四脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)

1、通信原理實驗指導(dǎo)書前 言通信原理課程是通信、電子、信息領(lǐng)域中最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。通信原理實驗課對鞏固和加深課堂教學(xué)內(nèi)容， 提高學(xué)生實踐動手操作能力和分析解決通信工程中實際問題的能力具有重要的作用。本指導(dǎo)書以通信原理第6 版（樊昌信、曹麗娜編著）的教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)。實驗內(nèi)容的安排遵循由淺到深，由易到難的規(guī)律，力求講解的原理清楚，重點突出；實驗的內(nèi)容安排合理、豐富，并具有一定的代表性。同時，注重理論分析與實際動手相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實踐，以實踐來驗證基本原理，旨在提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力及動手能力。由于編者水平所限，錯誤及欠缺之處懇請批評指正。電子信息工程系通信原理實驗指導(dǎo)書實驗要求1實驗

2、前必須充分預(yù)習(xí)，完成指定的預(yù)習(xí)任務(wù)。預(yù)習(xí)要求如下：（ 1）認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，分析、掌握實驗原理。（ 2）完成各實驗“預(yù)習(xí)要求”中指定的內(nèi)容。（ 3）熟悉實驗任務(wù)。（ 4）復(fù)習(xí)實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。（ 5）撰寫 實驗預(yù)習(xí)報告 。2使用儀器和實驗箱前必須了解其性能、操作方法及注意事項，在使用時應(yīng)嚴(yán)格遵守。3實驗時接線要仔細檢查，確定無誤后才能接通電源，初學(xué)或沒有把握應(yīng)經(jīng)指導(dǎo)教師審查同意后再接通電源。4實驗過程中需要改接線時，應(yīng)關(guān)斷電源后才能拆、接線。5實驗過程中應(yīng)仔細觀察實驗現(xiàn)象，認(rèn)真記錄實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)波形、現(xiàn)象)。所記錄的實驗結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后再拆除實驗線路。6實驗結(jié)束后

3、，必須關(guān)斷電源 、拔出電源插頭，并將儀器、設(shè)備、工具、導(dǎo)線等按規(guī)定整理歸位。7實驗后按要求獨立完成實驗報告 。通信原理實驗指導(dǎo)書目錄實驗一信號源實驗1實驗二信道模擬實驗4實驗三FSK 調(diào)制解調(diào)實驗10實驗四脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)實驗14通信原理實驗指導(dǎo)書實驗一信號源實驗一、實驗?zāi)康?、了解頻率連續(xù)變化的各種波形的產(chǎn)生方法。2、了解 NRZ碼、方波、正弦波等各種信號的頻譜。3、理解幀同步信號與位同步信號在整個通信系統(tǒng)中的作用。4、熟練掌握信號源模塊的使用方法。二、實驗內(nèi)容1、觀察頻率連續(xù)可變信號發(fā)生器輸出的各種波形及7 段數(shù)碼管的顯示。2、觀察點頻方波信號的輸出。3、觀察點頻正弦波信號的輸出。4、撥

4、動撥碼開關(guān)，觀察碼型可變NRZ碼的輸出。5、觀察位同步信號和幀同步信號的輸出。6、觀察 NRZ碼、方波、正弦波、三角波、鋸齒波的頻譜。三、實驗儀器1、信號源模塊2、 20M雙蹤示波器3、連接線四、實驗原理信號源模塊可以大致分為模擬部分和數(shù)字部分，分別產(chǎn)生模擬信號和數(shù)字信號。1、模擬信號源部分模擬信號源部分可以輸出頻率和幅度任意改變的正弦波（頻率變化范圍100Hz 10KHz）、三角波（頻率變化范圍 100Hz 1KHz）、方波（頻率變化范圍 100Hz 10KHz）、鋸齒波（頻率變化范圍 100Hz 1KHz）以及32KHz、64KHz的點頻正弦波（幅度可以調(diào)節(jié)） ，各種波形的頻率和幅度的調(diào)節(jié)

5、方法請參考實驗步驟。該部分電路原理框圖如圖1-1 所示。在實驗前，我們已經(jīng)將各種波形在不同頻段的數(shù)據(jù)寫入了數(shù)據(jù)存儲器U04, 并存放在固定的地址中。當(dāng)單片機 U03 檢測到波形選擇開關(guān)和頻率調(diào)節(jié)開關(guān)送入的信息后，一方面通過預(yù)置分頻器調(diào)整U01 中分頻器的分頻比 ( 分頻后的信號頻率由數(shù)碼管SM01 SM04顯示 ) ；另一方面根據(jù)分頻器輸出的頻率和所選波形的種類，通過地址選擇器選中數(shù)據(jù)存儲器U04 中對應(yīng)地址的區(qū)間，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號。該數(shù)字信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器 U05和開關(guān)電容濾波器U06后得到所需模擬信號。圖 1-1模擬信號源部分原理框圖2、數(shù)字信號源部分?jǐn)?shù)字信號源部分可以產(chǎn)生多種頻率的點

