通信原理實(shí)驗(yàn)資料

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 信號(hào)源實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 CPLD可編程數(shù)字信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉各種時(shí)鐘信號(hào)的特點(diǎn)及波形。2、 熟悉各種數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)及波形。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 熟悉CPLD可編程信號(hào)發(fā)生器各測(cè)量點(diǎn)波形。2、 測(cè)量并分析各測(cè)量點(diǎn)波形及數(shù)據(jù)。3、 學(xué)習(xí)CPLD可編程器件的編程操作。三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 連接線 若干3、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)四、 實(shí)驗(yàn)原理CPLD可編程模塊用來(lái)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所需要的各種時(shí)鐘信號(hào)和各種數(shù)字信號(hào)。它由CPLD可編程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下載接口電路和一塊晶振組成。晶振JZ1用來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的32.

2、768MHz主時(shí)鐘。1、 CPLD數(shù)字信號(hào)發(fā)生器包含以下五部分：1) 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路將晶振產(chǎn)生的32.768MHZ時(shí)鐘送入CPLD內(nèi)計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，生成實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)撥碼開關(guān)S4和S5來(lái)改變時(shí)鐘頻率。有兩組時(shí)鐘輸出，輸出點(diǎn)為“CLK1”和“CLK2”，S4控制“CLK1”輸出時(shí)鐘的頻率，S5控制“CLK2”輸出時(shí)鐘的頻率。2) 偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路通常產(chǎn)生偽隨機(jī)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(zhǎng)的二進(jìn)制數(shù)字序列稱為最大長(zhǎng)度線性反饋移存器序列，通常簡(jiǎn)稱為m序列。以15位m序列為例，說(shuō)明m序列產(chǎn)生原理。在圖1-1中示

3、出一個(gè)4級(jí)反饋移存器。若其初始狀態(tài)為（）（1,1,1,1），則在移位一次時(shí)和模2相加產(chǎn)生新的輸入，新的狀態(tài)變?yōu)椋ǎ?,1,1,1），這樣移位15次后又回到初始狀態(tài)（1,1,1,1）。不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”,即“0,0,0,0”，則移位后得到的仍然為全“0”狀態(tài)。這就意味著在這種反饋寄存器中應(yīng)避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，不然移位寄存器的狀態(tài)將不會(huì)改變。因?yàn)?級(jí)移存器共有24=16種可能的不同狀態(tài)。除全“0”狀態(tài)外，剩下15種狀態(tài)可用，即由任何4級(jí)反饋移存器產(chǎn)生的序列的周期最長(zhǎng)為15。圖1-1 15位m序列產(chǎn)生信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)15位的m序列，由“PN”端口輸出，可根據(jù)需要生成不同頻率的偽隨機(jī)碼，

4、碼型為1010，頻率由S4控制，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1-2所示。3) 幀同步信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)源產(chǎn)生8K幀同步信號(hào)，用作脈沖編碼調(diào)制的幀同步輸入，由“FS”輸出。4) NRZ碼復(fù)用電路以及碼選信號(hào)產(chǎn)生電路碼選信號(hào)產(chǎn)生電路：主要用于8選1電路的碼選信號(hào)；NRZ碼復(fù)用電路：將三路八位串行信號(hào)送入CPLD，進(jìn)行固定速率時(shí)分復(fù)用，復(fù)用輸出一路24位NRZ碼，輸出端口為“NRZ”，碼速率由撥碼開關(guān)S5控制，對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1-2。5) 終端接收解復(fù)用電路將NRZ碼（從“NRZIN”輸入）、位同步時(shí)鐘（從“BS”輸入）和幀同步信號(hào)（從“FSIN”輸入）送入CPLD，進(jìn)行解復(fù)用，將串行碼轉(zhuǎn)換為并行碼，輸出到終端光條（U6

5、和U4）顯示。2、 24位NRZ碼產(chǎn)生電路本單元產(chǎn)生NRZ信號(hào)，信號(hào)速率根據(jù)輸入時(shí)鐘不同自行選擇，幀結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。幀長(zhǎng)為24位，其中首位無(wú)定義（本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將首位固定為0），第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號(hào)，每路8位。此NRZ信號(hào)為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)。光條（U1、U2和U3）對(duì)應(yīng)位亮狀態(tài)表示信號(hào)1，滅狀態(tài)表示信號(hào)0。圖1-2 幀結(jié)構(gòu)1) 并行碼產(chǎn)生器由手動(dòng)撥碼開關(guān)S1、S2、S3控制產(chǎn)生幀同步碼和16路數(shù)據(jù)位，每組發(fā)光二極管的前八位對(duì)應(yīng)8個(gè)數(shù)據(jù)位。撥碼開關(guān)撥上為1，撥下為0。2）八選一電路采用8路數(shù)據(jù)選擇器74LS151，其管腳定義如圖1-3所示。

6、真值表如表1-1所示。表1-1 74LS151真值表CBASTRYLLLLD0LLHLD1LHLLD2LHHLD3HLLLD4HLHLD5HHLLD6HHHLD7HL圖1-3 74LS151管腳定義74LS151為互補(bǔ)輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（地址端）為C、B、A，按二進(jìn)制譯碼，從8個(gè)輸入數(shù)據(jù)D0D7中選擇一個(gè)需要的數(shù)據(jù)。STR為選通端，低電平有效。本信號(hào)源采用三組8選1電路，U12，U13，U15的地址信號(hào)輸入端A、B、C分別接CPLD輸出的74151_A、74151_B、74151_C信號(hào)，它們的8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端D0D7分別與S1,S2,S3輸出的8個(gè)并行信號(hào)相連。由表1-1可

