通信原理實驗手冊2

1、通信原理實驗指導(dǎo)書通信工程教研室目 錄通信原理HD8621B型實驗指導(dǎo)手冊實驗一之 CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗3實驗一之 各種模擬信號源實驗6實驗二 數(shù)字調(diào)制技術(shù)之BFSK（調(diào)制與解調(diào)）10實驗三 二相BPSK(DPSK)調(diào)制解調(diào)實驗16實驗四 抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實驗26實驗五 脈沖編碼調(diào)制PCM（一）29實驗六 時分多路復(fù)用PCM（二）38實驗七 MATLAB SIMULINK 通信系統(tǒng)軟件設(shè)計實驗40通信原理RZ8641型實驗指導(dǎo)手冊前 言47撥碼器開關(guān)設(shè)置一覽表48第一部分 基礎(chǔ)實驗50實驗2 模擬信號源實驗50實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗54實驗4 接收濾波放大器實驗

2、59第二部分 原理實驗62實驗1 抽樣定理及其應(yīng)用實驗62實驗2 PCM編譯碼系統(tǒng)實驗67實驗5 FSK（ASK）調(diào)制解調(diào)實驗71實驗6 PSK(DPSK)調(diào)制解調(diào)實驗76實驗一之 CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗實 驗 內(nèi) 容 1. 熟悉CPLD可編程信號發(fā)生器各測量點波形 2測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù) 3學(xué)習(xí)CPLD可編程器件的編程操作一、實驗?zāi)康?1熟悉各種時鐘信號的特點及波形 2熟悉各種數(shù)字信號的特點及波形二、實驗電路的工作原理 （一）、CPLD可編程模塊二電路的功能及電路組成圖1-1是CPLD可編程模塊的電路圖。 CPLD可編程模塊用來產(chǎn)生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號和各種數(shù)字信號

3、。它由CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108(或者是ALTERA公司的EPM7128)、下載接口電路和一塊晶振組成。晶振JZ101用來產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的4.096MHz主時鐘。本實驗要求參加實驗者了解這些信號的產(chǎn)生方法、工作原理以及測量方法，才可通過CPLD可編程器件的二次開發(fā)生成這些信號，理論聯(lián)系實驗，提高實際操作能力。 （二）、各種信號的功用及波形1 83腳輸入4.096MHz時鐘，方波。由JZ101產(chǎn)生的4.096MHz時鐘，經(jīng)R118，從83腳送入U101進行整形，然后進行分頻輸出。 2 58腳，輸出2.048MHz時鐘，方波。 3 56腳，輸出1.024MHz時鐘，方波。 4

4、28腳，輸出64KHz時鐘，方波。5 29腳，輸出32KHz時鐘，方波。6 15腳，輸出16KHz時鐘，方波。7 31腳，輸出2KHz時鐘，方波。8 16腳，輸出1KHz時鐘，方波。9 57腳，輸出8 KHz的窄脈沖同步信號（ZM80），供PCM（一）用。 10 36腳，輸出第一時序8 KHz的窄脈沖同步信號（ZM81），供PCM（二）用。 11 35腳，輸出第二時序8 KHz的窄脈沖同步信號（ZM82），供PCM（二）用。12 34腳，輸出第三時序8 KHz的窄脈沖同步信號（ZM83），供PCM（二）用。13 33腳，輸出第四時序8 KHz的窄脈沖同步信號（ZM84），供PCM（二）用。ZM

5、81、ZM82、ZM83、ZM84的時間間隔為125s,可通過編程來改變它們的時序及時間間隔，它們同時接到J102，通過跳接器選擇，供PCM（二）使用（見圖11）。圖1-1 CPLD可編程模塊電路圖三、實驗內(nèi)容 1熟悉通信原理實驗系統(tǒng)電路組成。2熟悉信號發(fā)生器各測量點信號波形。3測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。四、實驗步驟 1打開電源開關(guān)K01、K02，使系統(tǒng)工作。2用示波器測出各測量點波形，并對每一測量點的波形加以分析。GND為接地點，測量各點波形時示波器探頭的地線應(yīng)接地良好。各測量點波形如圖12所示，具體說明如下：TP101：2048KHz的時鐘信號，雙極性不歸零，+-2V。TP102：12

