實驗指導書(僅實驗內容步驟)刪減版

1、通 信 原 理 實 驗指導書（刪減版）前 言通信原理是電子信息類各專業(yè)的專業(yè)基礎課，是一門理論性和實踐性都很強的課程。這門課的理論教學方法是：由通信系統(tǒng)的原理方框圖得到數(shù)學模型，再對數(shù)學模型進行數(shù)學分析，從而得到關于通信的一些基本概念和重要結論。由于學生在學習這門課時一般只使用過收音機、電視機、電話機及手機等通信工具，而對通信原理特別是數(shù)字通信原理缺少實踐經驗和感性認識，所以往往對理論教學感到枯燥，難于理解理論分析得到的基本概念和重要結論。針對這種情況，目前各學校普遍開設了通信原理實驗課，并收到了良好的效果。為配合通信原理實驗教學，作者先后研制了HUST TX-1、TX-2、TX-3、TX-3

2、B、TX-5、TX-6及TX-6B型通信原理教學實驗系統(tǒng)，同時編寫了相應的實驗指導書。目前，已有許多學校采用該系列實驗系統(tǒng)為大學本科生和?？粕_設通信原理實驗課。為滿足使用者需要，作者對原實驗講義進行了修改和補充。本實驗指導書中詳細介紹了該系列通信原理教學實驗系統(tǒng)的工作原理，以及采用該實驗設備做實驗的實驗目的、實驗內容和實驗步驟等。書中還給出了通信系統(tǒng)中的許多實用電路。本書可以作為實驗教材，也可供有關人員設計電路時參考。本實驗指導書由王福昌、潘曉明共同編寫，由王福昌定稿。黃本雄老師參加了HUST TX實驗設備的初期研發(fā)工作。參加初期研發(fā)工作的還有95屆、96屆及97屆的本科生，他們是：管燁、凌

3、重華、王志堅、羅新宇、劉建宇、田廷玉、盧俊峰、蘇夢生、聶春燕、陳衛(wèi)東。2002屆碩士研究生諶璟和2003屆碩士研究生張璇參加了實驗設備的改型工作。這些老師和同學的工作為本實驗指導書的編寫提供了有力支持，作者對他們表示衷心感謝。本實驗指導書和HUST TX系列實驗設備可以與作者編著的“通信原理”（清華大學出版社）及“通信原理輔導與習題解答”（華中科技大學出版社）配合使用，也可與其他通信原理教材配合使用。HUST TX實驗設備還有待進一步改進，本書中也難免有不當之處，期望使用該系列實驗設備和本書的同學、老師及工程技術人員提出寶貴意見。 目 錄緒 論 1實驗1 數(shù)字基帶信號與AMI/HDB3編譯碼

4、1實驗2 數(shù)字調制 3實驗3 模擬鎖相環(huán)與載波同步 5實驗4 數(shù)字解調與眼圖 8實驗5 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步 10實驗6 幀同步 12實驗7 時分復用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 14實驗8 時分復用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng) 16實驗9 PCM編譯碼 18實驗10 時分復用通話與抽樣定理 21緒 論現(xiàn)代通信包括傳輸、復用、交換、網(wǎng)絡等技術。通信原理課程主要介紹傳輸及復用技術。本實驗系統(tǒng)涵蓋了數(shù)字信號傳輸?shù)闹饕獌热菁皶r分復用技術,其設計思路是如圖0.1所示的兩路時分復用PCM/2DPSK數(shù)字電話系統(tǒng)。FSTA BSSLAPCM-APCMSTB BSSLBPCM-BBSBKcoswct PCM編碼器 PCM

5、編碼器碼變換器2PSK調制器發(fā)送濾波器信道coswctBKAKPCM 接收濾波器載波同步器低通濾波器位同步器抽樣判決器碼反變換器CPCPFSF1F2F1CPCPSRASRB 幀同步器 PCM譯碼器 PCM譯碼器aabb信道編碼器信道譯碼器延遲器AK同步復接器圖0.1 兩路PCM/2DPSK數(shù)字電話系統(tǒng)圖中STA、STB分別為發(fā)端的兩路模擬話音信號，BS為時鐘信號，SLA、SLB為抽樣信號，F(xiàn)為幀同步碼，AK為絕對碼，BK為相對碼。在收端，CP為位同步信號，F(xiàn)S為幀同步信號，F(xiàn)1、F2為兩個路同步信號，SRA、SRB為兩個PCM譯碼器輸出的模擬話音信號。圖中發(fā)濾波器用來限制進入信道的信號帶寬，以

6、提高信道的頻帶利用率。收濾波器用來濾除帶外噪聲并與發(fā)濾波器、信道相配合使系統(tǒng)的頻率特性滿足無碼間串擾條件?？紤]到收端有關信號波形的可觀測性，在HUST TX系列實驗設備中省略了發(fā)濾波器、信道及收濾波器，而直接將2PSK調制器輸出信號連接到載波提取單元和相干解調單元。實驗者可以用軟件仿真方法觀察系統(tǒng)頻率特性與碼間串擾之間的關系。對實際的話音信號進行編碼而產生的PCM信號是隨機信號，不適于用示波器觀察信號傳輸過程中的變化。因此本實驗設備先用24比特為一幀的周期信號作為發(fā)端的PCM信號，該周期信號由兩路數(shù)據(jù)（每路8比特）和7比特幀同步碼以及1比特未定義位復接而成，用此周期信號對載波進行調制。在收端對