7、以分析出U12，U13，U15輸出信號(hào)都是以8位為周期的串行信號(hào)。五、 測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明CLK1：第一組時(shí)鐘信號(hào)輸出端口，通過(guò)撥碼開關(guān)S4選擇頻率。CLK2：第二組時(shí)鐘信號(hào)輸出端口，通過(guò)撥碼開關(guān)S5選擇頻率。FS：脈沖編碼調(diào)制的幀同步信號(hào)輸出端口。（窄脈沖，頻率為8K）NRZ：24位NRZ信號(hào)輸出端口，碼型由撥碼開關(guān)S1，S2，S3控制，碼速率和第二組時(shí)鐘速率相同，由S5控制。PN：偽隨機(jī)序列輸出，碼型為1010，碼速率和第一組時(shí)鐘速率相同，由S4控制。NRZIN：解碼后NRZ碼輸入。BS：NRZ碼解復(fù)用時(shí)的位同步信號(hào)輸入。FSIN：NRZ碼解復(fù)用時(shí)的幀同步信號(hào)輸入。六、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 打開信號(hào)源模

8、塊的電源開關(guān)POWER1，使信號(hào)源模塊工作。2、 觀測(cè)時(shí)鐘信號(hào)輸出波形。信號(hào)源輸出兩組時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)應(yīng)輸出點(diǎn)為“CLK1”和“CLK2”，撥碼開關(guān)S4的作用是改變第一組時(shí)鐘“CLK1”的輸出頻率，撥碼開關(guān)S5的作用是改變第二組時(shí)鐘“CLK2”的輸出頻率。撥碼開關(guān)撥上為1，撥下為0，撥碼開關(guān)和時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示表1-2撥碼開關(guān)時(shí)鐘撥碼開關(guān)時(shí)鐘000032.768M1000128K000116.384M100164K00108.192M101032K00114.096M101116K01002.048M11008K01011.024M11014K0110512K11102K0111256K11

9、111K1) 根據(jù)表1-2改變S4，用示波器觀測(cè)第一組時(shí)鐘信號(hào)“CLK1”的輸出波形；2) 根據(jù)表1-2改變S5，用示波器觀測(cè)第二組時(shí)鐘信號(hào)“CLK2”的輸出波形。3、 用示波器觀測(cè)幀同步信號(hào)輸出波形信號(hào)源提供脈沖編碼調(diào)制的幀同步信號(hào)，在點(diǎn)“FS”輸出，一般時(shí)鐘設(shè)置為2.048M、256K，在后面的實(shí)驗(yàn)中有用到。將撥碼開關(guān)S4分別設(shè)置為“0100”、“0111”或別的數(shù)字，用示波器觀測(cè)“FS”的輸出波形。4、 用示波器觀測(cè)偽隨機(jī)信號(hào)輸出波形偽隨機(jī)信號(hào)碼型為1010，碼速率和第一組時(shí)鐘速率相同，由S4控制。根據(jù)表1-2改變S4，用示波器觀測(cè)“PN”的輸出波形。5、 觀測(cè)NRZ碼輸出波形信號(hào)源提供

10、24位NRZ碼，碼型由撥碼開關(guān)S1，S2，S3控制，碼速率和第二組時(shí)鐘速率相同，由S5控制。1) 將撥碼開關(guān)S1，S2，S3設(shè)置為“ ”，S5設(shè)為“1010”，用示波器觀測(cè)“NRZ”輸出波形。2) 保持碼型不變，改變碼速率（改變S5設(shè)置值），用示波器觀測(cè)“NRZ”輸出波形。3) 保持碼速率不變，改變碼型（改變S1、S2、S3設(shè)置值），用示波器觀測(cè)“NRZ”輸出波形。七、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 分析各種時(shí)鐘信號(hào)及數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的方法，敘述其功用。2、 畫出各種時(shí)鐘信號(hào)及數(shù)字信號(hào)的波形。3、 記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題并進(jìn)行分析，提出改進(jìn)建議。實(shí)驗(yàn)二 抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通過(guò)脈

11、沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的原理。2、 通過(guò)對(duì)電路組成、波形和所測(cè)數(shù)據(jù)的分析，加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察模擬輸入正弦波信號(hào)、抽樣時(shí)鐘的波形和脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，并注意觀察它們之間的相互關(guān)系及特點(diǎn)。2、 改變模擬輸入信號(hào)或抽樣時(shí)鐘的頻率，多次觀察波形。 三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 號(hào)模塊 一塊3、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)4、 連接線 若干四、 實(shí)驗(yàn)原理（一）基本原理1、抽樣定理抽樣定理表明：一個(gè)頻帶限制在（0，）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，如果以T秒的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。假定將信號(hào)和周期為T的沖激函數(shù)相乘，如圖3-