6、8KHz的時鐘信號，雙極性不歸零，+-2V。TP103：8KHz的窄脈沖幀同步信號。TP104：偽隨機序列碼，碼元速率為2KHz，雙極性不歸零，+-2V，碼型為000011101100101。碼型為100110101111000。TP105：偽隨機序列碼，碼元速率為32KHz，雙極性不歸零，+-2V，碼型為000011101100101。碼型為100110101111000。圖12 CPLD產(chǎn)生主要測量點波形五、實驗報告要求 1分析各種時鐘信號及數(shù)字信號產(chǎn)生的方法，敘述其功用。 2畫出各種時鐘信號及數(shù)字信號的波形3記錄實驗中出現(xiàn)的問題，提出改進意見。實驗一之 各種模擬信號源實驗實 驗 內(nèi) 容1

7、測試各種模擬信號的波形。 2測量信號音信號的波形。一實驗?zāi)康模? 熟悉各種模擬信號的產(chǎn)生方法及其用途2 觀察分析各種模擬信號波形的特點。二、電路工作原理 模擬信號源電路用來產(chǎn)生實驗所需的各種音頻信號：同步正弦波信號、非同步正弦波信號、話音信號、音樂信號等。（一）同步信號源（同步正弦波發(fā)生器） 1功用同步信號源用來產(chǎn)生與編碼數(shù)字信號同步的2KHz或1KHz正弦波信號，作為增量調(diào)制編碼、PCM編碼實驗的輸入音頻信號。在沒有數(shù)字存貯示波器的條件下，用它作為編碼實驗的輸入信號，可在普通示波器上觀察到穩(wěn)定的編碼數(shù)字信號波形。2 電路原理圖1-3為同步正弦信號發(fā)生器的電路圖。它由2KHz（或1KHz）方波

8、信號產(chǎn)生器（圖中省略了）、高通濾波器、低通濾波器和輸出電路四部分組成。2KHz（或1KHz）方波信號由CPLD可編程器件U101內(nèi)的邏輯電路通過編程產(chǎn)生。TP104為其測量點。U107C及周邊的阻容網(wǎng)絡(luò)組成一個截止頻率為L的二階高通濾波器，用以濾除各次諧波。U107D及周邊的阻容網(wǎng)絡(luò)組成一個截止頻率為H的二階低通濾波器，用以濾除基波以下的雜波。兩者組合成一個2KHz（或1KHz）正弦波的帶通濾波器只輸出一個2KHz（或1KHz）正弦波，TP107為其測量點。輸出電路由BG102和周邊阻容元件組成射極跟隨器，起阻抗匹配、隔離與提高驅(qū)動能力的作用。W104用來改變高通濾波器反饋量的大小，使其工作在

9、穩(wěn)定的狀態(tài)，W105用來改變輸出正弦波的幅度。（二）非同步信號源（非同步正弦波發(fā)生器） 1功用非同步信號源是一個簡易正弦波信號發(fā)生器，它可產(chǎn)生頻率為0.310KHz（使用范圍0.33.4KHz）的正弦波信號，輸出幅度為02V。可利用它定性地觀察通信話路的頻率特性，同時用作增量調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制實驗的音頻信號源。2 工作原理非同步信號源的電路圖如圖1-4所示。它由一個正弦波振蕩器和一級輸出電路組成。正弦波振蕩器由U107A、U107B和R、C元件組成。R103、C101為反饋元件。調(diào)節(jié)W101、W102可改變其振蕩頻率在0.33.4KHz間變化。調(diào)整W103可使輸出（TP108處測）在02V間變

10、化。輸出電路由BG101及RC元件組成，它是一級射極跟隨器，起隔離、阻抗匹配和提高驅(qū)動能力的作用。圖1-3 同步正弦信號發(fā)生器電路圖 （三）話筒輸入電路（麥克風(fēng)電路） 1功用： 話筒電路用來給駐極體話筒提供直流工作電壓。2 原理：話筒電路如圖1-5所示，VCC經(jīng)分壓器向話筒提供約2.5V工作電壓，講話時話筒與R101上的電壓發(fā)生變化，其電壓變化分量即為話音信號，經(jīng)E101耦合輸出，送往模擬信號輸入選擇電子開關(guān)。（四）音樂信號產(chǎn)生電路 1功用音樂信號產(chǎn)生電路用來產(chǎn)生音樂信號送往音頻終端電路，以檢查話音信道的開通情況及通話質(zhì)量。2 工作原理音樂信號產(chǎn)生電路見圖1-6。音樂信號由U109音樂片厚膜集

