-2狀態(tài)（32K位置），KG04置于0升余弦濾波狀態(tài)（所有跳線器不插入）。KP01置于1-2狀態(tài)（相干解調位置）。（2） 以發(fā)送時鐘（TPM01）作同步，觀測發(fā)送信號（TPi03）的波形。測量過零點抖動與眼皮厚度（換算成碼元寬度的百分數(shù)）。（3） 用KG02輸入不同的測試數(shù)據(jù)（0/1碼，11101010），觀察TPi03的信號（主要從信號的最佳點收斂情況、過零抖動情況進行判斷）。總結信號特征并解釋原因。2. 1、0.4、0.4開根號升余弦濾波的眼圖觀察（1） 準

6、備工作：除KG04外，其余同步驟1。KG04設置成1、0.4、0.4開根號升余弦濾波狀態(tài)。（2） 以發(fā)送時鐘（TPM01）作同步，觀測發(fā)送信號（TPi03）的波形。測量過零點抖動與眼皮厚度（換算成碼元寬度的百分數(shù)）。（3） 用KG02輸入不同的測試數(shù)據(jù)（0/1碼，11101010），觀察TPi03的信號（主要從信號的最佳點收斂情況、過零抖動情況進行判斷）?？偨Y信號特征并解釋原因。五、 實驗報告1、 寫出眼圖正確的觀察方法；2、 比較“0升余弦濾波”與“0.3升余弦濾波”基帶成形傳輸?shù)牟煌c；3、 比較“1升余弦濾波”與“0.4升余弦濾波”的不同點4、 比較“0.4升余弦濾波”與“0.4開根號升

7、余弦濾波”的不同點5、 敘述Nyquist濾波作用；6、 畫出主要測量點的工作波形；實驗2 FSK調制解調實驗一、 實驗目的1、 了解FSK調制的基本工作原理； 2. 自行設計FSK調制、解調單元；二、 實驗儀器1、 ZH7001（II）通信原理基礎實驗箱 一臺 2. 20MHz示波器一臺三、 實驗原理 在ZH7001（II）型的FSK調制框圖如圖2.1下： 輸入數(shù)據(jù)WE01用于調整頻率間隔；WE02用于調整中心頻率 FSK調制WE02+12VVCOTPE01TPE02WE01圖2.1 FSK調制方框圖用數(shù)字基帶信號的電平高低不同控制UE01(CD4046)內部的壓控振蕩器的振蕩頻率。當輸入碼

8、元為0時，振蕩頻率為69KHz；當輸入碼元為1時，振蕩頻率為2024KHz。這些頻率范圍的調整是通過WE01、WE02來獲取的。其中WE01調整輸入1、0信號的幅度，從而達到控制傳號頻率與空號頻率的間隔。WE02是調整送入到VCO輸入端信號的直流偏移，通過調整WE02達到控制FSK中心頻率的作用。注意：FSK的數(shù)據(jù)輸入信號來源于基帶成形模塊的測試序列，其通過KG02來選擇不同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)速率受KG03控制，在FSK實驗中KG03設置在500bps（KG03處于2-3狀態(tài)）。PLL鎖相環(huán)(CD4046) FSK解調TPE07TPE04TPE05TPE03TPE06接收FSK信號外部測試信號KE0

9、2FSK解調框圖見圖2.12.3：濾波VCO比較器圖2. 3 FSK解調方框圖FSK解調的工作原理是用一個模擬鎖相環(huán)UE02(CD4046)對輸入的FSK信號進行鑒頻。在解調模塊中采用一個PLL環(huán)，當輸入的FSK頻率出現(xiàn)變化時，鎖相環(huán)也隨之變化，它是通過控制環(huán)路的輸入電壓TPE04來達到的。這樣當輸入信號頻率為2024KHz時，鎖相環(huán)的VCO控制電壓為高電平，輸出碼元為1；反之當輸入信號頻率為69KHz時，鎖相環(huán)的VCO控制電壓為低電平，輸出碼元為0。壓控振蕩器(VCO)的控制電壓直接反映了FSK信號中的碼元變化。將該VCO的輸入控制電壓送入比較器中之后就能得到的FSK接收解調的數(shù)字信號。在Z

10、H7001（）通信原理基礎實驗箱中，F(xiàn)SK調制解調實驗是作為擴展模塊實驗來開設的，在該模塊中，各測試點的定義如下：TPE01: FSK調制端的電平變換輸出； TPE02: 調制之后的FSK調制輸出TPE03: 解調端的PLL壓控振蕩器輸出； TPE04: FSK解調的鑒頻輸出TPE05: 鎖定指示 (鎖定時為高電平)； TPE06: FSK解調輸出TPE07: FSK解調輸入信號在該模塊中，各跳線的功能如下：1、 KE01：跳線開關KE01用于選擇UE01的鑒相輸出。當KE01設置于1_2時（左端），選擇異或門鑒相輸出；當KE01設置于2_3時（右端），選擇三態(tài)門鑒相輸出，詳情請參見4046器