6、頻方波、NRZ碼（可通過撥碼開關(guān)SW01、 SW02、SW03改變碼型）以及位同步信號和幀同步信號。絕大部分電路功能由U01來完成，通過撥碼開關(guān)SW04、SW05可改變整個數(shù)字信號源位同步信號和幀同步信號的速率，該部分電路原理框圖如圖1-2 所示。1通信原理實驗指導(dǎo)書BCD碼分頻設(shè)置2BSBSFS24MHz晶振3分頻可預(yù)置2分頻2分頻分頻器NRZ碼NRZ分頻器產(chǎn)生器分頻器PN序列24位NRZ碼型設(shè)置產(chǎn)生器1024K256K64K32K8KPN15PN31PN511圖 1-2數(shù)字信號源部分原理框圖晶振出來的方波信號經(jīng)3 分頻后分別送入分頻器和另外一個可預(yù)置分頻器分頻，前一分頻器分頻后可得到 10

7、24KHz、 256KHz、 64KHz、 32KHz、 8KHz的方波。可預(yù)置分頻器的分頻值可通過撥碼開關(guān)SW04、 SW05來改變，分頻比范圍是1 9999。分頻后的信號即為整個系統(tǒng)的位同步信號（從信號輸出點“BS”輸出）。數(shù)字信號源部分還包括一個NRZ碼產(chǎn)生電路，通過該電路可產(chǎn)生以24 位為一幀的周期性NRZ碼序列，該序列的碼型可通過撥碼開關(guān)SW01、 SW02、 SW03來改變。在后繼的碼型變換、時分復(fù)用、CDMA等實驗中， NRZ碼將起到十分重要的作用。五、實驗步驟1、將信號源模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再按下開關(guān)POWER1

8、、POWER2，發(fā)光二極管LED01、LED02發(fā)光，按一下復(fù)位鍵，信號源模塊開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、模擬信號源部分觀察“ 32K 正弦波”和“ 64K 正弦波”輸出的正弦波波形，調(diào)節(jié)對應(yīng)的電位器的“幅度調(diào)節(jié)”可分別改變各正弦波的幅度。按下“復(fù)位”按鍵使U03 復(fù)位，波形指示燈“正弦波”亮，波形指示燈“三角波”、“鋸齒波”、“方波”以及發(fā)光二極管LED07滅，數(shù)碼管SM01 SM04顯示“ 2000 ”。按一下“波形選擇”按鍵，波形指示燈“三角波”亮（其它仍熄滅） ，此時信號輸出點“模擬輸出”的輸出波形為三角波。逐次按

9、下“波形選擇”按鍵，四個波形指示燈輪流發(fā)亮，此時“模擬輸出”點輪流輸出正弦波、三角波、鋸齒波和方波。將波形選擇為正弦波時（對應(yīng)發(fā)光二極管亮），轉(zhuǎn)動“頻率調(diào)節(jié)”的旋轉(zhuǎn)編碼器，可改變輸出信號的頻率，觀察“模擬輸出”點的波形，并用頻率計查看其頻率與數(shù)碼管顯示的是否一致。轉(zhuǎn)動對應(yīng)電位器“幅度調(diào)節(jié)”可改變輸出信號的幅度，幅度最大可達5V 以上。（注意 : 發(fā)光二極管 LED07熄滅，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器時，頻率以1Hz 為單位變化；按一下旋轉(zhuǎn)編碼器，LED07亮，此時旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器，頻率以 50Hz 為單位變化；再按一下旋轉(zhuǎn)編碼器，LED07熄滅，頻率再次以 1Hz 為單位變化）將波形分別選擇為三角波、鋸齒波

10、、方波，重復(fù)上述實驗。電位器 W02用來調(diào)節(jié)開關(guān)電容濾波器U06 的控制電壓，電位器 W01用來調(diào)節(jié) D/A 轉(zhuǎn)換器U05 的參考電壓，這兩個電位器在出廠時已經(jīng)調(diào)好，切勿自行調(diào)節(jié)。4、數(shù)字信號源部分撥碼開關(guān) SW04、 SW05的作用是改變分頻器的分頻比（以4 位為一個單元，對應(yīng)十進制數(shù)的1 位，以 BCD碼分別表示分頻比的千位、百位、十位和個位），得到不同頻率的位同步信號。分頻前的基頻信號為 2MHz，分頻比變化范圍是1 9999，所以位同步信號頻率范圍是200Hz 2MHz。例如，若想信號輸出點“ BS”輸出的信號頻率為15.625KHz ，則需將基頻信號進行128 分頻，將撥碼開關(guān)SW0