11、成電路產(chǎn)生。該片的1腳為電源端，2腳為控制端，3腳為輸出端，4腳為公共地端。VCC經(jīng)R117、D101向U109的1腳提供3.3V電源電壓，當(dāng)2腳通過K105輸入控制電壓+3.3V時，音樂片即有音樂信號從第3腳輸出，經(jīng)E105送往模擬信號輸入選擇電子開關(guān)。（五）外加模擬信號輸入電路： 在一些特殊情況下，簡易正弦波信號發(fā)生器不能滿足實驗要求，就要用外加信號源提供所需信號。例如要定量地測試通信話路的頻率特性時需要使用頻率與電平、輸出阻抗都很穩(wěn)定的頻率范圍很寬的音頻測試信號，這就需要外接音頻信號產(chǎn)生器或函數(shù)信號發(fā)生器。外加模擬信號輸入電路為它們提供了連接到實驗的接口電路。 (六) 模擬電話輸入電路：

12、 圖1-7是用PBL38710/1電話集成電路組成的電話輸入電路，J103是手柄的送話器接口。講話時話音信號從TIPX與RINGX引腳輸入，經(jīng)U112內(nèi)部話音信號傳輸處理后從VTX與RSN引腳輸出。輸出信號分兩路，一路經(jīng)K103的12送往PCM（一）編碼器或經(jīng)K103的23送往PCM（二）編碼器；另一路經(jīng)K104的12或23送往話路終端接收濾波電路的J105，選擇后從音信號輸出電路的喇叭輸出話音。圖1-4 非同步正弦波信號發(fā)生器電路圖圖1-5 話筒電路圖 圖1-6 音樂信號產(chǎn)生電路圖 圖1-7 電話輸入電原理圖三、實驗內(nèi)容1用示波器在相應(yīng)測試點上測量各點波形：同步信號源、非同步信號源、電話輸入

13、電路、話音輸入電路、外加模擬信號輸入電路2熟悉上述各種信號的產(chǎn)生方法、來源及去處，了解信號流程。四、實驗步驟 1用示波器測量TP106、TP107、TP108、TP109、TP110、TP112、TP113、TP114等各點波形。 2測量音樂信號時用K105接通+3.3V，令音樂片加上控制信號，產(chǎn)生音樂信號輸出。五、各測量點波形 TP106：2 KHz或1KHz方波，因為有源低通濾波器的元件參數(shù)選擇以2KHz為主。 因此正常工作時用2KHz正弦波，正常時，K101設(shè)置在23。對1KHz信號的濾波效果要差一些，故1KHz輸出波形效果不是很理想。 TP107：與工作時鐘同步輸出的2KHz或1KHz

14、正弦波信號。 TP108：0.33.4KHz的正弦波。 TP109：話路終端接收模擬信號輸入。 TP110：音頻功放輸入信號。 TP111：音頻輸出信號。 TP112：話路終端發(fā)送模擬信號輸出。 TP113：電話電路送往PCM編碼器的話音信號。 TP114：電話電路送往話音終端接收濾波電路的話音信號。六、實驗報告要求 1畫出各測量點波形，并進行分析。 2畫出各模擬信號源的電路組成框圖，敘述其工作原理。 3記錄實驗過程中遇到的問題并進行分析。實驗二 數(shù)字調(diào)制技術(shù)之BFSK（調(diào)制與解調(diào)）實驗內(nèi)容1.頻率鍵控（FSK）調(diào)制實驗2.頻率鍵控（FSK）解調(diào)實驗一. 實驗?zāi)康?.理解FSK調(diào)制的工作原理及

15、電路組成。 2.理解利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實現(xiàn)方法。二. 實驗電路工作原理圖2-1 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)，抗噪聲和抗衰減性能較強，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)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)字調(diào)頻信號可以分為相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個振蕩頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號；若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載頻進行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。本實驗電路中

16、，由實驗一提供的載頻頻率經(jīng)過本實驗電路分頻而得到的兩個不同頻率的載頻信號，則為相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。（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2-1所示；圖2-2是它的調(diào)制電路電原理圖。 輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)K904轉(zhuǎn)接后分成兩路，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(dāng)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(dāng)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，經(jīng)過開關(guān)K901

17、，K902送入。兩路載頻分別經(jīng)射隨、選頻濾波、射隨、再送至模擬開關(guān)U901A與U901B(4066)。（二） FSK解調(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(yīng)用。解調(diào)電路電原理圖如圖2-3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(shè)計鎖相環(huán)時，使它鎖定在FSK的一個載頻f1上，對應(yīng)輸出高電平，而對另一載頻f2失鎖，對應(yīng)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(shè)計在32KHz。圖2-3中R924、R925、

18、CA901主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。R929、C904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(biāo)的要求。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(shè)計應(yīng)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(dāng)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?？梢?，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(dāng)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2-4所示。三.