11、件性能資料。2、 KE02：跳線開關KE02是用于選擇輸入鎖相信號：當KE02置于2_3時（右端），輸入信號來自FSK調制端；當KE02置于1_2時（左端）選擇外部的測試信號。四、 實驗步驟1. FSK信號傳號頻率與空號頻率的測量（1） 準備工作：將選擇開關KG03置于右端（數(shù)據(jù)速率為500bps），將FSK調制解調模塊中的跳線開關KE01、KE02均置于右端，KG01放置在測試位置（最下端）。（2） TPE02是已調FSK波形，通過開關KG02選擇全1碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPE02的信號波形，測量其基帶信號周期和頻率傳號頻率。（3） 通過開關KG02選擇全0碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPE02信號

12、波形，測量其基帶信號周期和頻率空號頻率。將測量結果與1碼比較。2. FSK調制基帶信號觀測（1） 準備：同實驗步驟1；（2） 通過開關KG02選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號，TPM02是發(fā)送數(shù)據(jù)信號（數(shù)字調制解調模塊中部），TPE02是已調FSK波形。并以TPM02作為同步信號，觀測TPM02與TPE02點波形應有明確的信號對應關系（頻率等）。3. 鎖相環(huán)特性觀察（1） 準備：與步驟1不同之處是將KE02置于1-2端，這樣接收的信號來源于外部測試信號。（2） 用信號源加入TTL方波測試信號。通過：J007（TTL信號）、J006（地）加入測試信號，改變測試信號的頻：從5KHz30KHz進行變化，觀

13、察PLL鑒相輸出TPE04的信號波形。再觀察TPE06的波形。（注意：示波器放在直流檔測量）（3） 反復進行上述測量，設計FSK的參數(shù)，并進行下一步實驗。4. 解調數(shù)據(jù)信號觀測（1） 準備：同步驟1；（2） 測量FSK解調數(shù)據(jù)信號測試點TPE06的波形，觀測時仍用發(fā)送數(shù)據(jù)（TPM02）作同步，比較其兩者的對應關系。（3） 通過開關KG02選擇其它碼，測量TPE06信號波形，觀測解調數(shù)據(jù)是否與發(fā)送數(shù)據(jù)保持一致。5. 不同參數(shù)的FSK基帶信號觀測：調節(jié)電位器WE01、WE02，分別調整頻率間隔和中心頻率，觀測基帶信號TPE02隨調整的變化情況。6. 不同頻率下的解調數(shù)據(jù)信號觀測：通過開關KG03選

14、擇碼元速率在左端32K位置，觀測對解調輸出有什么影響，為什么？五、 實驗報告1、 畫出各測量點的工作波形；2、 自行設計一個FSK（可選擇不同的中心頻率與頻率間隔）的傳輸系統(tǒng)并進行驗證。實驗3 BPSK傳輸系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1、 學習觀察BPSK的調制信號； 2、掌握BPSK調制原理；3、熟悉BPSK調制載波包絡的變化； 4、掌握BPSK解調的基本原理；5、觀察BPSK解調數(shù)據(jù)反相的現(xiàn)象； 6、掌握BPSK數(shù)據(jù)傳輸過程，熟悉典型電路；二、 實驗儀器1、 ZH7001（II）通信原理基礎實驗箱 一臺 2、20MHz雙蹤示波器一臺三、 實驗原理理論上二進制相移鍵控（BPSK）幅度恒定，其載波相

15、位隨著輸入數(shù)據(jù)m（1、0碼）而改變，通常這兩個相位相差180°。在“ZH7001(II)型通信原理基礎實驗箱”中，BPSK的調制工作過程如下：首先輸入數(shù)據(jù)進行Nyquist濾波，濾波后的結果分別送入I、Q兩路支路。因I、Q兩路信號頻率是一樣的，相位相差90度, 所以經(jīng)調制合路之后仍為BPSK方式。采用直接數(shù)據(jù)（非歸零碼）調制與成形信號調制的波形如圖3.1所示：圖3.1 直接數(shù)據(jù)調制與成形信號調制的波形在接收端采用相干解調時，恢復出來的載波與發(fā)送載波在頻率上是一樣的，但相位存在兩種關系：0、180。如果是0，則解調出來的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)一樣，否則，解調出來的數(shù)據(jù)將與發(fā)送數(shù)據(jù)反相。為了對接

16、收信號中的數(shù)據(jù)進行正確的解調，要求在接收機端知道載波的相位和頻率信息，同時還要在正確時間點對信號進行判決。這就是載波恢復與位定時恢復。為了提高所提取載波的質量，一般采用鎖相環(huán)來實現(xiàn)。判決反饋環(huán)結構如圖3.2所示：圖3.2 BPSK判決反饋環(huán)結構判決反饋環(huán)具有00、1800兩個相位平衡點，因而存在相位模糊點。對于接收的BPSK信號，在什么時刻對信號進行抽樣、判決，這主要由位定時來決定。位定時的好壞決定誤碼率的大小。在剛接收到BPSK信號之后，位定時一般不處于正確的抽樣位置，必須采用一定的算法對抽樣點進行調整，這個過程稱為位定時恢復。常用的位定時恢復有：濾波法、數(shù)字鎖相環(huán)等。以2倍碼元速率抽樣為例