12、1所示。乘積便是均勻間隔為T秒的沖激序列，這些沖激序列的強(qiáng)度等于相應(yīng)瞬時(shí)上的值，它表示對(duì)函數(shù)的抽樣。若用表示此抽樣函數(shù)，則有：圖3-1 抽樣與恢復(fù)假設(shè)、和的頻譜分別為、和。按照頻率卷積定理，的傅立葉變換是和的卷積：因?yàn)?所以 由卷積關(guān)系，上式可寫成 該式表明，已抽樣信號(hào)的頻譜是無(wú)窮多個(gè)間隔為s的相迭加而成。這就意味著中包含的全部信息。需要注意，若抽樣間隔T變得大于，則和的卷積在相鄰的周期內(nèi)存在重疊（亦稱混疊），因此不能由恢復(fù)?？梢姡浅闃拥淖畲箝g隔，它被稱為奈奎斯特間隔。上面討論了低通型連續(xù)信號(hào)的抽樣。如果連續(xù)信號(hào)的頻帶不是限于0與之間，而是限制在（信號(hào)的最低頻率）與（信號(hào)的最高頻率）之間（帶

13、通型連續(xù)信號(hào)），那么，其抽樣頻率并不要求達(dá)到，而是達(dá)到2B即可，即要求抽樣頻率為帶通信號(hào)帶寬的兩倍。00圖3-2畫出抽樣頻率2B（無(wú)混疊）和2B（有混疊）時(shí)兩種情況下沖激抽樣信號(hào)的頻譜。(a) 連續(xù)信號(hào)的頻譜100 （b） 高抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（無(wú)混疊）0 10（c） 低抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（混疊）圖3-2 采用不同抽樣頻率時(shí)抽樣信號(hào)的頻譜2、脈沖振幅調(diào)制（PAM）所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨輸入信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則前面所說(shuō)的抽樣定理，就是脈沖增幅調(diào)制的原理。但是實(shí)際上真正的沖激脈沖串并不能付之實(shí)現(xiàn)，而通常只能采用窄脈沖串來(lái)實(shí)現(xiàn)。因

14、而，研究窄脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將具有實(shí)際意義。圖3-3 自然抽樣及平頂抽樣波形PAM方式有兩種：自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣又稱為“曲頂”抽樣，已抽樣信號(hào)ms(t)的脈沖“頂部”是隨m(t)變化的，即在頂部保持了m(t)變化的規(guī)律（如圖3-3所示）。平頂抽樣所得的已抽樣信號(hào)如圖3-3所示，這里每一抽樣脈沖的幅度正比于瞬時(shí)抽樣值，但其形狀都相同。在實(shí)際中，平頂抽樣的PAM信號(hào)常常采用保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到的脈沖為矩形脈沖。（二) 電路組成 脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖3-4所示，主要由抽樣保持芯片LF398和解調(diào)濾波電路兩部分組成，電路原理圖如圖3-5所示。圖3-4 脈沖振幅調(diào)制電路原理框圖

15、圖3-5 脈沖幅度調(diào)制電路原理圖（三）實(shí)驗(yàn)電路工作原理1、 PAM調(diào)制電路如圖3-5所示，LF398是一個(gè)專用的采樣保持芯片，它具有很高的直流精度和較高的采樣速率，器件的動(dòng)態(tài)性能和保持性能可以通過(guò)合適的外接保持電容達(dá)到最佳。LF398的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示； 圖3-6 LF398的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)N1是輸入緩沖放大器，N2是高輸入阻抗射極輸出器。S為邏輯控制采樣/保持開關(guān)，當(dāng)S接通時(shí)，開始采樣；當(dāng)S斷開時(shí)，開始保持。LF398的引腳功能為：3、12腳：正負(fù)電源輸入端。1腳：Vi，模擬電壓輸入端。11腳：MCTR，邏輯控制輸入端，高電平為采樣，低電平為保持。10腳：MREF，邏輯控制電平參考端，一

16、般接地。8腳：HOC，采樣/保持電容接入端。7腳：OUT，采樣/保持輸出端。如圖3-5所示，被抽樣信號(hào)從PAM-SIN輸入，進(jìn)入LF398的1腳Vi端，經(jīng)內(nèi)部輸入緩沖放大器N1放大后送到模擬開關(guān)S，此時(shí)，將抽樣脈沖作為S的控制信號(hào)，當(dāng)LF398的11腳MCTR端為高電平時(shí)開關(guān)接通，為低電平時(shí)開關(guān)斷開。然后經(jīng)過(guò)射極輸出器N2輸出比較理想的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)。K1為“平頂抽樣”、“自然抽樣”選擇開關(guān)。2、PAM解調(diào)與濾波電路解調(diào)濾波電路由集成運(yùn)放電路TL084組成。組成了一個(gè)二階有源低通濾波器，其截止頻率設(shè)計(jì)在3.4KHz左右，因?yàn)樵摓V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