19、實驗內(nèi)容 測試FSK調(diào)制解調(diào)電路TP901TP909各測量點波形，并作詳細(xì)分析。 1按下按鍵開關(guān)： K01、K02、K900。 2跳線開關(guān)設(shè)置： K90123、K90223。 K90412、2KHz的偽隨機碼，碼序列為：000011101100101 K90423、8KHz方波。 做FSK解調(diào)實驗時，K90412、K90312。 3在CA901插上電容，使壓控振蕩器工作在32KHz，電容在1800Pf2400Pf之間。 4注意選擇不同的數(shù)字基帶信號的速率。有1110010碼(2KHz)、1010交替碼(8KHz)。由信號轉(zhuǎn)接開關(guān)K904進行選擇。 5接通開關(guān)K906“2”和“3”腳，輸入FSK

20、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。 6觀察FSK解調(diào)輸出TP907TP909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。 圖2-2圖2-3 圖2-4 FSK調(diào)制原理波形圖四. 測量點說明 TP901：32KHz載頻信號，由K901的1與2相連，可調(diào)節(jié)電位器W901改變幅度。 TP902：16KHz載頻信號，由K902的1與2相連，可調(diào)節(jié)電位器W902改變幅度。 TP903：作為F = 2KHz或8KHz的數(shù)字基帶信碼信號輸入，由開關(guān)K904決定。K904 的1與2相連：碼元速率為2KHz的000011101100101碼；K904的2與

21、3相連：碼元速率為8KHz的10101010碼。 TP904：32KHz基帶FSK調(diào)制信號輸出。 TP905：16KHz基帶FSK調(diào)制信號輸出。 TP906：FSK調(diào)制信號疊加后輸出，送到FSK解調(diào)電路的由輸入開關(guān)K905控制。 TP907：FSK解調(diào)信號輸入。由FSK解調(diào)電路的輸入開關(guān)K906的2與3腳接入 TP908：FSK解調(diào)電路工作時鐘，正常工作時應(yīng)為32KHz左右，頻偏不大于2KHz，若有偏差，可調(diào)節(jié)電位器W903或W904和改變CA901的電容值。 TP909：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，K904只能是1與2相連，即解調(diào)出碼元速

22、率為2KHz的000011101100101碼。K904的2與3腳不能相連，否則FSK解調(diào)電路解調(diào)不出此時的數(shù)字基帶信碼信號，因為此時F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不滿足4F fc1的關(guān)系，因為此時它們的頻譜重疊了。所以在此項實驗做完后，應(yīng)注意把開關(guān)K904設(shè)置成1與2相連接的位置上。五. 討論思考題 1.畫出測試點的各點波形。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.采用鎖相環(huán)解調(diào)時，其輸出信號序列與發(fā)送信號序列相比有否產(chǎn)生延遲?實驗三 二相BPSK(DPSK)調(diào)制解調(diào)實驗實 驗 內(nèi) 容1.二相BPSK調(diào)制解調(diào)實驗2.二相DPSK調(diào)制解調(diào)實驗3.PS

23、K解調(diào)載波提取實驗一. 實驗?zāi)康?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. 實驗電路工作原理（一）調(diào)制實驗： 在本實驗中，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)相位鍵控。 圖3-1是二相PSK（DPSK）調(diào)制器電路框圖。圖3-2是它的電原理圖。 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，它的抗干擾噪聲性能及通頻帶的利用率均優(yōu)先于ASK移幅鍵控和FSK移頻鍵控。因此，PSK技術(shù)在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了十分廣泛的應(yīng)用。下面對圖

24、3-2中的電路作一分析。1.載波倒相器 模擬信號的倒相通常采用運放作倒相器，電路由U304等組成，來自1.024MHz載波信號輸入到U304的反相輸入端2腳，在輸出端即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(dāng)信

25、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(dǎo)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(dāng)信碼為“0”碼時，模擬開關(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(dǎo)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)K303合路疊加后輸出為二相PSK調(diào)制信號，如圖3-3所示。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于相對移相鍵控調(diào)制具有抗干擾噪聲能力強，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，因而這種方式廣泛應(yīng)用在實際通信系統(tǒng)中。相對移相，就是利用載波相位的相對值來傳遞信息，也就是利用前后

26、碼元載波相位的相對變化來傳遞信息，所以也稱為“差分移相”。理論分析和實際試驗證明：在恒參信道下，移相鍵控比振幅鍵控、頻率鍵控，不但具有較高的抗干擾性能，而且可更經(jīng)濟有效地利用頻帶。所以說它是一種比較優(yōu)越的調(diào)制方式，因而在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。DPSK調(diào)制是采用碼型變換法加絕對調(diào)相來實現(xiàn)，既把數(shù)據(jù)信息源（如偽隨機碼序列、增量調(diào)制編碼器輸出的數(shù)字信號或脈沖編碼調(diào)制PCM編碼器輸出的數(shù)字信號）作為絕對碼序列an，通過差分編碼器變成相對碼序列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。按鍵SW301，用來將D觸發(fā)器Q端輸出置“1”。 在絕對相移方式，由于發(fā)端