17、：信號取樣如圖3.4所示。S（n-1）、S（n+1）為調整后的最佳樣點，S（n）為碼元中間點。首先位定時的提取時刻為其基帶信號存在過零點，即如圖2.4中的情況所示。位定時誤差的大小按下式進行計算：圖3.4 位定時誤差提取示意圖如，則位定時抽樣脈沖向前調整；反之向后。這個過程主要是通過調整分頻計數(shù)器進行的，如圖3.5所示。圖3.5 位定時調整示意圖在實際應用中還須對位定時的誤差進行濾波（位定時環(huán)路濾波），這樣可提高環(huán)路的抗噪聲性能。24解調器調制器輸入時鐘TPK06解調輸出中頻輸入中頻輸出碼流輸入中頻放大低通濾波低通濾波A/DA/D位定時恢復載波鑒相判決樣點抽取1/2VCO900移相基帶成形合路

18、1024KHz900移相TPLZ06TPK03TPi04TPi03TPM03TPN03TPJ06TPJ05TPM05TPM01TPP01圖2.8.10 BPSK 系統(tǒng)傳輸框圖四、 實驗步驟1、 準備工作：將KG01選擇在下端測試數(shù)據(jù)位置（測試數(shù)據(jù)方式），KG02置成3級m序列狀態(tài)（KG02的最下面跳線器插入），數(shù)據(jù)時鐘選擇開關KG03置于1-2狀態(tài)（32K位置），KG04置于=0.4的升余弦響應。KP01置于左邊相干解調位置。2、 BPSK調制基帶信號眼圖觀測：以發(fā)送時鐘（TPM01）作同步，觀測發(fā)送信號眼圖（TPi03）的波形。成型濾波器使用升余弦響應，=0.4，判斷信號觀察的效果。思考：怎

19、樣的系統(tǒng)才是最佳的？匹配濾波器最佳接收機性能如何從系統(tǒng)指標中反映出來？3、 BPSK調制信號0/相位測量：KG02設置成測試序列為全1碼（三個跳線均不插入），使輸入調制數(shù)據(jù)為01碼。用示波器的一路觀察調制輸出波形（TPK03），并選用該信號作為示波器的同步信號；示波器的一路連接到調制參考載波上（TPK06或TPK07），以此信號作為觀測的參考信號。仔細調整示波器同步，觀察和驗證調制載波在數(shù)據(jù)變化點發(fā)生相位0/翻轉。4、 I路和Q路調制信號的相平面（矢量圖）信號觀察（1） 測量I支路（TPi03）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察T

20、Pi03和TPi04的合成矢量圖，其相位矢量圖應為0、兩種相位。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量；結合BPSK調制器原理分析測試結果。（2） 將KG04置于=0.4的開根號升余弦響應，重復上述實驗步驟。仔細觀察和區(qū)別兩種方式下矢量圖信號。5、 BPSK調制信號包絡觀察：（1） KG02置成輸出測試序列為全1碼（三個跳線均不插入），使輸入調制數(shù)據(jù)為01碼。觀測調制載波輸出測試點TPK03的信號波形。調整示波器同步，注意觀測調制載波的包絡變化與基帶信號（TPi03）的相互關系。畫下測量波形。（2） 用其它特殊碼序列重復上一步實驗，并從載波的包絡上判斷特列碼序列。畫下測量波形。（3） 用3級m

21、序列重復上一步實驗，觀測載波的包絡變化。6、 接收端解調器眼圖信號觀測（1） 準備：同步驟1，并用中頻電纜連結KK03和JL02，建立中頻自環(huán)（自發(fā)自收）。（2） 測量解調器Q支路眼圖信號測試點TPJ06（在A/D模塊內）波形，觀測時用發(fā)時鐘TPM01作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號TPi03進行比較，觀測接收眼圖信號有何變化（有噪聲）。7、 解調器失鎖時的眼圖信號觀測（1） 將解調器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關KL01設置在2_3位置（開環(huán)），使環(huán)路失鎖。（2） 觀測失鎖時的解調器眼圖信號TPJ05，熟悉BPSK調制器失鎖時的眼圖信號（未張開）。觀測失鎖時正交支路解調器眼圖信號TPJ

22、06波形。注意：將示波器時基從正常位置調整25ms/DIV對比觀測。8、 接收端I路和Q路解調信號的相平面（矢量圖）波形觀察（1） 準備：同步驟6；（2） 測量I支路（TPJ05）和Q支路信號（TPJ06）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的合成矢量圖。9、 解調器失鎖時I路和Q路解調信號的相平面（矢量圖）波形觀察：（1） 準備：同步驟7；（2） 解調器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關KL01設置在2_3位置（右端），使環(huán)路失鎖。觀測接收端失鎖時I路和Q路的合成矢量圖。掌握解調器時I路和Q路解調信號的相平面（矢量圖）波形的變化，分

23、析測量結果。調整電位器WL01，觀察實驗結果。10、 解調器相干載波相位模糊度觀測（1） 準備：同步驟6；（2） 通過KG02選擇輸入測試數(shù)據(jù)為較短的“特殊碼序列”。（3） 用雙蹤示波器同時測量發(fā)端調制載波（TPK06）和收端恢復相干載波（TPLZ06），并以TPK06作為示波器的同步信號。反復的斷開和接回中頻自環(huán)電纜，觀測兩載波失步后再同步時之間的相位關系。11、 解調器相干載波相位模糊度對解調數(shù)據(jù)的影響觀測（1） 準備：同步驟6；（2） 通過KG02選擇輸入測試數(shù)據(jù)為較短的“特殊碼序列”。（3） 用雙蹤示波器同時比較接收數(shù)據(jù)信號眼圖（TPJ06）和發(fā)送數(shù)據(jù)信號眼圖（TPi03），并以TPi