11、4、SW05設(shè)置為 00000001 00101000，就可以得到15.625KHz 的方波信號。 撥碼開關(guān) SW01、SW02、SW03的作用是改變NRZ碼的碼型。1 位撥碼開關(guān)就對應(yīng)著NRZ碼中的一個碼元，當(dāng)該位開關(guān)往上撥時，對應(yīng)的碼元為1，往下?lián)軙r，對應(yīng)的碼元為0。將撥碼開關(guān) SW04、SW05設(shè)置為 00000001 00101000，SW01、SW02、SW03設(shè)置為 01110010 0011001110101010，觀察 BS、 2BS、 FS、NRZ波形。2通信原理實驗指導(dǎo)書改變各撥碼開關(guān)的設(shè)置，重復(fù)觀察以上各點波形。觀察 1024K、256K、 64K、32K、8K 各點波形

12、（由于時鐘信號為晶振輸出的24MHz方波，所以整數(shù)倍分頻后只能得到的1000K、 250K、62.5K 、31.25K 、7.8125K 信號，電路板上的標(biāo)識為近似值，這一點請注意）。將撥碼開關(guān)SW04、SW05設(shè)置為 00000001 00101000 ，觀察偽隨機序列PN15、PN31、PN511 的波形。改變撥碼開關(guān)SW04、 SW05的設(shè)置，重復(fù)觀察以上各點波形。六、輸入、輸出點參考說明1、輸出點說明模擬部分輸出：24M：晶振 24MHz時鐘信號輸出點，峰峰值約為2.3V 。模擬輸出：波形種類、波形幅度、波形頻率均可調(diào)。正弦波： 100Hz 10KHz，幅度最大可達4V；三角波： 10

13、0Hz 1KHz，幅度最大可達4V；鋸齒波： 100Hz 1KHz，幅度最大可達4V；方波： 100Hz 10KHz，幅度最大可達4V；數(shù)字部分輸出：方波占空比：50%8K：7.8125KHz方波輸出點。32K：31.25KHz 方波輸出點。64K：62.5KHz方波輸出點。256K：250KHz方波輸出點。1024K：1000KHz方波輸出點。BS：位同步信號輸出點，方波，頻率可通過撥碼開關(guān)SW04、 SW05改變。2BS：2 倍位同步信號頻率的方波輸出點，頻率可通過撥碼開關(guān)SW04、 SW05改變。FS：幀同步信號輸出點，窄脈沖，頻率是位同步信號頻率的1/24 。NRZ：24 位 NRZ碼

14、輸出點，碼型可通過撥碼開關(guān)SW01、SW02、SW03改變，碼速率和位同步信號頻率相同。PN15：N 24 1 15 的 m序列輸出點。PN31：N 25 1 31 的 m序列輸出點。PN511：N 29 1 511 的 m序列輸出點。32KHz 正弦波：31.25KHz 正弦波輸出點。 （幅度最大可達4V）64KHz 正弦波：62.5KHz 正弦波輸出點。 （幅度最大可達4V）七、實驗報告要求1、分析實驗電路的工作原理，敘述其工作過程。2、根據(jù)實驗測試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出各測量點的波形圖，并分析實驗現(xiàn)象。3通信原理實驗指導(dǎo)書實驗二信道模擬實驗一、實驗?zāi)康?、觀察噪聲對信道的影響，比較理想信道

15、與隨機信道的區(qū)別，加深對隨機信道的理解。2、比較編碼信號與未編碼信號在隨機信道中的傳輸，加深對糾錯編碼原理的理解。3、掌握眼圖波形與信號傳輸畸變的關(guān)系。二、實驗內(nèi)容1、將信號源輸出的NRZ碼（未編碼）輸入信道，調(diào)節(jié)噪聲功率大小，觀察信道輸出信號。2、輸出的 NRZ碼（未編碼）輸入本模塊，編碼后再輸入信道，并經(jīng)過解碼，觀察通過編解碼后的信號。3、觀察眼圖并作分析記錄。三、實驗儀器1、信號源模塊2、信道模擬模塊3、終端模塊（可選）4、 20MHz雙蹤示波器5、連接線四、實驗原理1、信道廣義信道按照它包含的功能，可以劃分為調(diào)制信道與編碼信道。所謂調(diào)制信道是指調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的部分。從調(diào)制和