27、是以兩個可能出現(xiàn)的相位之中的一個相位作基準(zhǔn)的。因而在收端也必須有這樣一個相同的基準(zhǔn)相位作參考，如果這個參考相位發(fā)生變化（0相變p相或p相變0相），則恢復(fù)的數(shù)字信息就會發(fā)生0變1或1變0，從而造成錯誤的恢復(fù)。在實際通信時參考基準(zhǔn)相位的隨機跳變是有可能發(fā)生的，而且在通信過程中不易被發(fā)現(xiàn)。如，由于某種突然的騷動，系統(tǒng)中的觸發(fā)器可能發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，鎖相環(huán)路穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā)生轉(zhuǎn)移，等等，出現(xiàn)這種可能時，采用絕對移相就會使接收端恢復(fù)的數(shù)據(jù)極性相反。如果這時傳輸?shù)氖墙?jīng)增量調(diào)制的編碼后話音數(shù)字信號，則不影響話音的正?；謴?fù)，只是在相位發(fā)生跳變的瞬間，有噪聲出現(xiàn)，但如果傳輸?shù)氖怯嬎銠C輸出的數(shù)據(jù)信號，將會使恢復(fù)的數(shù)

28、據(jù)面目全非，為了克服這種現(xiàn)象，通常在傳輸數(shù)據(jù)信號時采用二相相對移相（DPSK）方式。DPSK是利用前后相鄰碼元對應(yīng)的載波相對相移來表示數(shù)字信息的一種相移鍵控方式。 絕對碼是以寬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（差分碼）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。 圖3-5（a）是差分編碼器電路，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。設(shè)輸入的相對碼an為1110010碼，則經(jīng)過差分編碼器后輸出的相對碼bn為1011100，即bn= anÅ

29、 bn1。 圖3-5（b）是它的工作波形圖。圖3-1 圖3-2 圖3-3 模擬開關(guān)相乘器工作波形 圖3-4 PSK、DPSK編碼波形 圖3-5（a） 差分編碼器電路 圖3-5（b） 工作波形 （二）解調(diào)實驗：二相PSK(DPSK)解調(diào)器的總電路方框圖如圖3-6所示。二相PSK(DPSK)的載波為1.024MHz，數(shù)字基帶信號的碼元速率有32Kbit/s。從圖3-6可見，該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復(fù)電路與信碼再生整形電路。載波恢復(fù)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部分。載波恢復(fù)的具體實現(xiàn)方案是和發(fā)送端的調(diào)制方式有關(guān)的，以相位鍵控為例，有：N次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(C

30、onstas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(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學(xué)生基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)及對基本理論的理解，我們從實際出發(fā)，選擇同相正交環(huán)解調(diào)電路作為基本實驗。 1.二相(PSK，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(PSK、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)信號進行放大后送至鑒相器1與鑒相器2分別進行鑒相。2.同相正交環(huán)鎖相環(huán)提取載波電路在這種環(huán)路里，誤差信號是

31、由兩個鑒相器提供的。VCO壓控振蕩器給出兩路互相正交的載波信號分別送至兩鑒相器，輸入的二相(PSK，DPSK)信號經(jīng)過兩個鑒相器分別鑒相后，由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，分別送入兩判決器進行判決后得到基帶信號Ud1與Ud2，其中Ud1中包含著碼元信息，但無法對VCO壓控振蕩器進行控制。只有將Ud1、Ud2經(jīng)過基帶模擬相乘器相乘后，就可以去掉碼元信息，得到反映VCO輸出信號與輸入載波間的相位差的誤差控制電壓，從而實現(xiàn)了對VCO壓控振蕩器的控制。它們的實際電路見圖3-7所示。包括鑒相器1鑒相器2低通濾波器1低通濾波器2比較判決器1比較判決器2相乘器環(huán)路濾波器VCO壓控振蕩器數(shù)字分頻移相器

32、等電路組成。具體工作過程如下：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(fù)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VCO壓控振蕩器74S124。圖3-6 解調(diào)器總方框圖 圖3-6 解調(diào)器總方框圖它的中心