24、03作為示波器的同步信號。不斷的斷開和接回中頻自環(huán)電纜，觀測收發(fā)眼圖信號。分析接收時眼圖信號的電平極性發(fā)生反轉的原因。12、 解調器位定時信號相位抖動觀測示波器以發(fā)送時鐘TPM01信號為同步，在不同的測試碼型下觀測接收時鐘TPP01的相位抖動情況。將各項測試結果作比較分析是否符合理論？五、 實驗報告1、 寫出眼圖正確的觀察方法；2、 敘述Nyquist濾波作用；3、 畫出主要測量點的工作波形；4、 說明BPSK的解調工作過程；5、 統(tǒng)計步驟10的BPSK解調的相位反轉概率。實驗4 DBPSK傳輸系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1、 學習差分編譯碼方法；2、 掌握DBPSK調制和解調的基本原理；3、 掌握

25、DBPSK數(shù)據(jù)傳輸過程，熟悉典型電路；4、 掌握差分編譯碼在BPSK通信系統(tǒng)中的應用；二、 實驗儀器1、 ZH7001（II）通信原理基礎實驗箱 一臺 2. 20MHz雙蹤示波器二臺三、 實驗原理判決反饋環(huán)具有00、800兩個相位平衡點，因而采用判決反饋環(huán)存在相位模糊點。如果是0，則解調出來的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)一樣，否則，解調出來的數(shù)據(jù)將與發(fā)送數(shù)據(jù)反相。為了解決這一技術問題，在發(fā)端碼字上采用了差分編碼，經(jīng)相干解調后再進行差分譯碼。將差分編譯碼技術與BPSK技術相結合產(chǎn)生了DBPSK調制解調方式。一個典型的差分編碼調制過程如圖4.1所示：圖4.1差分編碼與調制相位示意圖DBPSK的實現(xiàn)框圖如圖4.2

26、所示。BPSK調制解調器BPSK調制器BPSK解調器差分編碼差分譯碼發(fā)送載波接收載波發(fā)送眼圖接收眼圖TPi03TPK06TPLZ06TPJ04TPM02TPM03差分譯碼輸出差分編碼輸出TPM05TPM04DBPSK調制解調器發(fā)送接收圖4.2 DBPSK傳輸系統(tǒng)框圖 四、 實驗步驟1、 BPSK解調器反相現(xiàn)象觀察：（1） 準備工作：將KG01選擇在下端測試數(shù)據(jù)位置（測試數(shù)據(jù)方式），KG02置成3級m序列（KG02最下面跳線插入），數(shù)據(jù)時鐘選擇開關KG03置于1-2狀態(tài)（32K位置），KG04置于=0.4的升余弦響應。KP01置于1-2狀態(tài)（相干解調位置）。（2） 不斷插入、斷開中頻電纜，同時觀

27、察TPK06、TPLZ06的收發(fā)載波相位，記錄所觀察的現(xiàn)象；（3） 不斷插入、斷開中頻電纜，同時觀察TPi03、TPJ06的收發(fā)眼圖，記錄所觀察的現(xiàn)象；（4） 不斷插入、斷開中頻電纜，同時觀察TPM03、TPM05的收發(fā)數(shù)據(jù)，記錄所觀察的現(xiàn)象；（5） 不斷插入、斷開中頻電纜，同時觀察收發(fā)兩端的李沙育波形，測量方法如下：a) 測量發(fā)送端I支路（TPi03）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的合成矢量圖，其相位矢量圖應為0、兩種相位。b) 測量接收端I支路（TPJ05）和Q支路信號（TPJ06）李沙育（x-y）波

28、形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的合成矢量圖。記錄所觀察的現(xiàn)象；總結：BPSK解調器的解調特點，并說明原因。2、 差分編碼觀察（1） 準備：同實驗步驟1；（2） 同時測量TPM02、TPM03，觀察它們之間的對應關系，并與差分編碼的結果進行比較。3、 差分譯碼觀察（1） 準備：同實驗步驟1；（2） 同時測量TPM04、TPM05，觀察它們之間的對應關系，并與差分譯碼的結果進行比較。4、 差分編譯碼系統(tǒng)性能觀察（1） 準備：同實驗步驟1；（2） 用兩臺示波器，一臺同時測量TPM03、TPM05，另一臺同時測量TPM02、TPM04。不斷插入、斷開中頻電

29、纜，觀察它們之間的對應關系。思考：這一實驗解決了什么問題？五、 實驗報告1、 畫出差分編碼的框圖；2、 畫出差分譯碼的框圖；3、 敘述差分編譯碼的作用；4、 畫出主要測量點的工作波形；5、 說明DBPSK的系統(tǒng)工作過程；實驗5 非相干BPSK傳輸系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1、 了解非相干BPSK解調的基本工作原理； 2、掌握非相干BPSK數(shù)據(jù)傳輸過程；二、 實驗儀器1、 ZH7001（）通信原理基礎實驗箱 一臺 2、20MHz雙蹤示波器一臺三、 實驗原理非相干BSPK解調不需要在接收機端恢復相干載波，因而接收機容易制造，這種傳輸方式在無線通信系統(tǒng)中被廣泛使用。對非相干BPSK的解調是通過比較接收相