17、電路還在后續(xù)實(shí)驗(yàn)接收部分有用到。電路如圖3-7所示圖3-7 PAM解調(diào)濾波電路五、 測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明1、輸入點(diǎn)參考說(shuō)明PAM-SIN：音頻信號(hào)輸入端口PAMCLK：抽樣時(shí)鐘信號(hào)輸入端口IN：PAM解調(diào)濾波電路輸入端口2、輸出點(diǎn)說(shuō)明自然抽樣輸出：自然抽樣信號(hào)輸出端口平頂抽樣輸出：平頂抽樣信號(hào)輸出端口OUT：PAM解調(diào)濾波輸出端口六、 實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、 將信號(hào)源模塊、模塊1固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、 插上電源線，打開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān)，將信號(hào)源模塊和模塊1的電源開關(guān)撥下，觀察指示燈是否點(diǎn)亮，紅燈為+5V電源指示燈，綠燈為-12V電源指示燈，黃色為+12V電源指示燈

18、。（注意，此處只是驗(yàn)證通電是否成功，在實(shí)驗(yàn)中均是先連線，再打開電源做實(shí)驗(yàn)，不要帶電連線）。3、 觀測(cè)PAM自然抽樣波形1) 用示波器觀測(cè)信號(hào)源“2K同步正弦波”輸出，調(diào)節(jié)W1改變輸出信號(hào)幅度，使輸出信號(hào)峰-峰值在4V左右。2) 將信號(hào)源上S4設(shè)為“1010”，使“CLK1”輸出32K時(shí)鐘。3) 將模塊1上K1選到“自然”。4) 關(guān)閉電源，按如下方式連線源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：“2K同步正弦波”模塊1:“PAM-SIN”提供被抽樣信號(hào)信號(hào)源：“CLK1”模塊1:“PAMCLK”提供抽樣時(shí)鐘* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開電源5) 用示波器在“自然抽樣輸出”處觀察PAM自然抽樣波形。4、

19、 觀測(cè)PAM平頂抽樣波形a) 用示波器觀測(cè)信號(hào)源“2K同步正弦波”輸出，調(diào)節(jié)W1改變輸出信號(hào)幅度，使輸出信號(hào)峰-峰值在4V左右。b) 將信號(hào)源上S1、S2、S3依次設(shè)為“”、“”、“”，將S5撥為“1000”，使“NRZ”輸出速率為128K，抽樣頻率為：NRZ頻率/8（實(shí)驗(yàn)中的電路，NRZ為“1”時(shí)抽樣，為“0”時(shí)保持。在平頂抽樣中，抽樣脈沖為窄脈沖）。c) 將K1設(shè)為“平頂”。關(guān)閉電源，按下列方式進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：“2K同步正弦波模塊1：“PAM-SIN”提供被抽樣信號(hào)信號(hào)源：“NRZ”模塊1：“PAMCLK”提供抽樣脈沖d) 打開電源，用示波器在“平頂抽樣輸出”處觀察

20、平頂抽樣波形。5、 改變抽樣時(shí)鐘頻率，觀測(cè)自然抽樣信號(hào)，驗(yàn)證抽樣定理。6、 觀測(cè)解碼后PAM波形與原信號(hào)的區(qū)別1) 步驟3的前3步不變,按如下方式連線源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：“2K同步正弦波”模塊1:“PAM-SIN”提供被抽樣信號(hào)信號(hào)源：“CLK1”模塊1:“PAMCLK”提供抽樣時(shí)鐘模塊1:“自然抽樣輸出”模塊1:“IN”將PAM信號(hào)進(jìn)行譯碼2) 將K1設(shè)為“自然”，用“PAM-SIN”信號(hào)做示波器的觸發(fā)源，用雙蹤示波器對(duì)比觀測(cè)“PAM-SIN”和“OUT”波形。7、 將信號(hào)源產(chǎn)生的音樂信號(hào)輸入到模塊1的“PAM-SIN”，“自然抽樣輸出”和“IN”相連，PAM解調(diào)信號(hào)輸出到信號(hào)源上

21、的“音頻信號(hào)輸入”，通過(guò)揚(yáng)聲器聽語(yǔ)音，感性判斷該系統(tǒng)對(duì)話音信號(hào)的傳輸質(zhì)量。七、 實(shí)驗(yàn)思考題1、 簡(jiǎn)述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實(shí)現(xiàn)方法。2、 在抽樣之后，調(diào)制波形中包不包含直流分量，為什么？3、 造成系統(tǒng)失真的原因有哪些？4、 為什么采用低通濾波器就可以完成PAM解調(diào)？八、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 分析電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。2、 繪出所做實(shí)驗(yàn)的電路、儀表連接調(diào)測(cè)圖。并列出所測(cè)各點(diǎn)的波形、頻率、電壓等有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)要分析說(shuō)明。必要時(shí)借助于計(jì)算公式及推導(dǎo)。3、 對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，按照要求作出回答。專心-專注-專業(yè)實(shí)驗(yàn)三 振幅鍵控（ASK）調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用鍵

22、控法產(chǎn)生ASK信號(hào)的方法。2、 掌握ASK非相干解調(diào)的原理。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察ASK調(diào)制信號(hào)波形2、 觀察ASK解調(diào)信號(hào)波形。三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 號(hào)模塊 一塊3、 號(hào)模塊 一塊4、 號(hào)模塊 一塊5、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)6、 連接線 若干四、 基本原理調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制序列時(shí)的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個(gè)獨(dú)立的可控參量，當(dāng)用二進(jìn)制信號(hào)分別調(diào)制這三種參量時(shí)，就形成了二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)，而每種調(diào)制信號(hào)的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。1、 2A