33、振蕩輸出頻率范圍從1Hz到60MHz，工作環(huán)境溫度在070，當(dāng)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 = 5×10-4/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(dāng)電源電壓為+5V時，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再變改電容CA701(80Pf110Pf),使74S124的7腳輸出為4.096MHz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；當(dāng)74S12

34、4的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離4.096MHz時，此時一方面可改變CA701中的電容值，另一方面也可調(diào)節(jié)W701和W702，用頻率計監(jiān)視測量點TP704上的頻率值，使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出4.096MHz的載波信號。該4.096MHz的載波信號經(jīng)過分頻(÷4)電路：U709與U710(74LS74)兩次分頻變成1.024MHz載波信號，并完成/2相移相。由U710B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U710A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(fù)的功能。圖3-8是該解調(diào)環(huán)各輸出測量點波形

35、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)在載波恢復(fù)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(fù)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。當(dāng)解調(diào)出的數(shù)字信息與發(fā)端的數(shù)字信息相位反相時，即相干信號相位和載波相位反相，則按一下按鍵開關(guān)SW701，迫使它的置“1”端送入高電平，使電路Q端輸出為“1”，迫使相干信號的相位與載波信號相位同頻同相，以消除相位誤差。然而，在實際應(yīng)用中，一般不用絕對移相，而用相對移相，采用相位比較法克服相位模糊。三. 實驗內(nèi)容 1.二相BPSK調(diào)制實驗 用內(nèi)載波發(fā)生器產(chǎn)生的信號作輸入載波信號來觀察TP301TP307各測量點的

36、波形。 2.二相DPSK調(diào)制實驗加入差分編碼器電路來傳輸二相DPSK信號，即將開關(guān)K302置成2腳與3腳相連，其它開關(guān)設(shè)置不變，重做上述內(nèi)容。3.二相BPSK解調(diào)實驗4.二相DPSK解調(diào)實驗5.PSK解調(diào)載波提取實驗詳細(xì)內(nèi)容如下：將實驗中二相PSK(DPSK)的電路調(diào)整好后，再將本實驗電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測量TP701TP704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。四. 實驗步驟及注意事項 1.按下按鍵開關(guān)：K01、K02、K700。 2.跳線開關(guān)設(shè)置： K30123、K30212或K30223或K30256或K30267、K3031-2與3-4、 K30423、K7

37、012-3。 3.跳線開關(guān)設(shè)置功能如下： K3011-2：輸入CVSD（M）編碼的數(shù)字輸出信號； K3012-3：32KB/s偽隨機碼，碼型為000011101100101。 K3021-2：偽隨機碼，碼序列為000011101100101，速率為32KHz的絕對碼。 K3022-3：偽隨機碼，碼序列為000011101100101，速率為32KHz的相對碼。 K3025-6：128KHz方波，碼序列為1010碼。K3026-7：64KHz方波， 碼序列為1010碼。K303 ：合路疊加開關(guān)。圖3-7 4.做二相BPSK實驗時，必須把開關(guān)K302的1腳與2腳相連接。 做二相DPSK實驗時，必須

38、把開關(guān)K302的2腳與3腳相連接。 5PSK解調(diào)時： (1)首先要使PSK調(diào)制電路正常工作。 (2)在CA701上插上電容，使振蕩器工作頻率為4.096MHz，電容在80Pf120Pf之間。圖38 同相正交解調(diào)環(huán)各點波形圖五. 測量點說明 TP301：輸入載波信號，K304的2與3相連，頻率為1.024MHz方波信號。當(dāng)波形不 好時，可調(diào)節(jié)電位器W301。 TP302：波形同TP301反相，波形不好時，可調(diào)節(jié)電位器W302。 TP303：32KHz調(diào)制工作時鐘信號。 TP304：數(shù)字基帶信號偽隨機碼輸出波形，碼型有： (1)K3021-2：偽隨機碼，碼元序列為000011101100101，速

39、率為32KHz的絕對碼。 (2)K3022-3：偽隨機碼，碼元序列為000011101100101，速率為32KHz的相對碼。 (3)K3025-6：128KHz方波，碼元序列為1010碼。 (4)K3026-7：64KHz方波， 碼元序列為1010碼。 TP305：PSK的0相載波輸出，當(dāng)K303都斷開時。 TP306：PSK的相載波輸出，當(dāng)K303都斷開時。 TP307：PSK調(diào)制信號輸出波形，當(dāng)K303都相連時，即1與2、3與4腳都相接。 TP701：PSK解調(diào)信號輸入波形，當(dāng)K701的2與3相接。 TP702：壓控振蕩器輸出4.096MHz的載波信號，用頻率計監(jiān)視測量點TP704上的頻