16、解調(diào)的角度來看，調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒質(zhì)，不論其過程如何，只不過是對已調(diào)信號進行某種變換。我們只需要關(guān)心變換的最終結(jié)果，而無需關(guān)心其詳細物理過程。因此，研究調(diào)制和解調(diào)時，采用這種定義是方便的。同理，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們僅著眼于討論編碼和譯碼，采用編碼信道的概念是十分有益的。所謂編碼信道是指編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分。這樣定義是因為從編譯碼的角度看來，編碼器的輸出是某一數(shù)字序列，而譯碼器的輸入同樣也是某一數(shù)字序列，他們可能是不同的數(shù)字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器輸入端，可以用一個對數(shù)字序列進行變換的方框來加以概括。我們這里主要用的是編碼信道，接下來介紹

17、一下編碼信道模型。編碼信道對信號的影響是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成另一種數(shù)字序列。因此，有時把編碼信道看成是一種數(shù)字信道。編碼信道模型可以用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述。例如，最常見的二進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的一種簡單的編碼信道模型如圖 10-1 所示。這個模型之所以是“簡單的”，因為這里假設(shè)解調(diào)器每個輸出碼元的差錯發(fā)生是相互獨立的?；蛘哒f，這種信道是無記憶的，即一碼元的差錯與其前后碼元是否發(fā)生差錯無關(guān)。在這個模型里，P(0/0) 、P(1/0) 、P(0/1) 及 P(1/1)稱為信道轉(zhuǎn)移概率， 其中，P(0/0)與 P(1/1) 是正確轉(zhuǎn)移的概率。 而 P(1/0)與 P(0/1)是錯誤轉(zhuǎn)

18、移概率。0P(0/0)0P(1/0)P(0/1)112P(1/1)圖 4-1二進制編碼信道模型4通信原理實驗指導(dǎo)書根據(jù)概率的性質(zhì)可知P(0/0)1 P(1/0)P(1/1)1 P(0/1)轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性所決定。一個特定的編碼信道，有確定的轉(zhuǎn)移概率。但應(yīng)該指出，轉(zhuǎn)移概率一般需要對實際編碼信道作大量的統(tǒng)計分析才能得到。如果我們對一正態(tài)分布白噪聲取樣，若取樣值為正，記為“” ，若取樣值為負(fù)，記為“” ，則將每次取樣所得極性排成序列，可以寫成： 這是一個隨機序列，它具有如下基本性質(zhì)：列中“”和“”的出現(xiàn)概率相等。序列中長度為1 的游程約占1/2 ；長度為2 的游程約占1/4 ；長度為3

19、的游程約占1/8 ； 。一般說來，長度為k 的游程約占1/2 k ；而且在長度為k 的游程中，“”游程和“”游程約各占一半。由于白噪聲的功率譜為常數(shù)，功率譜的逆傅里葉變換，即自相關(guān)函數(shù)為一沖激函數(shù) ( ) 。當(dāng) 0 時， ( ) 0；僅當(dāng) 0 時， ( ) 是個面積為 1 的脈沖。2、信道噪聲非理想信道中必然存在噪聲，而其中又以高斯白噪聲最為普遍。在本實驗中我們用偽隨機序列模擬高斯白噪聲。偽隨機噪聲具有類似于隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，同時又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理。由于它具有隨機噪聲的優(yōu)點，又避免了它的缺點，因此獲得了日益廣泛的實際應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的偽隨機噪聲都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列（經(jīng)濾波等處

20、理后）得到的。我們把這種周期序列稱為偽隨機序列。通常產(chǎn)生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又可分為線性反饋移存器和非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列，通常簡稱為 m序列。由于 m序列的均衡性、游程分布、自相關(guān)特性和功率譜與上述隨機序列的基本性質(zhì)很相似，所以通常認(rèn)為m序列屬于偽噪聲序列或偽隨機序列。m序列的功率譜密度的包絡(luò)是(sin x / x)2 形的。設(shè) m序列的碼元寬度為 T1 秒，則大約在零至 (1/ T 1) × 45%赫茲的頻率范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它具有均勻的功率譜密度。所以，可以用 m 序列的這一部分頻譜作為噪

21、聲產(chǎn)生器的噪聲輸出，雖然這種輸出是偽噪聲，但是多次進行某一測量，都有較好的重復(fù)性。將m序列進行濾波，就可取得上述功率譜均勻的部分作為輸出。3、糾錯編碼在隨機信道中，錯碼的出現(xiàn)是隨機的，且錯碼之間是統(tǒng)計獨立的。例如，由高斯白噪聲引起的錯碼就具有這種性質(zhì)。因此，當(dāng)信道中加性干擾主要是這種噪聲時，就稱這種信道為隨機信道。由于信息碼元序列是一種隨機序列，接收端是無法預(yù)知的，也無法識別其中有無錯碼。為了解決這個問題，可以由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這些監(jiān)督碼元和信碼之間有一定的關(guān)系，使接收端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯碼。在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元就稱