7、數(shù)字已調信號進行解調并對兩路數(shù)據(jù)進行分接，形成兩路并行碼和兩路串行碼。發(fā)端的24比特信號可根據(jù)實驗需要由實驗者任意設置。由兩路實際的話音信號(或兩路正弦信號)形成的PCM時分復用信號則直接送給PCM譯碼器，實驗者可以觀察到話音（或正弦信號）的PCM信號波形、量化噪聲、過載噪聲以及頻譜混疊對話音質量的影響，從而理解PCM編譯碼及同步復接原理。HDB3碼及AMI碼是基帶傳輸中的重要碼型，其編碼規(guī)律、位同步提取原理是理論教學的重點和難點，也是本實驗系統(tǒng)的重點內容之一。目前M應用不廣泛且無統(tǒng)一的國際標準，本實驗系統(tǒng)中沒有考慮。TX-6B型通信原理教學實驗系統(tǒng)由下面十二個模塊構成，圖0.2為其印刷電路板

8、布局圖。 1. 數(shù)字信源模塊 本模塊產生速率為170.5kbps的單極性非歸零碼（NRZ碼），數(shù)字信號幀長為24bit，其中包括兩路數(shù)字信息，每路8bit，另外8bit中的7bit為集中插入式幀同步碼，1bit無定義。本模塊還產生長度為31位的m序列信號。2. AMI/HDB3編譯碼模塊本模塊將數(shù)字信源模塊輸出的NRZ碼轉換為AMI碼或HDB3碼，從AMI碼或HDB3碼中提取位同步信號，并對AMI碼或HDB3碼進行譯碼。3. 數(shù)字調制模塊本模塊對頻率為2.2165MHz的正弦載波進行調制，產生2DPSK及2ASK信號，對頻率為2.216MHz及1.608MHz的正弦信號進行調制產生2FSK信號

9、，數(shù)字基帶信號為數(shù)字信源模塊輸出的NRZ信號。4. 載波同步模塊本模塊采用平方環(huán)從2DPSK信號中提取相干載波。5. 2DPSK解調模塊本模塊采用相干解調法解調2DPSK信號。6. 2FSK解調模塊本模塊采用過零檢測法解調2FSK信號。7. 位同步模塊本模塊用全數(shù)字鎖相環(huán)從信源的NRZ信號中或從2DPSK解調模塊（或2FSK解調模塊）的比較器輸出信號中提取位同步信號。8. 幀同步模塊本模塊從信源的NRZ信號或從2DPSK解調模塊（或2FSK解調模塊）解調輸出的NRZ信號中提取幀同步信號。9. 數(shù)字終端模塊本模塊輸入NRZ信號、位同步信號、幀同步信號，在位同步及幀同步信號控制下，將兩路數(shù)字信息從

10、時分復用NRZ信號分接出來，并用發(fā)光二極管顯示。10. PCM編譯碼模塊本模塊采用TP3057芯片對兩路模擬音頻信號進行A律PCM編碼和譯碼，抽樣頻率可以在8KHz、4KHz及2KHz中任選其一。本模塊時分復用PCM信號速率為2.048Mbps。當抽樣頻率為8KHz時，一幀中包含32個時隙，但只傳輸兩路數(shù)字音頻信號，其中一路信號放在第2個時隙，另一路可放在第1、2、5、7任何一個時隙內，第0個時隙中有7位幀同步碼，其余29個時隙為全0碼。11. 兩人通話模塊本模塊包含音頻放大器和衰減電路，與PCM編譯碼模塊連接后可以進行兩人時分復用通話實驗。12設計實驗模塊本模塊以ATMEL的CPLD芯片AT

11、F1508AS為核心，配合一些外圍電路，由實驗者通過硬件描述語言自行設計完成某些通信模塊的功能。用上述第1、3、4、5、7、8、9等7個模塊可構成一個理想信道2DPSK通信系統(tǒng)，用第1、3、6、7、8、9等6個模塊可構成理想信道2FSK通信系統(tǒng)，用第1、7、8、9等4個模塊可構成一個理想信道數(shù)字基帶通信系統(tǒng)。利用TX-6B型實驗設備，可以做數(shù)字基帶信號及AMI/HDB3編譯碼、數(shù)字調制、模擬鎖相環(huán)與載波同步、數(shù)字解調與眼圖、數(shù)字鎖相環(huán)與位同步、幀同步、PCM編譯碼等驗證性實驗以及時分復用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)、時分復用2DPSK/ 2FSK通信系統(tǒng)、時分復用通話與抽樣定理等通信系統(tǒng)實驗，還可以完成數(shù)

12、字基帶信號碼型變換、位同步提取、幀同步提取、信道編譯碼等設計性實驗。通過這些實驗，同學們可以獲得數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸技術及時分復用技術的感性認識、鞏固課堂上所學的理論知識。在學習通信原理這門課之前，同學們已基本具備了模擬電路及數(shù)字電路的分析、設計及調試能力，通信實驗的主要目的是幫助大家理解通信系統(tǒng)的整體概念及基本理論。因此在本書中，沒有詳細地分析各種電路的工作原理，只說明了它們的作用。TX-6B型實驗設備所需的三輸出直流穩(wěn)壓電源（+5V、3A，+12V、0.5A，-12V、0.5A）已內置，實驗時只需外接220V交流電。實驗設備電源插座在箱體后側，開關在箱體的左側。電源開關中帶指示燈。實驗必備儀

13、器為雙蹤模擬示波器（至少為20MHZ），設計性實驗需要計算機配合。在某些實驗步驟中，需用頻率計、低失真度低頻信號源、失真儀、頻譜儀等,但無這些儀器時絕大部分實驗內容仍可完成。34實驗1 數(shù)字基帶信號與AMI/HDB3編譯碼1.1 實驗目的 1、掌握單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼等基帶信號波形特點。 2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號中提取位同步信號的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼同步時分復用信號的幀結構特點。1.3 實驗內容及實驗步驟1、 熟悉數(shù)字信源模塊和AMI/HDB3編譯碼模塊的工作原理，接好電源線，打開實驗設備電源開關。2、 用示波器觀察數(shù)字信源模