40、 率值有偏差時，此時一方面可改變CA701中的電容值，另一方面也可調(diào)節(jié)W701 和W702，使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出4.096MHz的載波信號。 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。 TP705：PSK解調(diào)輸出波形，即數(shù)字基帶信號。六. 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.根據(jù)實驗測試記錄（波形、頻率、相位、幅度以及時間對應(yīng)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 抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實驗實驗內(nèi)容1.抽樣定理實驗2.脈沖幅度調(diào)制（PAM）及系統(tǒng)實驗一.實驗?zāi)?/p>

41、的1. 通過脈沖幅度調(diào)制實驗，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的特點。2. 通過對電路組成、波形和所測數(shù)據(jù)的分析，加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點。二.實驗電路工作原理（一）電路組成 脈沖幅度調(diào)制實驗系統(tǒng)如圖4-1所示，由輸入電路、調(diào)制電路、脈沖發(fā)生電路、解調(diào)濾波電路、功放輸出電路等五部分組成，如圖4-2所示。圖4-1 脈沖振幅調(diào)制電路原理框圖 （二）實驗電路工作原理1.輸入電路 該電路由發(fā)送放大、限幅電路等組成。該電路還用于PCM（一）、PCM（二）、增量調(diào)制編碼電路中。由限幅二極管D601、D602組成雙向限幅電路，防止外加輸入信號幅度過大而損壞后面調(diào)制電路中的場效應(yīng)管器件。電路電原理圖如4-2所

42、示。2.PAM調(diào)制電路調(diào)制電路見圖4-2中的BG601。這是一種單管調(diào)制器，采用場效應(yīng)管3DJ6F，利用其阻抗高的特點和控制靈敏的優(yōu)越性，能很好的滿足調(diào)制要求。取樣脈沖由該管的S極加入，D極輸入音頻信號，由于場效應(yīng)管良好的開關(guān)特性，在TP602處可以測到脈沖幅度調(diào)制信號，該信號為雙極性脈沖幅度信號，不含直流分量。 3DJ6的G極為輸出負(fù)載端，接有取樣保持電路，由R601、C601以及R602等組成，由開關(guān)K601來控制，在做調(diào)制實驗時，K601的2端與3端相連，能觀察其取樣定理的波形。在做系統(tǒng)實驗時，將K601的1端與2端相連，即與解調(diào)濾波電路連通。3.脈沖發(fā)生電路 該部分電路詳見圖4-2所示

43、，主要有兩種抽樣脈沖，一種由555及其它元件組成，這是一個單諧振蕩器電路，能產(chǎn)生極性、脈寬、頻率可調(diào)的方波信號，可通過改變CA601的電容來實現(xiàn)輸出脈沖頻率的變化，以便用來驗證取樣定理，另一種由CPLD產(chǎn)生的8KHz抽樣脈沖，這兩種抽樣脈沖通過開關(guān)K602來選擇?？稍赥P603處很方便地觀測到脈沖頻率變化情況和輸出的脈沖波形。4.PAM解調(diào)與濾波電路 解調(diào)濾波電路由集成運放電路TL084組成。組成了一個二階有源低通濾波器，其截止頻率設(shè)計在3.4KHz左右，因為該濾波器有著解調(diào)的作用，因此它的質(zhì)量好壞直接影響著系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該電路還用在接收通道電路中。5.功放輸出電路功放電路主要用來放大輸出信

44、號，提高解調(diào)后的音頻信號輸出功率。該電路選用了常見的小功率運放LM386，配以少量的外圍元件來完成。放大后的音頻信號由喇叭作為負(fù)載輸出。三.實驗內(nèi)容1.抽樣定理實驗2.脈沖幅度調(diào)制（PAM）及系統(tǒng)實驗四.實驗步驟及注意事項 1.脈沖幅度調(diào)制實驗步驟用示波器在TP601處觀察，以該點信號輸出幅度不失真時為好，如有削頂失真則減小外加信號源的輸出幅度或調(diào)節(jié)W108。在TPP603處觀察其取樣脈沖信號。改變CA601處的電容，再用示波器觀察TP602該點波形。做詳細(xì)記錄、繪圖。2.PAM通信系統(tǒng)實驗步驟(1)將K602的2端和3端相連，為CPLD產(chǎn)生的8KHz抽樣時鐘脈沖，用示波器觀測TP601TP6