30、鄰碼元信號（I，Q）在星座圖上的夾角,如果大于900則為1，否則為0,如圖2.11.3所示:圖5.1 非相干BPSK差分解調示意圖非相干解調按下式進行：如果，則判為，反之判為0。雖然非相干BPSK差分解調降低了接收機復雜度的優(yōu)點，但它的能量效率比相干BPSK低3dB。在加性高斯白噪聲環(huán)境中，平均錯誤概率如下所示：在非相干BPSK方式中，由于不需要恢復載波，因而不能觀察到接收端的眼圖信號。四、 實驗步驟1. 非相干BPSK差分編碼觀測（1）準備：將開關KG01設置在測試數(shù)據(jù)位置，解調模式選擇開關KP01置于2-3狀態(tài)（右邊非相干解調位置），數(shù)據(jù)時鐘選擇開關KG03置于左邊32K位置，KL01置于

31、右端測試位置。 根據(jù)跳線開關KG02選擇產(chǎn)生3位周期m序列；（2）用示波器同時觀察數(shù)字調制解調模塊內發(fā)送數(shù)據(jù)信號TPM02和差分編碼輸出數(shù)據(jù)TPM03，分析兩信號間的編碼關系。記錄測量結果。（3）選擇產(chǎn)生15位周期m序列，重復上述測量步驟。記錄測量結果。2. 非相干BPSK調制信號眼圖觀測（1） 準備：同步驟1；（2） 以發(fā)送時鐘（TPM02）作同步，觀測發(fā)送信號眼圖（TPi03）的波形。成形濾波器使用升余弦響應，=0.4。判斷信號觀察的效果。通過KG04改變滾降系數(shù)重復上述實驗步驟。仔細觀察和分析與上述發(fā)送信號眼圖（TPi03）波形的區(qū)別。思考如何從眼圖上來反映滾降系數(shù)的大小。3. I路和Q

32、路調制信號的相平面（矢量圖）信號觀察（1） 準備：同步驟1；（2） 測量I支路（TPi03）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的合成矢量圖，其相位矢量圖應為0、兩種相位。通過KG02選擇在不同的輸入碼型下進行測量，結合BPSK調制器原理分析測試結果。4. 非相干BPSK調制信號0/相位測量（1） 準備：同步驟1；（2） 選擇輸入調制數(shù)據(jù)為01碼。用示波器的一路觀察調制輸出波形（TPK03），并選用該信號作為示波器的同步信號；示波器的一路連接到載波上（TPK07），以此信號作為觀測的參考信號。仔細調整示波器同步

33、，觀察和驗證調制載波在數(shù)據(jù)變化點發(fā)生0/相位翻轉。5. 接收端解調眼圖信號觀測（1） 首先用中頻電纜連結KK03和JL02，建立中頻自環(huán)（自發(fā)自收）。測量解調器I支路眼圖信號測試點TPJ06（在A/D模塊內）波形，觀測時用發(fā)時鐘TPM01作同步。思考：與BPSK解調器眼圖有何不同，此時為什么看不到信號眼圖？（2） 將跳線開關KL01(在中頻解調模塊)設置在2_3位置，調整電位器WL01以改變收發(fā)頻差，重復上述測量步驟（示波器時基設定在25ms），并分析測試結果。（3） 觀測正交Q支路眼圖信號測試點TPJ05（在A/D模塊內）波形。聯(lián)系BPSK解調器失鎖時的眼圖信號測量內容，分析解釋其原因。6.

34、 接收端I路和Q路調制信號的相平面（矢量圖）信號觀察（1） 測量I支路（TPJ05）和Q支路信號（TPJ06）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的合成矢量圖。因DPSK采用非相干解調，不需要恢復相干載波，其相位矢量圖應為0、相位矢量旋轉圖，旋轉速度取決收發(fā)本振源的頻差。（2） 將跳線開關KL01設置在2_3位置，調整電位器WL01以改變收發(fā)頻差，觀察測量波形，并分析測試結果。7. 解調數(shù)據(jù)觀察（1） 用示波器同時觀察數(shù)字調制解調模塊內差分解調數(shù)據(jù)信號TPM04和發(fā)送數(shù)據(jù)信號TPM02，比較兩數(shù)據(jù)信號進行是否相同一致。測量發(fā)送與接收數(shù)據(jù)

35、信號的傳輸延時，記錄測量結果。（2） 反復斷開和接上中頻電纜，讓解調器重新鎖定，觀測經(jīng)差分解調后的數(shù)據(jù)是否仍存在相位模糊，與BPSK相比在非相干BPSK中如何實現(xiàn)差分編譯碼的作用。8. 位定時調整鎖定過程觀察（1） 選擇輸入測試數(shù)據(jù)為3級m序列，用示波器同時觀察TPM01（觀察時以它作同步）、TPP01（收端最佳判決時刻）之間的相位關系。（2） 斷開中頻電纜，在沒有接收信號的情況下重復該步實驗，并解釋原因。（3） 斷開中頻電纜后重新接上，觀測接收位定時信號的鎖定過程。（4） 示波器以發(fā)送時鐘TPM01信號為同步，在不同的測試碼型下觀測接收時鐘TPP01的相位抖動情況。將各項測試結果作比較分析是