14、塊上的各種信號波形。 將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)，用信源模塊的FS信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。示波器探頭的地線接在信源模塊的GND點，進行下列觀察： （1）示波器的兩個通道探頭分別接信源模塊的測試點NRZ-OUT和BS-OUT，對照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源模塊是否已正常工作（“1”碼對應的發(fā)光管亮，“0”碼對應的發(fā)光管滅）； （2）用開關K1產生代碼1110010（為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產生任意信息代碼，觀察NRZ碼特點（只有正脈沖且“1”碼的脈沖寬度等于位時鐘周期）以及集中插入幀同步碼同步時分復用信號幀結構特點（幀同步碼被集中插入到每一幀的固定位

15、置，各路數(shù)據(jù)占有各自固定的時隙）。3、 用示波器觀察AMI/HDB3編譯碼模塊的各種波形。（1） 示波器的兩個探頭CH1和CH2分別接信源模塊的測試點NRZ-OUT和AMI/HDB3模塊的測試點AMI-HDB3，將信源模塊的K1、K2、K3每一位都置1，觀察全1碼對應的AMI碼（開關K4置于左方AMI端）波形和HDB3碼（開關K4置于右方HDB3端）波形。再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應的AMI碼和HDB3碼波形。觀察時應注意：AMI碼和HDB3碼波形的占空比為0.5；編碼輸出信號AMI-HDB3比輸入信號NRZ-OUT滯后了約4個碼元。（2）將K1、K2、K3置于0111 001

16、0 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對應的AMI碼和HDB3碼。（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，CH1接信源模塊的NRZ-OUT。K4先置左方AMI端，CH2依次接AMI/HDB3模塊的DET、BPF、BS-R和NRZ，觀察這些信號波形；再將K4置右方HDB3端，再次觀察DET、BPF、BS-R和NRZ等信號波形。觀察時應注意： AMI/HDB3模塊的NRZ信號（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號（編碼輸入）約8個碼元。 DET是占空比等于0.5的單極性歸零信號。 BPF信號是一個幅度和周期都不恒定的準正弦信號，BS-R是一個周期基本恒定（等于一個碼元周期）

17、的TTL電平信號。 信源代碼連“0”個數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實現(xiàn)），而HDB3碼則不存在這種問題。本實驗中若24位信源代碼中連“0”很多時，則難以從AMI碼中得到一個符合要求的穩(wěn)定的位同步信號，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實驗設備所能觀察到的現(xiàn)象可能不同。一般可將信源代碼置成只有1個“1”碼的狀態(tài)來觀察上述現(xiàn)象）。1.4 實驗思考題 1集中插入幀同步碼同步時分復用信號的幀結構有何特點？ 2. 根據(jù)實驗觀察和紀錄回答：（1）非歸零碼和歸零碼的特點是什么？（2）與信源代碼中的“1”碼相對應的AMI碼及HDB3碼是否一定相

18、同？為什么？ 3. 設信源代碼為全“1”碼或全“0”碼或0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出對應的AMI碼及HDB3碼的代碼和波形。 4. 總結用濾波法從HDB3碼中提取位同步信號的原理。5. 占空比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式為式中fs=1/Ts，P為“1”碼的概率，G( f )=0.5TsSa(0.5pf/fs) 。試用此公式說明：為什么信息代碼中的連“0”碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號，而HDB3碼則不存在此問題。實驗2 數(shù)字調制2.1 實驗目的 1、掌握絕對碼(AK)、相對碼(BK)的概念以及它們之間的關系。 2、掌握用鍵控法產生2ASK

19、、2FSK、2DPSK信號的方法。 3、掌握BK與2PSK信號波形之間的關系、AK與2DPSK信號波形之間的關系。4、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關系。2.3 實驗內容及實驗步驟 1、熟悉數(shù)字調制模塊的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開關。將數(shù)字調制模塊單刀雙擲開關K7置于左方N端，使信源輸出周期性NRZ信號（而非m序列信號）作為調制器的基帶信號。2、將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)，用數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。示波器CH1接信源模塊的NRZ-OUT(AK)，CH2接數(shù)字調制模塊的BK，信源模塊的K1、K2、K3置于任意狀態(tài)（非全0

20、），觀察AK、BK波形，總結絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結2DPSK信號相位變化與絕對碼的關系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關系（此關系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關系）。觀察時應注意： 若用20MHz模擬示波器觀察，可將時基擴展MAG開關置于X10檔，以便更清晰地觀察到多個碼元周期內2PSK信號或2DPSK信號波形。 若用模擬示波器觀察，帶衰減探頭的靈敏度應置于X10檔，以減小探頭輸入電容對信號波形的影響。 接已調信號的示波器探頭(CH1)的地線應接在數(shù)字調制模塊的GND點，以免已調信號相位

21、不連續(xù)處出現(xiàn)較大的毛刺。 幾種已調信號幅度遠小于基帶信號的幅度，觀察時要適當調節(jié)示波器CH1通道的幅度旋鈕，增加此通道的靈敏度。4、示波器CH2接AK、CH1依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關系（“1”碼與“0”碼對應的2FSK信號的幅度可能略有不同）。 5、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜（條件不具備時可不進行此項觀察）。2.4 實驗思考題 1、設絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。 2、設相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。 3、設信息代碼為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PS