22、為差錯控制編碼，有時也稱為糾錯編碼。不同的編碼方法有不同的檢錯或糾錯能力。有的編碼就只能檢錯不能糾錯。那么，為了糾正一位錯碼，在分組碼中最少要增加多少監(jiān)督位才行呢？編碼效率能否提高呢？從這種思想出發(fā)進行研究，便導(dǎo)致漢明碼的誕生。漢明碼是一種能夠糾正一位錯碼且編碼效率較高的線性分組碼。下面我們介紹漢明碼的構(gòu)造原理。一般說來，若碼長為 n，信息位數(shù)為 k，則監(jiān)督位數(shù) r n- k。如果希望用 r 個監(jiān)督位構(gòu)造出 r 個監(jiān)督關(guān)系式來指示一位錯碼的 n 種可能位置，則要求2r - 1 n或 2 r k + r + 1（10 1）下面我們通過一個例子來說明如何具體構(gòu)造這些監(jiān)督關(guān)系式。設(shè)分組碼 (n ，k

23、) 中 k 4，為了糾正一位錯碼，由式（101）可知，要求監(jiān)督位數(shù)r 3。若取 r=3 ，則n= k + r =7。我們用 6 50 表示這 7 個碼元，用S1 、 S2 、 S3 表示三個監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則S1 S2S3 的值與錯碼位置的對應(yīng)關(guān)系可以規(guī)定如表4-1 所列。5通信原理實驗指導(dǎo)書表 4-1S SS3錯碼位置S SS3錯碼位置1212001 0101 4010 1110 5100 2111 6011 3000無 錯由表中規(guī)定可見，僅當(dāng)一錯碼位置在2、 456時，校正子1為 1；否則1為 0。這就意味、 或 SS著 2 、 4 、 5 和 6 四個碼元構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系S1 65

24、 4 2（42）同理， 1 、 3 、 5 和 6 構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系2 6531（43）S以及 0 、 3 、 4 和 6 構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)督關(guān)系S3 6 4 30（4 4）在發(fā)送端編碼時， 信息位 6 、 5 、 4 和 3的值決定于輸入信號， 因此它們是隨機的。監(jiān)督位 2 、 1 和0應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來確定，即監(jiān)督位應(yīng)使上三式中123S 、 S 和 S 的值為零（表示變成的碼組中應(yīng)無錯碼）6 5 4 2065310（45）64300由上式經(jīng)移項運算，解出監(jiān)督位2 6541 65 3（46）0 436給定信息位后，可直接按上式算出監(jiān)督位，其結(jié)果如表4-2 所列。表 4-2信息位監(jiān)督位信

25、息位監(jiān)督位 6 5 4 32 1 0 6 5 4 3 2 1 00000000100011100010111001100001010110100100011110101100101001101100001010110111010100110011111010001110001111111接收端收到每個碼組后，先按式（4 2）（ 4 4）計算出 S 、 S 和 S ，再按表 10-2判斷錯碼情況。123例如，若接收碼組為0000011，按式（ 4 2）（ 4 4）計算可得 S1 0，S2 1，S31。由于 S1 S2 S3 等于011，故根據(jù)表 10-1可知在 3 位有一錯碼。按上述方法構(gòu)造的碼

26、稱為漢明碼。表10-2中所列的（ 7， 4）漢明碼的最小碼距d0 3，因此，這種碼能糾正一個錯碼或檢測兩個錯碼。6通信原理實驗指導(dǎo)書本實驗?zāi)K的編碼速率由編碼方式控制開關(guān)S01 和編碼碼速率選擇開關(guān)SW01共同控制，如表10-3 所示。編碼方式控制開關(guān)S01 撥“ 1”時，漢明碼在編碼后，還需進行組幀處理，即每16bit信息在其后插入1 個“ 0” 和 7 位巴克碼“ 1110010”；撥“ 0”時，漢明編碼不進行組幀處理，直接輸出編碼。表 4-3速率 SW011000010000100001說明S0118/3KHz15.625/3KHz20/3KHz31.25/3KHz編碼04KHz7.81