23、SK調(diào)制原理。在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號(hào)的變化而變化的。使載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無(wú)來(lái)代表信號(hào)中的“1”或“0”，這樣就可以得到2ASK信號(hào)，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK）。2ASK信號(hào)典型的時(shí)域波形如圖9-1所示，其時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （9-1）式中，A為未調(diào)載波幅度，為載波角頻率，為符合下列關(guān)系的二進(jìn)制序列的第n個(gè)碼元： （9-2）綜合式9-1和式9-2，令A(yù)1，則2ASK信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為： （9-3）式中，Ts為碼元間隔，為持續(xù)時(shí)間 Ts/2，Ts/2 內(nèi)任意波形形狀的脈沖（分析時(shí)一般設(shè)為歸一化矩形脈沖），而就是代表二進(jìn)制信

24、息的隨機(jī)單極性脈沖序列。 圖9-1 2ASK信號(hào)的典型時(shí)域波形2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法比較簡(jiǎn)單。首先，因2ASK信號(hào)的特征是對(duì)載波的“通斷鍵控”，用一個(gè)模擬開關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進(jìn)制序列控制門的通斷，1時(shí)開關(guān)導(dǎo)通；0時(shí)開關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱為通斷鍵控法。其次，2ASK信號(hào)可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)2ASK調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。2、 2ASK解調(diào)原理。2ASK解調(diào)有非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）兩種方法，相應(yīng)的接收系統(tǒng)原理框圖如圖9-2所示：（a）非相干方式（b）相干方式圖9-2 2ASK解調(diào)原理框圖五、 實(shí)驗(yàn)原理1

25、、 ASK調(diào)制電路在這里，我們采用的是通斷鍵控法，2ASK調(diào)制的基帶信號(hào)和載波信號(hào)分別從“ASK-NRZ”和“ASK載波”輸入，其實(shí)驗(yàn)框圖和電路原理圖分別如圖9-3、圖9-4所示。圖9-3 ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)框圖圖9-4 ASK調(diào)制原理圖2、 ASK解調(diào)電路圖9-5 ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)框圖我們采用的是包絡(luò)檢波法。實(shí)驗(yàn)框圖如圖9-5所示。ASK調(diào)制信號(hào)從“ASKIN”輸入，經(jīng)C1和R1組成的耦合電路至半波整流器（由D4、D5組成），半波整流后的信號(hào)經(jīng)低通濾波器U4（TL082）、電壓比較器U1（LM339）與參考電位比較后送入抽樣判決器進(jìn)行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信號(hào)。電位器W1用來(lái)調(diào)節(jié)電壓比

26、較器U1的判決電壓。判決電壓過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致正確的解調(diào)結(jié)果的丟失；判決電壓過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯(cuò)碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的時(shí)鐘信號(hào)就是2ASK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)從“ASK-BS”輸入，可以從信號(hào)源直接引入，也可以從同步信號(hào)恢復(fù)模塊引入。在實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器來(lái)濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無(wú)碼間串?dāng)_的條件。本實(shí)驗(yàn)中為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想的，所以在解調(diào)部分的輸入端也沒有加帶通濾波器。六、 測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明1、 信號(hào)輸入點(diǎn)參考說(shuō)明ASK-NRZ：

27、 ASK基帶信號(hào)輸入點(diǎn)。ASK載波：ASK載波信號(hào)輸入點(diǎn)。ASKIN：ASK調(diào)制信號(hào)輸入點(diǎn)。ASK-BS：ASK解調(diào)位同步時(shí)鐘輸入點(diǎn)。2、 信號(hào)輸出點(diǎn)參考說(shuō)明ASK-OUT：ASK調(diào)制信號(hào)輸出點(diǎn)。TH2：ASK信號(hào)經(jīng)低通濾波器后的信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。ASK-DOUT：ASK解調(diào)信號(hào)經(jīng)電壓比較器后的信號(hào)輸出點(diǎn)（未經(jīng)同步判決）。OUT1：ASK解調(diào)信號(hào)輸出點(diǎn)。七、 實(shí)驗(yàn)步驟（一）ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、 將信號(hào)源模塊和模塊3、4、7固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、 按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：PN（8K）模塊3：ASK-NRZS4撥為1100，PN是8K偽隨機(jī)序

28、列信號(hào)源：64K同步正弦波模塊3：ASK載波提供ASK調(diào)制載波，幅度為4V* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開電源3、 以信號(hào)輸入點(diǎn)“ASK-NRZ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用示波器觀察點(diǎn) “ASK-OUT”輸出，即為PN碼經(jīng)過(guò)ASK調(diào)制后的波形。4、 通過(guò)信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān)S4控制產(chǎn)生PN碼的頻率，改變送入的基帶信號(hào)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；也可以改變載波頻率來(lái)實(shí)驗(yàn)。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。（二）ASK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、 接著上面ASK調(diào)制實(shí)驗(yàn)繼續(xù)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明模塊3：ASK-OUT模塊4：ASKINASK解調(diào)輸入模塊4：ASK-DOUT模塊7：DIN鎖相環(huán)法位同步提取信號(hào)輸入模塊7：BS模塊3