22、K信號波形。 4、總結絕對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律，設計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。5、總結2DPSK信號的相位變化與信息代碼(即絕對碼)之間的關系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼之間的關系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關系）。實驗3 模擬鎖相環(huán)與載波同步3.1 實驗目的 1. 掌握模擬鎖相環(huán)的工作原理，以及環(huán)路的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、同步帶、捕捉帶等基本概念。 2. 掌握用平方環(huán)法從2DPSK信號中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的設計方法。3. 了解2DPSK相干載波相位模糊現(xiàn)象產生的原因。3.3 實驗內容及實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源模塊、數(shù)字

23、調制模塊和載波同步模塊。 1.熟悉載波同步模塊的工作原理。接好電源線，打開實驗箱電源開關。 2.檢查數(shù)字信源模塊和數(shù)字調制模塊是否工作正常（用示波器觀察信源模塊的NRZ-OUT(AK)信號和調制模塊的2DPSK信號之間邏輯關系正確與否）。 3. 用示波器觀察載波同步模塊鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)，測量環(huán)路的同步帶、捕捉帶。 環(huán)路鎖定時Ud為直流、環(huán)路輸入信號頻率等于反饋信號頻率（即VCO信號頻率）。環(huán)路失鎖時Ud為差拍電壓，環(huán)路輸入信號頻率與反饋信號頻率不相等。本環(huán)路輸入信號頻率等于2DPSK載頻的兩倍，即等于調制模塊CAR信號頻率的兩倍。環(huán)路鎖定時VCO信號頻率等于相干載波信號CAR-OUT

24、頻率的兩倍。所以環(huán)路鎖定時調制模塊的CAR和載波同步模塊的CAR-OUT頻率完全相等。根據(jù)上述特點可判斷環(huán)路的工作狀態(tài)，具體實驗步驟如下：（1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)打開電源后用示波器觀察Ud，若Ud為直流，則調節(jié)載波同步模塊上的電位器CR34改變VCO的振蕩回路電容，Ud隨振蕩回路電容減小而減小，隨振蕩回路電容增大而增大（為什么？請思考），這說明環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。用示波器同時觀察調制模塊的CAR信號和載波同步模塊的CAR-OUT信號，可以看到兩個信號頻率相等。若有頻率計則可分別測量CAR和CAR-OUT的頻率。在鎖定狀態(tài)下，向任一方向調節(jié)CR34，可使Ud由直流變?yōu)榻涣?，CAR和CAR-OU

25、T頻率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接通電源后Ud也可能是差拍信號，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。失鎖時Ud的最大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下Ud的變化范圍（對應于環(huán)路的同步范圍）。環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時，調節(jié)CR34使Ud的差拍頻率降低，當頻率降低到某一程度時Ud會突然變成直流，環(huán)路由失鎖狀態(tài)變?yōu)殒i定狀態(tài)。（2）測量同步帶與捕捉帶使環(huán)路處于鎖定狀態(tài)后，慢慢調整CR34，使Ud電平增大，直到Ud變?yōu)榻涣餍盘枺ㄉ蠈捪抡闹芷谛盘枺?，環(huán)路失鎖。記鎖定狀態(tài)下的Ud電平最大值為Ud1（此值不大于12v);反向改變CR34，Ud的頻率逐漸變低，不對稱程度越來越小，直至變?yōu)橹绷餍盘?，環(huán)路鎖定。記環(huán)路剛由失鎖狀態(tài)進入

26、鎖定狀態(tài)時的Ud為Ud2;繼續(xù)改變CR34，Ud減小，直至Ud變?yōu)榻涣餍盘枺ㄏ聦捝险闹芷谛盘枺?，環(huán)路再次失鎖。記鎖定狀態(tài)下的Ud最小值為Ud3（此值不小于OV）;再反向改變CR34，直至Ud變?yōu)橹绷餍盘?，環(huán)路再次鎖定。記環(huán)路再次剛由失鎖定狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時的Ud為Ud4。令DV1=Ud1- Ud3，DV2=Ud2- Ud4，它們分別為同步范圍內及捕捉范圍內環(huán)路控制電壓的變化范圍，可以發(fā)現(xiàn)DV1DV2。設VCO的靈敏度為K0(Hz/V)，則環(huán)路同步帶DfH及捕捉帶DfP分別為：DfH =DV1K0/2 ，DfP =DV2K0/2 。應說明的是，由于VCO是晶體壓控振蕩器，它的頻率變化范圍比較小

27、，調節(jié)CR34時環(huán)路可能只能從一個方向由鎖定狀態(tài)變化到失鎖狀態(tài)，此時可用DfH =K0(Ud1-6）或DfH =K0(6-Ud3）、DfP =K0(Ud2-6）或DfP =K0(6-Ud4）來計算同步帶和捕捉帶，式中6為Ud變化范圍的中值（單位為V）。作上述觀察時應注意： Ud信號的差拍頻率低但幅度大，而CAR信號和CAR-OUT信號的頻率高但幅度小，用示波器觀察這些信號時應注意幅度旋鈕和頻率旋鈕的調整。 VCO輸出信號的振幅隨振蕩頻率的增大而減小，因此當在兩個方向上改變CR34使環(huán)路失鎖時，鑒相器輸出電壓Ud的幅度有大有小。 環(huán)路鎖定時，Ud不一定是一個純凈的直流信號，在直流電平上可能疊加有