36、否符合理論？五、 實驗報告1、 畫出主要測量點的工作波形；2、 說明非相干BPSK各測量點波形與相干BPSK波形的差異, 為什么不一樣？實驗6 QPSK傳輸系統(tǒng)實驗一、 實驗目的1、 了解QPSK調制的基本工作原理；2、掌握QPSK發(fā)送眼圖的觀察；二、 實驗儀器1、 ZH7001（）通信原理基礎實驗箱 一臺； 2、20MHz示波器一臺三、 實驗原理QPSK是在一個調制符號中傳輸兩個比特，其比BPSK的帶寬效率高兩倍。載波的相位為四個間隔相等的值，每一個相位值對應于唯一的一對消息，如下圖所示。QPSK的星座圖QPSK信號一般可表示為：其中：Ts為符號持續(xù)時間，等于兩個比特周期。使用三角恒等變換，

37、上式在0tTs可重寫為：因而，在等效基帶信號中，QPSK可以表示成I、Q兩路信號，其分別為： 對QPSK信號的調制過程如下：輸入比特流a（t）分為兩路比特流I（t）、Q（t）（同相和正交比特流），每個的比特率為Rs= Rb/2。比特流I（t）叫做“偶流”，Q（t）叫做“奇流”。兩個二進制序列分別用兩個正交的載波進行調制，Q支路的載波相位較I支路的相位滯后900。兩個已調信號每一個都可以看作是一個BPSK信號（只不過對它們的調制載波存在限制），對它們相加產(chǎn)生一個QPSK信號。與BPSK一樣，每一支路在進行調制之前一般要進行Nyquist成形濾波使QPSK信號的功率譜限制在分配的帶寬內。對QPSK

38、的成形濾波一般是在基帶采用查表法實現(xiàn)。對QPSK調制與解調框圖如下： 四、 實驗內容1、 準備：首先將KG01放在測試數(shù)據(jù)位置，跳線開關KG02設置為QPSK調制方式（101）。2、 I路和Q路調制信號的相平面（矢量圖）信號觀察（1） 通過設置跳線KG04為升余弦濾波=0.4，測量I支路（TPi03）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的合成矢量圖。（2） 通過設置跳線KG04為開根號升余弦濾波=0.4方式設置，重復上述實驗步驟。仔細觀察和區(qū)別兩種方式下矢量圖信號。3、 QPSK調制信號包絡觀察：QPSK調制為

39、非恒包絡調制，調制載波信號包絡具有明顯的過零點。通過本測量讓學生熟悉QPSK調制信號的包絡特征。4、 接收端I路和Q路解調信號的相平面（矢量圖）波形觀察（1） 通過調整電位器WL01增加收發(fā)頻差。測量I支路（TPJ05）和Q支路信號（TPJ06）李沙育（x-y）波形時，應將示波器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPJ05和TPJ06的合成矢量圖。（2） 通過調整電位器WL01減小收發(fā)頻差，同時觀察發(fā)端載波TPK06與接收端本地載波TPLZ06，使兩點TPK06、TPLZ06波形達到相干。觀測接收端失鎖時I路和Q路的合成矢量圖。掌握解調器時I路和Q路解調信號的相平面（矢量圖）波形的變化，分

40、析測量結果。5、 接收端解調器眼圖信號觀測（1） 通過調整電位器WL01減小收發(fā)頻差：同時觀察發(fā)端載波TPK06與接收端本地載波TPLZ06，使兩點TPK06、TPLZ06波形達到相干。（2） 低通濾波之前QPSK解調測量：觀察QPSK解調基帶信號測試點TPJ01的波形，觀測時仍用時鐘TPM01作同步進行觀察。（3） 低通濾波之后QPSK解調測量：觀察QPSK解調基帶信號經(jīng)濾波之后在測試點TPJ05的波形（在A/D模塊內），觀測時仍用時鐘TPM01作同步，比較其兩者的對應關系。分析TPJ01、TPJ05波形的差異。將接收端與發(fā)射端眼圖信號TPi03進行比較，觀測接收眼圖信號有何變化（有噪聲、頻

41、差）。（4） 觀測正交Q支路眼圖信號測試點TPJ06（在A/D模塊內）波形，比較與TPJ05測試波形有什么不同？（相同還是不同，為什么與BPSK不一樣？）根據(jù)電路原理圖，分析解釋其原因。五、 實驗報告1、 記錄各測量點波形。2、 比較“升余弦濾波=0.4”與“開根號升余弦濾波=0.4”的不同點。3、 什么樣的系統(tǒng)為才是最佳的？4、 在收發(fā)頻偏較大時為什么觀察不到QPSK的星座圖。5、 通過該實驗說明載波恢復在通信中的重要性。實驗7 PCM編譯碼實驗一、 實驗目的1、 了解語音編碼的工作原理，驗證PCM編譯碼原理；2、 熟悉PCM抽樣時鐘、編碼數(shù)據(jù)和輸入/輸出時鐘之間的關系；3、 了解PCM專用