29、：ASK-BS提取的位同步信號(hào)* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后再次打開電源2、 將模塊7上的撥碼開關(guān)S2撥為“ASK-NRZ”頻率的16倍，如：“ASK-NRZ” 選8K時(shí)，S2選128K，即撥“1000”。觀察模塊4上信號(hào)輸出點(diǎn)“ASK-DOUT”處的波形，把電位器W3順時(shí)針擰到最大，并調(diào)節(jié)的電位器W1（改變判決門限），直到在“ASK-DOUT”處觀察到穩(wěn)定的PN碼。3、 觀察ASK解調(diào)輸出“OUT1”處波形，并與信號(hào)源產(chǎn)生的PN碼進(jìn)行比較。調(diào)制前的信號(hào)與解調(diào)后的信號(hào)形狀一致，相位有一定偏移。4、 通過(guò)信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān)S4控制產(chǎn)生PN碼，改變送入的基帶信號(hào)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；也可以改變載波

30、頻率來(lái)實(shí)驗(yàn)。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與波形，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出各測(cè)量點(diǎn)的波形圖，并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3、 對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題加以分析，按照要求做出回答，并嘗試畫出本實(shí)驗(yàn)的電路原理圖。4、 寫出完成本次實(shí)驗(yàn)后的心得體會(huì)以及對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)建議。實(shí)驗(yàn)四 移頻鍵控FSK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用鍵控法產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法。2、 掌握FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)的原理。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察FSK調(diào)制信號(hào)波形。2、 觀察FSK解調(diào)信號(hào)波形。3、 觀察FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形。三、 實(shí)

31、驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 號(hào)模塊 一塊3、 號(hào)模塊 一塊4、 號(hào)模塊 一塊5、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)6、 連接線 若干四、 實(shí)驗(yàn)原理1、 2FSK調(diào)制原理。2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為時(shí)代表傳0，載頻為時(shí)代表傳1。顯然，2FSK信號(hào)完全可以看成兩個(gè)分別以和為載頻、以和為被傳二進(jìn)制序列的兩種2ASK信號(hào)的合成。2FSK信號(hào)的典型時(shí)域波形如圖10-1所示，其一般時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為 圖10-1 2FSK信號(hào)的典型時(shí)域波形 （10-1）式中，是的反碼，即因?yàn)?FSK屬于頻率調(diào)制，通?？啥x其移頻鍵控指數(shù)為 （10-2

32、）顯然，h與模擬調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)的性質(zhì)是一樣的，其大小對(duì)已調(diào)波帶寬有很大影響。2FSK信號(hào)與2ASK信號(hào)的相似之處是含有載頻離散譜分量，也就是說(shuō)，二者均可以采用非相干方式進(jìn)行解調(diào)?？梢钥闯觯?dāng)h1時(shí)，2FSK信號(hào)功率譜呈雙峰狀，此時(shí)的信號(hào)帶寬近似為（Hz） （10-3）2FSK信號(hào)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(hào)為兩個(gè)彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號(hào)之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時(shí)刻，2FSK信號(hào)的相位通常是不連續(xù)的，這會(huì)不利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個(gè)直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號(hào)，這時(shí)的已調(diào)信號(hào)出自同一個(gè)振蕩器，

33、信號(hào)相位在載頻變化時(shí)始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂，使信號(hào)功率更集中于信號(hào)帶寬內(nèi)。在這里，我們采用的是頻率選擇法，其調(diào)制原理框圖如圖10-2所示：圖10-2 2FSK調(diào)制原理框圖由圖可知，從“FSK-NRZ”輸入的基帶信號(hào)分成兩路，1路經(jīng)U5（LM339）反相后接至U4B（4066）的控制端，另1路直接接至U4A（4066）的控制端。從“FSK載波A”和“FSK載波B”輸入的載波信號(hào)分別接至U4A和U4B的輸入端。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，模擬開關(guān)U4A打開，U4B關(guān)閉，輸出第一路載波；當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，U405A關(guān)閉，U405B打開，此時(shí)輸出第二路載波，再通過(guò)相加器就可

34、以得到FSK調(diào)制信號(hào)。2、 2FSK解調(diào)原理（a）非相干方式（b）相干方式（c）過(guò)零檢測(cè)法圖10-3 2FSK解調(diào)原理框圖FSK有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等，相應(yīng)的接收系統(tǒng)的框圖如圖10-3所示。這里采用的是過(guò)零檢測(cè)法對(duì)FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FSK信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。用過(guò)零檢測(cè)法對(duì)FSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的原理框圖如圖10-3（c）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(hào)疊加在2.5V上。2FSK調(diào)制信號(hào)從“FSKIN”輸入。U6（LM3

35、39）的判決電壓設(shè)置在2.5V，可把輸入信號(hào)進(jìn)行硬限幅處理。這樣，整形1將FSK信號(hào)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(guò)電位器W2進(jìn)行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1（74LS123）和單穩(wěn)2（74LS123）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U7（74LS32）一起共同對(duì)TTL電平的FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。電阻R30與R31決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時(shí)鐘信號(hào)就是FSK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)應(yīng)從“FSK-BS”輸入，可以從信號(hào)源直接引入，也可以從同步信號(hào)恢復(fù)模塊引入。五、 測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明1、 輸入點(diǎn)參考說(shuō)明FSK調(diào)制模塊：FSK-NRZ：