28、一個很小的交流信號。這種現(xiàn)象是由于環(huán)路輸入信號不是一個純凈的正弦信號所造成的。 4. 觀察環(huán)路的捕捉過程 先使環(huán)路處于失鎖定狀態(tài)，細心慢慢調節(jié)CR34，使環(huán)路剛剛進入鎖定狀態(tài)后，斷開電源，然后再接通電源，用示波器觀察Ud，可以發(fā)現(xiàn)Ud由差拍信號變?yōu)橹绷鞯淖兓矐B(tài)過程。Ud的這種變化表示了環(huán)路的捕捉過程：當|Dwo|Dwp時，接通電源后環(huán)路使VCO的頻率由固有頻率逐步向輸入信號頻率靠近，最后等于輸入信號頻率。 5. 觀察相干載波相位模糊現(xiàn)象使環(huán)路鎖定，用示波器同時觀察調制模塊的CAR和載波同步模塊的CAR-OUT信號，反復斷開、接通電源可以發(fā)現(xiàn)這兩個信號有時同相、有時反相。3.4 實驗思考題1.

29、 總結鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點。2. 設K0=18 Hz/V ，根據(jù)實驗結果計算環(huán)路同步帶DfH及捕捉帶DfP 。3. 由公式及計算環(huán)路參數(shù)n和，式中 Kd=6 V/rad，Ko=218 rad/(s.V)，R25=2104 W，R68=2103 W，C11=2.210-6 F 。（fn應遠小于碼速率，應大于0.5)。4. 總結用平方環(huán)提取相干載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產生的原因。實驗4 數(shù)字解調與眼圖4.1 實驗目的 1. 掌握2DPSK相干解調原理。2. 掌握2FSK過零檢測解調原理。4.3 實驗內容及實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源模塊、數(shù)字調制模塊、載波同步模塊、2DPSK解調模塊及2F

30、SK解調模塊，它們之間的信號連接方式如圖4.5所示,其中實線是指已在印刷電路板上布好的，虛線是在實驗過程中由實驗者自己連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調器需要的位同步信號來自位同步提取模塊。本實驗中位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調實驗時，位同步信號送給2DPSK解調模塊，做2FSK解調實驗時則送到2FSK解調模塊。圖4-5 數(shù)字解調實驗連接圖 1. 復習前面實驗的內容并熟悉2DPSK解調模塊及2FSK解調模塊的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調制模塊單刀雙擲開關K7置于左方NRZ端。 2. 檢查數(shù)字信源、數(shù)字調制及載波同步模塊是否工作正常，載波同步模塊的鎖相環(huán)應處于鎖定狀態(tài)。 3. 2

31、DPSK解調實驗 （1）將數(shù)字信源模塊的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調模塊的BS-IN處。將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)，以信源模塊的FS信號作為示波器外同步觸發(fā)信號。將示波器的CH1接數(shù)字調制模塊的BK，CH2（建議使用示波器探頭的x10衰減檔）接2DPSK解調模塊的MU。MU與BK同相或反相，其波形應接近圖4.3所示的理論波形。 （2）示波器的CH2接2DPSK解調模塊的LPF，可看到LPF與MU同相。當一幀內BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱。（3）示波器的CH1接VC，調節(jié)電位器R39，使VC為LPF的中值電平（當BK中“1”

32、與“0”等概時LPF的中值為0電平）。（4）觀察數(shù)字調制模塊的BK與2DPSK解調模塊的MU、LPF、BK之間的關系，再觀察數(shù)字信源模塊中AK信號與2DPSK解調模塊的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關系。（5）斷開、接通電源若干次，改變數(shù)字調制模塊的CAR信號與載波同步模塊的CAR-OUT信號的相位關系，重新進行步驟（4）中的觀察。（6）將數(shù)字調制模塊單刀雙擲開關K7置于右方M序列端，此時數(shù)字調制器輸入的基帶信號是m序列。用示波器觀察2DPSK解調模塊中的LPF信號，即可看到無噪聲時的眼圖。 4. 2FSK解調實驗將數(shù)字調制模塊單刀雙擲開關K7還原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源模塊的

33、BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調模塊的BS-IN處，示波器探頭CH1接數(shù)字信源模塊中的AK，CH2分別接2FSK解調模塊中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測解調器的解調過程（注意：低通濾波器及整形電路2都有倒相作用）。LPF的波形應接近圖4.4所示的理論波形。4.4 實驗思考題 1. 設絕對碼為1001101，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出當相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，CAR-OUT與CAR同相或反相時，2DPSK相干解調器中MU、LPF、BS、BK、AK等信號的波形示意圖，總結2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機理。2. 設信息代碼為1001101，2FSK的兩個

34、載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出2FSK過零檢測解調器輸入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK等信號的波形（設低通濾波器及整形電路2都無倒相作用）。實驗5 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步5.1 實驗目的 1. 掌握數(shù)字鎖相環(huán)工作原理。 2. 掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號的原理及對其輸入的信息代碼的要求。3. 掌握位同步器的同步建立時間、同步保持時間、位同步信號相位抖動等基本概念。5.3 實驗內容及實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源模塊和位同步模塊。 1、熟悉位同步模塊工作原理。將數(shù)字信源模塊的NRZ-OUT信號用信號連線連接到位同步模塊的S-IN點，接通實驗箱電源。調整信源模塊的K1

35、、K2、K3開關，使NRZ-OUT的連“0”和連“1”個數(shù)較少。 2、觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)，用數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。將示波器的兩個探頭分別接信源模塊的NRZ-OUT和位同步模塊的BS-OUT，調節(jié)位同步模塊上的電位器CR2，觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。鎖定時BS-OUT信號上升沿位于NRZ-OUT信號的碼元中間且在很小范圍內抖動；失鎖時，BS-OUT的相位抖動很大，可能超出一個碼元寬度范圍，變得模糊混亂。 3、觀察位同步信號抖動范圍與位同步器輸入信號連“1”或連“0”個數(shù)的關系。調節(jié)電位器CR2使環(huán)路鎖定且BS-OUT信號相