42、大規(guī)模集成電路的工作原理和應用；4、 熟悉語音數(shù)字化技術的主要指標及測量方法；二、 實驗儀器1、ZH7001（）通信原理基礎實驗箱一臺2、20MHz雙蹤示波器一臺3、函數(shù)信號發(fā)生器一臺三、 實驗原理和電路說明PCM編譯碼器模塊，由語音編譯碼集成電路U502（MC145540）、運放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）組成。PCM編譯碼模塊將來自用戶接口模塊2的模擬信號進行PCM編譯碼，該模塊采用MC145540集成電路完成PCM編譯碼功能。該器件具有多種工作模式和功能，工作前通過交換模塊的開關KQ01將其配置成直接PCM模式，使其具有以下功能：1、 對來自接口模塊2發(fā)支路的

43、模擬信號進行PCM編碼輸出；2、 將輸入的PCM碼字進行譯碼，并將譯碼之后的模擬信號送入用戶接口模塊1。在PCM編譯碼模塊中，發(fā)送信號經(jīng)U501A運放放大后，送入U502的2腳進行PCM編碼。編碼輸入時鐘為BCLK（256KHz），編碼數(shù)據(jù)從U502的20腳輸出（DT_ADPCM1），F(xiàn)SX為編碼抽樣時鐘（8KHz）。譯碼之后的模擬信號經(jīng)運放U501B放大緩沖輸出，送到用戶1接口模塊中。PCM編譯碼模塊中的各跳線功能如下：1、 跳線開關K501是用于選擇輸入信號，當K501置于正常位置時，選擇來自用戶2接口單元的話音信號；當K501置于測試位置時選擇測試信號。測試信號主要用于測試ADPCM的編

44、譯碼特性。測試信號可以選擇外部測試信號或內部測試信號，當設置在交換模塊內的跳線開關K001設置在1-2位置（左端）時，選擇內部3.2KHz測試信號；當設置在2-3位置（右端）時選擇外部測試信號，測試信號從J005模擬測試端口輸入。2、 跳線器K504是用于設置PCM譯碼器的輸入數(shù)據(jù)選擇，當K504置于左端時譯碼數(shù)據(jù)來自MC145540的編碼模塊；當K504置于右端時譯碼數(shù)據(jù)來自擴展模塊。在該模塊中，各測試點的定義如下：1、 TP501：發(fā)送模擬信號測試點； 2、TP502：PCM發(fā)送碼字3、 TP503：PCM編碼器輸入/輸出時鐘； 4、TP504：PCM編碼抽樣時鐘5、 TP505：PCM接

45、收碼字； 6、TP506：接收模擬信號測試點四、 實驗步驟1. 準備工作：加電后，將交換模塊中的跳線開關KQ01置于左端PCM編碼位置，此時MC145540工作在PCM編碼狀態(tài)。2. PCM串行接口時序觀察（1） 用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和輸出時鐘信號（TP503），觀測時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼抽樣時鐘信號與輸出時鐘的對應關系（同步沿、脈沖寬度等）。（2） 用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號（同步沿、脈沖寬度）及輸出時鐘的對應關系。3. PCM編

46、碼器（1） 方法一：將跳線開關K501設置在測試位置，跳線開關K001置于右端選擇外部信號,用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。（2）方法二：將輸入信號選擇開關K501設置在測試位置，將交換模塊內測試信號選擇開關K001設置在內部測試信號（左端）。此時由該模塊產(chǎn)生一個3.2KHz的正弦波測試信號，送入PCM編碼器。（3） 方法三：將跳線開關K501拔下，用示波器觀察基帶成形模塊測試孔TPi03與TPi04，兩測試孔其中之一為500Hz的正弦信號，通過連接線連接該信號與PCM模塊的輸入信號測試孔TP501，將500

47、Hz的正弦模擬信號接入該模塊。以TP504做同步信號，用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502）。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號（同步沿、脈沖寬度）及輸出時鐘的對應關系。分析為什么采用一般的示波器不能進行有效的觀察。4. PCM譯碼器（1） 準備：跳線開關K501設置在測試位置、K504設置在正常位置，K001置于左端選擇內部信號。此時將PCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構成自環(huán)。（2） PCM譯碼器輸出模擬信號觀測：用示波器同時觀測解碼器輸出信號端口（TP506）和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。定性的觀測解

48、碼信號與輸入信號的關系：質量、電平、延時。5. PCM頻率響應測量：跳線開關K501設置在測試位置、K504設置在正常位置，K001置于右端選擇外部信號。此時將PCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構成自環(huán)。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。將測試信號電平固定在2Vp-p，調整測試信號頻率，定性的觀測解碼恢復出的模擬信號電平。觀測輸出信號信電平相對變化隨輸入信號頻率變化的相對關系。五、 實驗報告1、 定性描述PCM編譯碼的特性。2、 描述PCM集成芯片的串行同步接口的時序關系。3、 填寫下表，并畫出PCM的頻響特性：輸入頻率（Hz）2005008001