45、04各點波形，并做詳細(xì)記錄、繪圖。(2)將K602的1端和2端相連，然后改變CA601的電容，即改變抽樣頻率fsr，使ffsr、 fc =2fsr、fc2fsr，在TP603處用示波器觀測系統(tǒng)輸出波形，以判斷和驗證取樣定理在系統(tǒng)中的正確性，同時做詳細(xì)記錄和繪圖，記下在系統(tǒng)通信狀態(tài)下的奈奎斯特速率。并分析比較。 (3)在TP111處用示波器觀察話音輸出波形，通過喇叭聽話音，感性判斷該系統(tǒng)對話音信號的傳輸質(zhì)量。3.脈沖幅度調(diào)制實驗注意事項(1)CA601上插電容，可改變抽樣時鐘。電容在5600pf0.1mf 之間。(2)驗證取樣定理時，有時會產(chǎn)生不同步現(xiàn)象，在示波器中觀察不到穩(wěn)定的信號。此時可適當(dāng)

46、調(diào)整外加信號頻率，使之同步，有時需要反復(fù)耐心地調(diào)整才能觀察到。特別當(dāng)觀察fc £ 2fsr 時，注意判斷區(qū)別臨界狀態(tài)時的波形及頻率，并記下奈氏（Nyquist）速率。五.測量點說明 TP601：若 外加信號幅度過大，則被限幅電路限幅成方波了，因此信號波形幅度盡量小一些。方法是：調(diào)節(jié)通信話路終端發(fā)送放大電路中的電位器 W108。 TP602：抽樣脈沖波形輸出，其抽樣脈沖波形由抽樣時鐘電路(在TP603處觀察)決 定，在抽樣時鐘電路里，在CA601中插上不同大小的電容，可改變抽樣時鐘 的頻率。電容值在5600pf0.1mf 之間選取。 TP603：抽樣時鐘信號輸出，抽樣頻率由CA601上

47、的電容大小決定，用頻率計測量其頻率的大小。電容值在5600pf0.1mf 之間選??；另一種抽樣時鐘為CPLD可編程模塊產(chǎn)生的8KHz時鐘脈沖，由開關(guān)K602選擇。 TP604：收端PAM調(diào)制信號，由開關(guān)K601的1腳與2腳相接。六.實驗報告要求1.繪出所做實驗的電路、儀表連接調(diào)測圖。并列出所測各點的波形、頻率、電壓等有關(guān)數(shù)據(jù)，對所測數(shù)據(jù)做簡要分析說明。必要時借助于計算公式及推導(dǎo)。2.若發(fā)生實驗事故，請將事故的原因、現(xiàn)象、處理的過程在實驗報告中解釋清楚。實驗五 脈沖編碼調(diào)制PCM（一）實驗內(nèi)容1.用同步的簡易信號觀察A律PCM八比特編碼的實驗2.脈沖編碼調(diào)制（PCM）及系統(tǒng)實驗. 實驗?zāi)康?1.

48、加深對PCM編碼過程的理解。 2.熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的功能和使用方法。 3.了解PCM系統(tǒng)的工作過程。二. 實驗電路工作原理（一） PCM基本工作原理 脈沖調(diào)制就是把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化、編碼的過程。 所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在該實驗中，抽樣速率采用8Kbit/s。 所謂量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值

49、將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。 一個模擬信號經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號，它僅為有限個數(shù)值。 所謂編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作A/D。 由此可見，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號的數(shù)字通信方式。 PCM的原理如圖5-1所示。話音信號先經(jīng)防混疊低通濾波器，進行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進制碼。對于電

50、話，CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大、音質(zhì)差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密、量化間隔小，而在大信號時分層疏、量化間隔大，如圖52所示。在實際中廣泛使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性：A律和m律。A律PCM用于歐洲和我國，m律用于北美和日本。它們的編碼規(guī)律如圖5-3所示。圖中給出了信號抽樣編碼字與輸入電壓的關(guān)系，其中編碼方式（1）為符號/幅度數(shù)據(jù)格式，Bit7表示符號位，Bit60表示幅度大??；（2）為A律壓縮數(shù)據(jù) 格式，它是（1）的ADI（偶圖5-1 PCM的原理框圖圖5-2 A律與m律的壓縮特性圖5-3 PCM編碼方式位反相）碼；（3）為m律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是由（1）的Bit60反相而得到，通常為避免00000000碼出現(xiàn)，將其變成零抑制碼00000010。對壓縮器而言，其輸入輸出歸一化特性表示式為:A律: 律: (二)PCM編譯碼電路TP3067芯片介紹 1.編譯碼器的簡單介紹 模擬信號經(jīng)過編譯碼器時，在編碼電路中，它要經(jīng)過取樣、量化、編碼，如圖5-4(a)所示。到底在什么時候被取樣，在什么時序輸出P