36、位抖動范圍最小，調整K1、K2、K3，使每幀NRZ-OUT信號只有1個“1”碼或只有1個“0”碼，觀察BS-OUT信號的相位抖動變化情況。 4、觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號相位抖動大小及同步保持時間與收發(fā)兩端的時鐘頻差的關系。調整K1、K2、K3，使每幀NRZ-OUT信號中連“1”碼或連“0”碼個數(shù)較少，并調節(jié)電位器CR2使BS-OUT信號的相位抖動最?。ù藭r收發(fā)兩端的時鐘頻差最小），手動按下復位鍵使鎖相環(huán)路不工作，觀察NRZ-OUT與BS-OUT信號的之間的相位關系變化情況，再放開復位鍵使環(huán)路工作，觀察快速捕捉現(xiàn)象（位同步信號BS-OUT的相位一步調整到位）。再微調電位器CR2，當

37、BS-OUT相位抖動明顯增大時再手動按下復位鍵（此時收發(fā)兩端的時鐘頻差比較大），使環(huán)路不工作，觀察NRZ-OUT信號與BS-OUT信號的相位關系變化情況并與固有頻差最小時進行定性比較。5.4 實驗思考題 1、數(shù)字環(huán)位同步器輸入NRZ碼的連“1”或連“0”個數(shù)增加時，提取的位同步信號相位抖動增大，試定性解釋此現(xiàn)象。 2、若數(shù)字鎖相環(huán)位同步器輸入信號為RZ碼，試分析連“1”碼和連“0”碼的長度與位同步信號相位抖動范圍的關系。 3、數(shù)字環(huán)位同步器的同步抖動范圍隨發(fā)端和收端的時鐘穩(wěn)定度降低而增大，試定性解釋此現(xiàn)象。4、若將AMI碼或HDB3碼整流后作為數(shù)字環(huán)位同步器的輸入信號，能否提取出位同步信號？為

38、什么？對這兩種碼的信息代碼中連“1”個數(shù)有無限制？對AMI碼的信息代碼中連“0”個數(shù)有無限制？對HDB3碼的信息代碼中連“0”個數(shù)有無限制？為什么？5、試定性解釋本實驗使用的數(shù)字鎖相環(huán)快速捕捉機理，并與超前滯后型數(shù)字環(huán)進行比較。實驗6 幀同步6.1 實驗目的 1. 掌握集中插入式幀同步碼識別器工作原理。 2. 掌握同步保護原理。3. 掌握假同步、漏同步、捕捉態(tài)（失步態(tài)）、維持態(tài)（同步態(tài)）等概念。6.3 實驗內容及實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源模塊及幀同步模塊。 1、熟悉幀同步模塊的工作原理，將信源模塊的NRZ-OUT、BS-OUT用信號連線分別與幀同步模塊的S-IN、BS-IN相連，接通實驗箱電

39、源。 2、觀察同步器的維持態(tài)（同步態(tài)）將數(shù)字信源模塊的K1（左邊的8位微動開關）置于111 0010狀態(tài) (1110010為幀同步碼，是無定義位，可任意置“1”或置“0”)。為了避免信息碼中出現(xiàn)和幀同步碼相近的碼元序列，將K2置為1000 0000狀態(tài)、K3置為全0狀態(tài)。將示波器置于外同步觸發(fā)狀態(tài)，用數(shù)字信源模塊的FS信號作為示波器的外同步觸發(fā)信號。示波器CH1接信源模塊的NRZ-OUT，CH2分別接幀同步模塊的GAL、24、TH及FS，觀察并紀錄上述信號波形以及與NRZ-OUT的相位關系（注意：此時TH應為0電平，幀同步模塊的P3指示燈熄，P1、P2亮，表示識別門限為6）。使信源的幀同步碼（

40、注意是K1的第2位到第8位）中錯一位，重新觀察上述信號，此時GAL、24、TH、FS應不變。使信源幀同步碼再錯一位重作上述觀察（此時同步器應轉入捕捉態(tài)，僅24波形不變，請根據(jù)原理框圖分析思考此過程）。 3、觀察同步器的捕捉態(tài)（失步態(tài)）在實驗步驟2中電路已經由同步態(tài)變?yōu)椴蹲綉B(tài)，示波器CH1接信源模塊的NRZ-OUT。用CH2觀察24信號，將電源斷開，然后再接通電源，可看到24波形的下降沿已不再對準NRZ-OUT的第一個數(shù)據(jù)位，再用CH2觀察其他信號，可以發(fā)現(xiàn)TH為高電平，F(xiàn)S無輸出。將信源K1從上述實驗的錯兩位狀態(tài)還原為僅錯一位狀態(tài)，觀察24信號相位是否變化。再將信源K1還原為七位全正確的幀同步

41、碼(1110010) ，觀察24信號的相位如何變化，并分析此信號相位變化的原因，從而理解同步器從失步態(tài)轉為同步態(tài)的過程。 4、觀察識別器假識別現(xiàn)象及同步保護器的保護作用。在實驗步驟3中同步器轉為同步態(tài)后，手動信源模塊的K2和K3，使信息碼中出現(xiàn)1110010碼元序列（與1110010序列有一位不同也可以），示波器CH1接NRZ-OUT，CH2分別接GAL和FS，觀察識別器假識別現(xiàn)象，理解同步保護電路的保護作用。6.4 實驗思考題 1. 根據(jù)實驗結果，畫出同步器處于同步態(tài)及失步態(tài)時同步器各測試點波形。2. 本實驗中同步器由同步態(tài)轉為捕捉態(tài)時24信號相位為什么不變？3. 同步保護電路是如何使假識別