27、25KHz10KHz15.625KHz輸入碼速率18KHz15.625KHz20KHz31.25KHz編碼08KHz15.625KHz20KHz31.25KHz輸出碼速率18/24KHz15.625/24KHz20/24KHz31.25/24KHz編碼08/16KHz15.625/16KHz20/16KHz31.25/16KHz輸出幀速率4、傳輸畸變和眼圖一個實際的基帶傳輸系統(tǒng)，盡管經(jīng)過了精心的設(shè)計，但要使其傳輸特性完全符合理想情況是困難的，甚至是不可能的。因此，碼間干擾也就不可能避免。由前面的討論可知，碼間干擾問題與發(fā)送濾波器特性、信道特性、接收濾波器特性等因素有關(guān)，因而計算由于這些因素所引

28、起的誤碼率就非常困難，尤其在信道特性不能完全確知的情況下，甚至得不到一種合適的定量分析方法。眼圖就是一種能夠方便地估計系統(tǒng)性能的實驗手段。這種方法的具體做法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步。這時就可以從示波器顯示的圖形上觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度。所謂眼圖就是指示波器顯示的圖形，因為在傳輸二進制信號波形時，它很像人的眼睛。為了說明眼圖和系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，我們把眼圖簡化為一個模型，如圖10-2 所示。該圖表述了下列意思：（ 1）眼圖張開部分的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣、再生的時間間隔。顯然

29、，最佳抽樣時刻應(yīng)是“眼睛”張開最大的時刻；（ 2）對定時誤差的靈敏度可由眼圖的斜邊之斜率決定，斜率越陡，對定時誤差就越靈敏； （ 3）圖中的陰影區(qū)的垂直高度表示信號畸變范圍；（ 4）圖中央的橫軸位置對應(yīng)判決門限電平；（ 5）在抽樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限，即若噪聲瞬時值超過這個容限，就有可能發(fā)生錯誤判決。圖 4-2眼圖模型7通信原理實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟1、信道模擬實驗（ 1）將信號源模塊、信道模擬模塊、終端模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。（ 2）插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下三個模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，各模塊對應(yīng)的發(fā)光二極管

30、LED01、LED02發(fā)光，三個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）（ 3）將信號源模塊的撥碼開關(guān)SW04、SW05設(shè)置為 00000101 00000000，按實驗一的介紹，此時分頻比千位、 十位、個位均為0，百位為 5，因此分頻比為500，此時位同步信號頻率應(yīng)為4KHz。相應(yīng)地，信道模擬模塊的編碼方式控制開關(guān)撥“0”、碼速率選擇撥碼開關(guān)設(shè)置為1000，與信號源的碼速率相一致（見表 4-3 ）。用雙蹤示波器觀察編碼輸入“數(shù)據(jù)”輸出點、編碼輸出“數(shù)據(jù)”輸出點波形。（ 4）將信號源的 NRZ碼作為數(shù)據(jù)輸出，連接到終端的DATA1端

31、，相應(yīng)的位同步信號（ BS1）與幀同步信號（ FS1）分別相連，同時將信號源的 NRZ碼連接到信道模擬的信道輸入端，經(jīng)過信道后從信道輸出 1 端輸入到終端的DATA2端， BS2 和 FS2 與信號源的位同步信號（BS）與幀同步信號（FS）分別相連。 則終端的發(fā)光二極管D01-D24 顯示的是直接從信號源輸出的數(shù)據(jù)，發(fā)光二極管D25-D48顯示的經(jīng)過信道傳輸后的數(shù)據(jù)。（也可用示波器雙蹤比較上述兩組數(shù)據(jù)）2、差錯控制編碼實驗（ 1）將信號源的NRZ碼作為數(shù)據(jù)輸出，連接到信道模擬的編碼輸入數(shù)據(jù)端，相應(yīng)的位同步信號（BS）與幀同步信號（ FS）分別與信號源的 BS和 FS 相連。將信號源的 1024

32、K 連接到信道模擬的 1M_IN，同時將信道模擬的編碼輸出與解碼輸入的位同步信號與幀同步信號分別相連，編碼輸出的數(shù)據(jù)連入信道輸入，經(jīng)過信道后從信道輸出1 端輸入到解碼輸入數(shù)據(jù)端；解碼輸出端的數(shù)據(jù)、位同步與幀同步分別與終端的DATA1、BS1 和 FS1 相連，則終端的發(fā)光二極管D01-D24 顯示的經(jīng)過編解碼及信道傳輸后的數(shù)據(jù)。（也可以將信號源NRZ碼輸出接入終端DATA1，BS 與 BS1相連， FS 與 FS1相連。經(jīng)過解碼后的數(shù)據(jù)接入終端DATA2，位同步與幀同步分別與終端的BS2 和 FS2 相連。注意：做實驗時會發(fā)現(xiàn)解碼后的信號有時候與編碼不完全對應(yīng)（或移動和閃動），在通過按復(fù)位鍵可