49、0002000300034003600輸出幅度（V）4、 填寫下表，并畫出PCM的動態(tài)范圍：輸入幅度（V）0.0010.010.112345S/N5、 整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應的曲線和波形。6、 自擬測量方案，測量PCM的群延時特性。輸入頻率（Hz）300500100015002000300031003400延時（us）實驗8 CVSD編譯碼實驗一、 實驗目的1、 了解和驗證語音信號的M編譯碼的工作原理； 2、 了解CVSD專用大規(guī)模集成電路的工作原理、外圍電路和一般使用方法；3、 熟悉語音數(shù)字化技術的主要指標及測量方法； 二、 實驗儀器1. ZH7001（）通信原理基礎實驗箱一臺 2.20MH

50、z雙蹤示波器一臺 3.函數(shù)信號發(fā)生器一臺三、 實驗原理CVSD即連續(xù)可變斜率增量調制(Continuously Variable Slope Delta modulation )。CVSD編譯碼器使用了摩托羅拉公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路MC34115芯片，該芯片可用于CVSD編碼，又可用作CVSD解碼，其取決于芯片第15腳的使能信號：“1”電平為編碼方式，“0”電平為譯碼方式。CVSD編譯碼器電路組成框圖參見圖8.1。CVSD發(fā)送模塊主要由CVSD編碼集成電路U801(MC34115)、運放U802(TL082)、本地譯碼器、音節(jié)濾波器和非線性網(wǎng)絡組成，CVSD發(fā)送模塊原理框圖見圖8.2所示在通

51、信原理基礎實驗箱中，CVSD_ENOUT編碼信號可直接送到CVSD譯碼模塊中，亦可經(jīng)信道調制系統(tǒng)（BPSK或DBPSK）送到接收端。K801：用于選擇輸入信號，當K801置于正常位置時(左端)，選擇來自經(jīng)用戶接口模塊、PAM模塊的話音信號；當K801置于測試位置時，選擇測試信號。測試信號主要用于測試CVSD的編譯碼特性。測量時，將設置在交換模塊內的跳線開關K001設置在2_3位置（右端）選擇外部測試信號，使測試信號從J005模擬測試端口輸入。K802：用于CVSDM選擇。當K802插入時，系統(tǒng)為CVSD編碼方式；當K802拔出時，系統(tǒng)為M編碼方式。在該模塊中，各測試點定義如下：1、 TP801

52、：CVSD編碼模擬信號輸入； 2、TP802：脈幅調制輸出3、TP803：本地譯碼器輸出（雙積分網(wǎng)絡）； 4、TP804：編碼一致性檢測輸出5、TP805：編碼輸入時鐘（32KHz）； 6、TP806：編碼數(shù)據(jù)輸出（32Kbps）7、TP807：量化階距調整信號； 8、TP808：非線性網(wǎng)絡輸出CVSD譯碼模塊主要由CVSD解碼集成電路U901(MC34115)、運放U902(TL082)、本地譯碼器、音節(jié)濾波器和非線性網(wǎng)絡組成，CVSD譯碼模塊框圖如8.3所示。K901：用于解碼輸入數(shù)據(jù)選擇，當K901置于1-2位置時（左端），解碼輸入數(shù)據(jù)來自調制解調器信道；當K901置于2-3位置時（右端

53、），解碼輸入數(shù)據(jù)直接來自CVSD編碼模塊。K902：用于解碼輸入時鐘選擇，當K902置于1-2位置時（左端），解碼輸入時鐘來自調制解調器信道；當K902置于2-3位置時（右端），解碼輸入時鐘直接來自CVSD編碼模塊。使用時，跳線開關K901和K902應設置在相同位置上。在該模塊中，各測試點定義如下：1、 TP901：譯碼數(shù)據(jù)輸入（32Kbps）2、 TP902：譯碼輸入時鐘（32KHz）3、 TP903：譯碼一致性檢測輸出4、 TP904：CVSD譯碼輸出5、 TP905：CVSD譯碼信號濾波輸出四、 實驗步驟（一）CVSD編碼器1. 內部信號CVSD編碼數(shù)據(jù)測量（1） 準備：基帶傳輸模塊跳線

54、開關KG02全部插入，然后，用示波器觀察基帶成形模塊測試孔TPi03與TPi04，兩測試孔其中之一為500Hz的正弦信號，通過連接線連接該信號與CVSD模塊的輸入信號測試孔TP801，將輸入信號選擇跳線開關K801拔下(不插入任何位置)。（2） 用示波器同時觀測輸入信號TP801和編碼輸出數(shù)據(jù)信號TP806的波形，觀測時以TP801做同步。觀察和分析編碼輸出數(shù)據(jù)與輸入信號的對應關系。思考：CVSD是連續(xù)可變斜率增量編碼，如何從輸出編碼數(shù)據(jù)中反映出信號斜率的大??？（3） 用示波器同時觀測輸入信號端口TP801和一致性脈沖（三連碼檢測）輸出TP804波形，觀測時以TP801做同步。一致性脈沖低電平有效。分析一致性脈沖與輸入模擬信號斜率的關系。2. 外部信號CVSD編碼數(shù)據(jù)測量（7） 準備：將交換模塊內的K001置于右端，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為0.51Vp-p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。輸入信號選擇跳線開關K801設置在測試位置(右端)。（7） 將測試信號頻率固定在1000Hz，調整測試信號電平，觀察編碼輸出連碼數(shù)據(jù)隨輸