42、信號不形成假同步信號的？4. 根據(jù)實驗結果，總結本實驗的幀同步器由捕捉態(tài)轉為同步態(tài)的過程。5. 試設計一個后方保護電路，使識別器連續(xù)兩幀識別到幀同步碼后，同步器由失步態(tài)轉為同步態(tài)。實驗7 時分復用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)7.1 實驗目的 1.掌握時分復用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的基本原理。 2.掌握位同步信號抖動、幀同步信號錯位對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊憽?.掌握位同步信號、幀同步信號在數(shù)字分接中的作用及同步時分復用信號的分接原理。7.3 實驗內容及實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源、位同步、幀同步及數(shù)字終端等四個模塊。它們的信號連接關系如圖7.5所示，其中實線表示印刷板上已經布好的連線，虛線表示實驗中要由實驗者連接的信

43、號線。 1.復習位同步、幀同步的實驗內容并熟悉數(shù)字終端模塊工作原理，按照圖7.5將這四個模塊連在一起，接通實驗箱電源。示波器處于外同步觸發(fā)狀態(tài)，將信源模塊的FS信號作為示波器外同步觸發(fā)信號。 圖7.5 數(shù)字基帶系統(tǒng)連接圖 2.用示波器CH1觀察數(shù)字信源模塊NRZ-OUT信號，判斷信源模塊是否工作正常。3.用示波器CH2觀察位同步模塊BS-OUT信號，調節(jié)位同步模塊的電位器CR2，使位同步信號BS-OUT的上升沿對準信源NRZ信號的碼元中間并且相位抖動最小。 4.將數(shù)字信源模塊的K1置于1110010，用示波器CH2觀察幀同步模塊FS信號與信源NRZ信號的相位關系，判斷幀同步模塊是否工作正常。注

44、意：FS信號的上升沿超前于NRZ-OUT信號中第1路數(shù)據(jù)的起始時間約半個碼元，基本上與BS-OUT信號的上升沿對齊。 5.當位同步模塊、幀同步模塊已正確地提取出位同步信號和幀同步信號時，通過信源模塊及終端模塊的發(fā)光二極管觀察兩路8bit數(shù)據(jù)是否已正確地傳輸?shù)绞战K端。 6.用示波器觀察分接出來的兩路8bit周期信號D1和D2，從而判斷終端模塊是否已將兩路時分復用信號正確地分接出來。 7.觀察位同步抖動對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽Ｓ檬静ㄆ饔^察數(shù)字終端模塊的D1或D2信號，然后緩慢調節(jié)位同步模塊上的電位器CR2，增大位同步抖動范圍，觀察D1或D2信號波形變化情況和發(fā)光二極管的狀況（CR2在某一范圍變化時，D1

45、或D2無誤碼，CR2變化太大時出現(xiàn)誤碼）。8觀察幀同步對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。還原位同步模塊到正確的狀態(tài)。通過設置信源模塊的K1、K2和K3，使幀同步碼1110 010處于一幀信號中任意位置，觀察數(shù)字終端分接出來的兩路信號并確定它們與數(shù)字信源模塊的輸出信號對應關系，從而理解幀同步信號的作用。7.4 實驗思考題 1.本實驗系統(tǒng)中，為什么位同步信號在一定范圍內抖動時并不發(fā)生誤碼？位同步信號的這個抖動范圍大概為多少？2.幀同步信號在對時分復用數(shù)據(jù)進行分接時起何作用，用實驗結果加以說明。3.分析數(shù)字終端模塊中分接與串并變換器及并串變換器的工作原理。實驗8 時分復用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng)8.1 實驗目的

46、 1.掌握時分復用2DPSK通信系統(tǒng)的基本原理。2.掌握時分復用2FSK通信系統(tǒng)的基本原理。8.2 實驗原理圖8.1給出了傳輸兩路數(shù)字信號的時分復用2DPSK通信系統(tǒng)原理框圖，將圖中的2DPSK調制器和2DPSK解調器分別換為2FSK調制器和2FSK解調器，并去掉載波同步信號，即為時分復用2FSK通信系統(tǒng)。圖中m(t)為時分復用數(shù)字基帶信號，為NRZ碼，發(fā)濾波器及收濾波器的作用與基帶系統(tǒng)類似。為便于用示波器觀察數(shù)字信號的傳輸過程，本實驗假設信道是理想的且收、發(fā)端都無濾波器。圖8.1 2DPSK時分復用通信系統(tǒng)8.3 實驗內容及實驗步驟 1.擬定2DPSK系統(tǒng)及2FSK系統(tǒng)各模塊之間的信號連接方

47、案2DPSK系統(tǒng)中包括數(shù)字信源、數(shù)字調制、載波同步、2DPSK解調、位同步、幀同步及數(shù)字終端等七個模塊。在2FSK系統(tǒng)中，無載波同步模塊，將2DPSK解調模塊改為2FSK解調模塊，其它模塊與2DPSK系統(tǒng)相同。進行本實驗時，需要實驗者將5根信號線正確地連接到有關模塊：位同步模塊的輸入信號S-IN來自于2DPSK解調模塊或2FSK解調模塊的CM信號；幀同步模塊和終端模塊的輸入信號S-IN來自于2DPSK解調模塊或2FSK解調模塊的AK-OUT信號；2DPSK解調模塊或2FSK解調模塊以及幀同步模塊所需的位同步信號BS-IN來自于位同步模塊的BS-OUT信號。其他信號已在印刷板上連好，不需要實驗者