33、以達到一致，這是因為編解碼后的信號有移相，通過按復(fù)位鍵可以使編解碼信號與NRZ達成同步）（ 2）信道模擬模塊的噪聲功率調(diào)節(jié)電位器（P01）固定在噪聲功率最小的位置處，用示波器觀察信道輸出 1 處的信號，觀察編碼后的信號是否符合表4-2 的規(guī)則（注意：為將（7， 4）漢明碼補足為8位碼，我們在每一個（7， 4）漢明碼前添加了一位零。因此，1000 編碼將得到01000111）。（ 3）任意將“誤碼”撥碼開關(guān)的右七位中的一位撥為高，觀察編碼后信號及終端顯示的解碼的變化。（因為漢明編碼可以糾錯一位錯碼，因此終端顯示的解碼后碼元與原NRZ碼相同）（ 4）任意將 “誤碼” 撥碼開關(guān)的右七位中的兩位撥為高

34、，觀察編碼后信號及終端顯示的解碼的變化（因為漢明編碼不能糾正兩位或兩位以上錯碼，因此終端顯示的解碼后的碼元與原NRZ碼不同）3、眼圖實驗（ 1）將信號源模塊的位同步信號的頻率設(shè)為7.8125KHz （碼速率選擇開關(guān)撥為00000010、 01010110，為 256 分頻），用信號源模塊的 PN31 信號作為輸入信號，連接到信道模擬的信道輸入。（ 2）用信號源模塊的位同步信號作為示波器的外部觸發(fā)信號，通過調(diào)節(jié)信道模擬模塊上的噪聲功率調(diào)節(jié)旋鈕，觀察從信道輸出 2 端口輸出的 NRZ 碼眼圖并記錄下來。（ 3）通過改變信號源 SW04,SW05 來改變輸入信號的碼速率，從而觀察“眼睛”的張開和閉合

35、，并記錄相應(yīng)的眼圖狀態(tài)。 （可以任意改變碼速率，建議 SW04 ，SW05 依次由 256 分頻 192 分頻 160分頻 128 分頻 96 分頻 64 分頻，可以參考信號源實驗步驟中分頻比的說明）（ 4）根據(jù)不同碼速率情況下眼圖的不同狀態(tài)驗證整個信道的特性。六、輸入、輸出及測量點說明1、輸入點參考說明信道輸入：信道輸入點。編碼輸入 - 數(shù)據(jù)：編碼數(shù)據(jù)輸入點。編碼輸入 - 位同步：編碼位同步信號輸入點。編碼輸入 - 幀同步：編碼幀同步信號輸入點。解碼輸入 - 數(shù)據(jù)：解碼數(shù)據(jù)輸入點。8通信原理實驗指導(dǎo)書解碼輸入 - 位同步：解碼位同步信號輸入點。解碼輸入 - 幀同步：解碼幀同步信號輸入點。2、

36、輸出點參考說明信道輸出 1：無限帶寬信道輸出點。信道輸出 2：帶限（ 8K）信道輸出點。編碼輸出 - 數(shù)據(jù)：編碼數(shù)據(jù)輸出點。編碼輸出 - 位同步：編碼位同步信號輸出點。編碼輸出 - 幀同步：編碼幀同步信號輸出點。解碼輸出 - 數(shù)據(jù)：解碼數(shù)據(jù)輸出點。解碼輸出 - 位同步：解碼位同步信號輸出點。解碼輸出 - 幀同步：解碼幀同步信號輸出點。3、測量點參考說明噪聲：測量觀察噪聲波形及頻譜。GND ：接地點。七、實驗報告要求1、分析實驗電路的工作原理，敘述其工作過程。2、根據(jù)實驗測試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出各測量點的波形圖，并分析實驗現(xiàn)象。3、對實驗思考題加以分析，按照要求做出回答，并嘗試畫出本實驗的電路原

37、理圖。八、實驗思考題1、本實驗中的噪聲為加性噪聲，試說明實際信道中的加性噪聲有哪些，各有什么特點？2、本實驗中使用的糾錯碼為漢明碼，舉出其它常用的糾錯碼并比較它們的優(yōu)缺點。3、實驗 2 差錯控制編碼實驗中，步驟(3) 和(4) 得到的結(jié)果是否相同？如果不同，試說明原因。4、為什么利用眼圖能大致估算接收系統(tǒng)性能的好壞程度？9通信原理實驗指導(dǎo)書實驗三FSK 調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?、掌握 FSK調(diào)制與解調(diào)的工作原理及電路組成。4、掌握 FSK信號的頻譜特性。二、實驗內(nèi)容3、觀察 FSK調(diào)制與解調(diào)信號波形。4、觀察 FSK信號頻譜。三、實驗儀器1、信號源模塊2、數(shù)字調(diào)制模塊3、數(shù)字解調(diào)模塊4、同步