36、FSK基帶信號(hào)輸入點(diǎn)。FSK載波A：A路載波輸入點(diǎn)。FSK載波B：B路載波輸入點(diǎn)。FSK解調(diào)模塊：FSKIN：FSK調(diào)制信號(hào)輸入點(diǎn)。FSK-BS：FSK解調(diào)位同步時(shí)鐘輸入點(diǎn)。2、 輸出點(diǎn)參考說(shuō)明FSK調(diào)制模塊：TH7：FSK-NRZ經(jīng)過(guò)反相后信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。FSK-OUT：FSK調(diào)制信號(hào)輸出點(diǎn)。FSK解調(diào)模塊：TH7：FSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)整形1(U6 LM339)后的波形觀測(cè)點(diǎn)。TH8：FSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)單穩(wěn)（U10A 74LS123）的信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。TH9：FSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)單穩(wěn)（U10B 74LS123）的信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。TH10：FSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)兩路單穩(wěn)后相加信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。TH11：FSK信號(hào)經(jīng)低通濾波器后

37、的輸出信號(hào)FSK-DOUT：FSK解調(diào)信號(hào)經(jīng)電壓比較器后的信號(hào)輸出點(diǎn)（未經(jīng)同步判決）。OUT2：FSK解調(diào)信號(hào)輸出點(diǎn)。六、 實(shí)驗(yàn)步驟（一）FSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、 將信號(hào)源模塊和模塊3、4、7固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、 按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明信號(hào)源：PN（8K）模塊3：FSK-NRZS4撥為“1100”，PN是 8K偽隨機(jī)碼信號(hào)源：128K同步正弦波模塊3：載波A提供FSK調(diào)制A路載波，幅度為4V信號(hào)源：64K同步正弦波模塊3：載波B提供FSK調(diào)制B路載波，幅度為3V* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后打開電源3、 將模塊3上撥碼開關(guān)S1都撥上。以信

38、號(hào)輸入點(diǎn)“FSK-NRZ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“FSK-NRZ”和點(diǎn)“FSK-OUT”輸出的波形。4、 單獨(dú)將S1撥為“01”或“10”，在“FSK-OUT”處觀測(cè)單獨(dú)載波調(diào)制波形。5、 通過(guò)信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān)S4改變PN碼頻率后送出，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。6、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。（二）FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、 接著上面FSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)繼續(xù)連線：源端口目的端口連線說(shuō)明模塊3：FSK-OUT模塊4：FSKINFSK解調(diào)輸入模塊4：FSK-DOUT模塊7：DIN鎖相環(huán)法位同步提取信號(hào)輸入模塊7：BS模塊3：FSK-BS提取的位同步信號(hào)* 檢查連線是否正確，檢查無(wú)誤后再次打開電源2、 將模塊

39、7上的撥碼開關(guān)S2撥為“1000”，觀察模塊4上信號(hào)輸出點(diǎn)“FSK-DOUT”處的波形，并調(diào)節(jié)模塊4上的電位器W5（順時(shí)針擰到最大），直到在該點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的PN碼。3、 用示波器雙蹤分別觀察模塊3上的“FSK-NRZ”和模塊四上的“OUT2”處的波形，將“OUT2”處FSK解調(diào)信號(hào)與信號(hào)源產(chǎn)生的PN碼進(jìn)行比較。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。七、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。2、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出各測(cè)量點(diǎn)的波形圖，并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3、 寫出完成本次實(shí)驗(yàn)后的心得體會(huì)以及對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)建議。實(shí)驗(yàn)五 脈沖編碼調(diào)制解調(diào)實(shí)

40、驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)的原理。2、 掌握脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性的定義及測(cè)量方法。3、 了解脈沖編碼調(diào)制信號(hào)的頻譜特性。4、 了解大規(guī)模集成電路W的使用方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)的結(jié)果，分析調(diào)制信號(hào)與基帶信號(hào)之間的關(guān)系。2、 改變基帶信號(hào)的幅度，觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的信噪比的變化情況。3、 改變基帶信號(hào)的頻率，觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)信號(hào)幅度的變化情況。4、 改變位同步時(shí)鐘，觀測(cè)脈沖編碼調(diào)制波形。三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊2、 號(hào)模塊 一塊3、 20M雙蹤示波器 一臺(tái)4、 立體聲耳機(jī) 一副5、 連接線 若干四、 實(shí)驗(yàn)原

41、理（一）基本原理模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣后，其抽樣值還是隨信號(hào)幅度連續(xù)變化的，當(dāng)這些連續(xù)變化的抽樣值通過(guò)有噪聲的信道傳輸時(shí)，接收端就不能對(duì)所發(fā)送的抽樣準(zhǔn)確地估值。如果發(fā)送端用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示抽樣值，且電平間隔比干擾噪聲大，則接收端將有可能對(duì)所發(fā)送的抽樣準(zhǔn)確地估值，從而有可能消除隨機(jī)噪聲的影響。脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡(jiǎn)稱為脈碼調(diào)制，它是一種將模擬語(yǔ)音信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式。脈碼調(diào)制的過(guò)程如圖5-1所示。PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個(gè)過(guò)程。抽樣是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)；量化是把時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)；編碼是將量化后