48、再連線。2.進行2DPSK通信系統(tǒng)實驗按擬定的方案連好信號連線，接通實驗箱電源，數(shù)字調制模塊單刀雙擲開關K7置于左方NRZ端。若信源的兩路數(shù)據(jù)可以正確地傳輸?shù)浇K端，則用示波器觀察信號的傳輸過程，從而掌握時分復用2DPSK通信系統(tǒng)的基本原理。若信源的兩路數(shù)據(jù)不能正確地傳輸?shù)浇K端，請分析原因并排除故障。3.進行2FSK通信系統(tǒng)實驗使信源的兩路數(shù)據(jù)正確地傳輸?shù)浇K端。8.4 實驗思考題 1.畫出2DPSK系統(tǒng)七個模塊全部信號連接圖，用虛線標出手工接線。2.位同步信號的上升沿為什么要處于2DPSK解調器或2FSK解調器的低通濾波器輸出信號的碼元中心？3.能否將2DPSK解調器或2FSK解調器的LPF信號

49、作為位同步器的輸入信號？為什么？4.能否將2DPSK解調器的BK信號作為幀同步器的輸入信號？為什么？4.做此實驗時遇到過哪些問題，是如何解決的？5.2DPSK系統(tǒng)中，若不能正確傳輸兩路數(shù)據(jù)，排除故障的最優(yōu)步驟是什么？實驗9 PCM編譯碼9.1 實驗目的 1. 掌握PCM編譯碼原理。 2. 掌握同步時分復用PCM基帶信號的復接和分接原理。3. 了解語音信號PCM編譯碼系統(tǒng)的動態(tài)范圍和頻率特性的定義及測量方法。9.3 實驗內容及實驗步驟本實驗使用PCM編譯碼模塊。 1. 熟悉PCM編譯碼模塊的工作原理，用開關K9接通8KHz抽樣信號(即K9置為1000狀態(tài))，開關K8置為SL1(或SL5、SL7)

50、，開關K5、K6分別置于STA-S、STB-S端，接通實驗箱電源。 2. 將示波器置于內同步觸發(fā)狀態(tài)且設定CH1通道信號為內同步觸發(fā)信號。用CH1通道分別觀察STA、STB，調節(jié)電位器R20(對應STB)，使正弦信號STB波形頂部不失真(峰峰值小于5V)。 3. 用示波器觀察PCM譯碼器輸出信號的量化噪聲 示波器的CH1接STA(或STB)，CH2接SRA(或SRB)，觀察編碼器輸入信號和譯碼器輸出信號波形的區(qū)別（注意觀察譯碼輸出信號的量化噪聲，包括小信號量化噪聲和大信號量化噪聲）。 4. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。 示波器CH1接SL0（調整示波器掃描周期以至少顯示兩個SL0脈沖，從而

51、可以觀察完整的一幀信號），CH2依次接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，觀察編碼后的數(shù)據(jù)所處時隙位置與時隙同步信號的關系以及PCM信號的幀結構（注意：本實驗的幀結構中有29個時隙是空時隙，SL0、SLA及SLB的脈沖寬度等于一個時隙寬度）。 開關K8分別接通SLB1、2、5、7，觀察PCM幀結構的變化情況。 5. 用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動態(tài)范圍。 如果沒有配置低失真低頻信號發(fā)生器，可以用本模塊上的正弦信號源STB-S來粗略觀察PCM編譯碼系統(tǒng)的過載噪聲(將STB-S信號幅度調至5VP-P以上即過載)。 如果配置了低失真低頻信號發(fā)生器，則開關K5置于STA-IN端，將低

52、失真低頻信號發(fā)生器輸出的1KHz正弦信號從STA-IN輸入。示波器的CH1接STA，CH2接SRA。將輸入信號幅度分別調至大于5VP-P、等于5VP-P，觀察過載和滿載時的譯碼輸出波形。再將信號幅度分別衰減10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，觀察譯碼輸出波形(當衰減45dB以上時，譯碼輸出信號波形上疊加有較明顯的噪聲)。 6. 定量測試PCM編譯碼器的動態(tài)范圍和頻率特性。圖9-7為動態(tài)范圍測試方框圖。開關K5置于STA-IN端，低失真低頻信號發(fā)生器輸出1KHz正弦信號，將幅度調為5Vp-p（設為0dB），用失真儀測試譯碼器輸出信號的信噪比S/N，再將信號幅度分別降低10

53、dB、20dB、30dB、45dB、50dB，用失真儀測試各種信號幅度下的S/N，將測試數(shù)據(jù)填入表9.1。圖9.7 動態(tài)范圍測量框圖表9.1信號幅度(dB)0-10-20-30-40-45-50S/N(dB)頻率特性測試框圖如圖9.8所示。將輸入信號電壓調至2Vp-p左右，改變信號頻率，測量譯碼輸出信號幅度，將測試結果填入表9.2。圖9.8 頻率特性測試框圖表9.2輸入信號頻率(KHz)43.83.63.43.02.52.01.51.00.50.30.20.1輸出信號幅度(V)9.4 實驗思考題1根據(jù)實驗結果說明譯碼器輸出信號波形與編碼器輸入信號波形有何區(qū)別？譯碼器輸出信號的噪聲與信號幅度有何關系？2. 設PCM通信系統(tǒng)傳輸兩路話音，每幀三個時隙，每路話音各占一個時隙，另一個時隙為幀同步時隙，使用TP3057編譯碼器。求： (1) 編碼器的抽樣信號頻率及時鐘信號頻率，以及兩個抽樣信號