38、提取模塊5、頻譜分析模塊（可選）6、 20M雙蹤示波器7、連接線四、實驗原理1、 2FSK調(diào)制原理2FSK信號是用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進制序列0、1 狀態(tài)而變化，即載頻為 f0 時代表傳 0，載頻為 f1 時代表傳 1。顯然， 2FSK信號完全可以看成兩個分別以 f0 和 f1 為載頻、以 an 和 an 為被傳二進制序列的兩種 2ASK信號的合成。 2FSK信號的典型時域波形如圖 6-1 所示，ar21011t0Ts2Ts3Ts4TsS2FSK(t)A0t-A圖 6-1 2FSK信號的典型時域波形其一般時域數(shù)學(xué)表達式為S2 FSK (t)an g(tnTs

39、 )cos 0 tan g(t nTs ) cos 1t（ 61）nn式中，02f0 ，12f1 ， an 是 an 的反碼，即10通信原理實驗指導(dǎo)書0 概率為 Pan1概率為 1P1 概率為 Pan概率為 1 P0因為 2FSK屬于頻率調(diào)制，通?？啥x其移頻鍵控指數(shù)為h f1f0 Tsf1f 0 / Rs（ 62）顯然， h 與模擬調(diào)頻信號的調(diào)頻指數(shù)的性質(zhì)是一樣的，其大小對已調(diào)波帶寬有很大影響。2FSK 信號與2ASK信號的相似之處是含有載頻離散譜分量，也就是說， 二者均可以采用非相干方式進行解調(diào)?？梢钥闯觯?dāng) h<1 時， 2FSK信號的功率譜與2ASK的極為相似，呈單峰狀；當(dāng)h&g

40、t;>1 時， 2FSK信號功率譜呈雙峰狀，此時的信號帶寬近似為B2FSKf1 f 02Rs （ Hz）（ 63）2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（ 2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（ 01 或 10 ）時刻， 2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會不利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號，這時的已調(diào)信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。在這里，我們采用的是頻率選擇

41、法，其調(diào)制原理框圖如圖6-2 所示。由圖可知，從“ FSK基帶輸入”輸入的基帶信號分成兩路，一路經(jīng)U05 反相后接至 U06B的控制端，另一路直接接至U06A的控制端。從“ FSK 載波輸入 1”和“ FSK 載波輸入 2”輸入的載波信號分別接至U06A和 U06B的輸入端。當(dāng)基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)U06A打開， U06B關(guān)閉，輸出第一路載波；當(dāng)基帶信號為“ 0”時， U06A關(guān)閉， U06B打開，此時輸出第二路載波，再通過相加器就可以得到2FSK調(diào)制信號。載波1開關(guān)1基帶信號倒相器相加器2FSK信號載波2開關(guān)2圖 6-2 2FSK調(diào)制原理框圖2、 2FSK解調(diào)原理2FSK 有多種方法解

42、調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等。這里采用的是過零檢測法對2FSK調(diào)制信號進行解調(diào)。大家知道，2FSK信號的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。用過零檢測法對FSK 信號進行解調(diào)的原理框圖如圖5-8 所示。其中整形 1 和整形 2 的功能類似于比較器，可在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V 上。2FSK調(diào)制信號從“ FSK-IN ”輸入。 U04 的判決電壓設(shè)置在2.5V ，可把輸入信號進行硬限幅處理。這樣，整形 1 將 2FSK信號變?yōu)門TL 電平；整形2 和抽樣電路共同構(gòu)成抽樣判決器，其判決電壓可通過標(biāo)號為

43、“2FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器進行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1 和單穩(wěn)2 分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器 U06 一起共同對TTL 電平的 2FSK信號進行微分、整流處理。電阻R15 與 R17 決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時鐘信號就是2FSK基帶信號的位同步信號，該信號應(yīng)從“FSK-BS”輸入，可以從信號源直接引入，也可以從同步信號恢復(fù)模塊引入。11通信原理實驗指導(dǎo)書單穩(wěn)1調(diào)制信號輸入低通抽樣解調(diào)信號輸出整形1相加器整形2濾波器判決單穩(wěn)2位同步信號圖 6-3 2FSK解調(diào)原理框圖五、實驗步驟1、將信號源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、同步提取模塊、頻譜分析模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下五個模塊中的開關(guān) POWER1、POWER2，對應(yīng)的發(fā)光二極管 LED01、 LED02 發(fā)光，按一下信號源模塊的復(fù)位鍵，五個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、 FSK調(diào)制實驗（ 1）將信號源模塊產(chǎn)生