42、的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的PCM碼組（電話語(yǔ)音）是用八位碼組代表一個(gè)抽樣值。編碼后的PCM碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端，用二進(jìn)制碼組重建模擬信號(hào)，在解調(diào)過(guò)程中，一般采用抽樣保持電路。預(yù)濾波是為了把原始語(yǔ)音信號(hào)的頻帶限制在300Hz3400Hz左右，所以預(yù)濾波會(huì)引入一定的頻帶失真。在整個(gè)PCM系統(tǒng)中，重建信號(hào)的失真主要來(lái)源于量化以及信道傳輸誤碼。通常，用信號(hào)與量化噪聲的功率比，即信噪比S/N來(lái)表示。國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（ITU-T）詳細(xì)規(guī)定了它的指標(biāo)，還規(guī)定比特率為64kbps，使用A律或律編碼律。下面將詳細(xì)介紹PCM編碼的整個(gè)過(guò)程，由于抽樣原理已在前面實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)討論過(guò)，

43、故在此只講述量化及編碼的原理。圖5-1 PCM 調(diào)制原理框圖1、 量化從數(shù)學(xué)上來(lái)看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無(wú)限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖5-2所示，量化器Q輸出L個(gè)量化值，k=1，2，3，L。常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號(hào)幅度落在與之間時(shí)，量化器輸出電平為。這個(gè)量化過(guò)程可以表達(dá)為：這里稱為分層電平或判決閾值。通常稱為量化間隔。模擬入量化器量化值圖5-2 模擬信號(hào)的量化模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化，我們先討論均勻量化。把輸入模擬信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平均取在各區(qū)間的中點(diǎn)，如圖5-3所示。其量化間隔

44、（量化臺(tái)階）取決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)。當(dāng)輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)確定后，量化間隔也被確定。例如，輸入信號(hào)的最小值和最大值分用a和b表示，量化電平數(shù)為M，那么，均勻量化的量化間隔為：量化器輸出為： 當(dāng)式中為第個(gè)量化區(qū)間的終點(diǎn)，可寫成 為第個(gè)量化區(qū)間的量化電平，可表示為 上述均勻量化的主要缺點(diǎn)是，無(wú)論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可見，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采

45、用非均勻量化。圖5-3 均勻量化過(guò)程示意圖非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也??；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過(guò)壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律

46、。美國(guó)采用壓縮律，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A壓縮律，因此，本實(shí)驗(yàn)?zāi)K采用的PCM編碼方式也是A壓縮律。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：A律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線，A值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=87.6）的壓擴(kuò)特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中所用到的PCM編碼芯片W正是采用這種壓擴(kuò)特性來(lái)進(jìn)行編碼的。圖5-4示出了這種壓擴(kuò)特性。圖5-4 13折線表5-1列出了13折線時(shí)的值與計(jì)算值的比較。表 5-10101按折線分段時(shí)的01段落12345678斜率1616

47、8421表中第二行的值是根據(jù)時(shí)計(jì)算得到的，第三行的值是13折線分段時(shí)的值?？梢姡?3折線各段落的分界點(diǎn)與曲線十分逼近，同時(shí)按2的冪次分割有利于數(shù)字化。2、 編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成二進(jìn)制碼，其相反的過(guò)程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的編碼芯片W采用的是逐次比較型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。

48、下面結(jié)合13折線的量化來(lái)加以說(shuō)明。在13折線法中，無(wú)論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來(lái)表示輸入信號(hào)的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來(lái)分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來(lái)分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成27128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表5-2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見表5-3?？梢?，上述編碼方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。表5

49、-2 段落碼 表5-3 段內(nèi)碼段落序號(hào)段落碼量化級(jí)段內(nèi)碼8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000（二）實(shí)驗(yàn)電路說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)采用大規(guī)模集成電路W對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行PCM編、解碼。W是應(yīng)用于語(yǔ)音、模擬轉(zhuǎn)數(shù)字、數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的單通道CODEC。此語(yǔ)音CODEC以全差動(dòng)輸出功能來(lái)將噪音最小化。芯片符合ITU-T G.712及ITU-T G.711工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以能提供最可能的清晰訊號(hào)。W可工作在256KHz、512kHz

50、、1536kHz、1544kHz、2048kHz、2560kHz和4096kHz。這里選擇編碼速率為2.048MHz，每一時(shí)隙數(shù)據(jù)為8位，幀同步信號(hào)為8KHz。模擬信號(hào)在編碼電路中，經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼，最后得到PCM編碼信號(hào)。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去的，在其他的時(shí)隙中編譯碼器是沒有輸出的，即對(duì)一個(gè)單路編譯碼器來(lái)說(shuō)，它在一個(gè)PCM幀（32個(gè)時(shí)隙）里，只在一個(gè)特定的時(shí)隙中發(fā)送編碼信號(hào)。同樣，譯碼電路也只是在一個(gè)特定的時(shí)隙（此時(shí)隙應(yīng)與發(fā)送時(shí)隙相同，否則接收不到PCM編碼信號(hào)）里才從外部接收PCM編碼信號(hào)，然后進(jìn)行譯碼，經(jīng)過(guò)帶通濾波器、放大器后輸出。下面對(duì)PCM編譯碼專用集成電路W芯片做一些簡(jiǎn)單的介紹。圖5-6為W的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖，圖5-7是W的管腳排列圖。圖5-6 W邏輯方框