通信原理实验报告 2.docx
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通信原理实验报告 2.docx
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通信原理实验报告2
通信原理实验报告
姓名:
班级:
10050641X
学号:
时间:
2013年6月24日
实验五脉冲编码调制解调实验
一、实验目的
1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、了解大规模集成电路W681512的使用方法。
二、实验内容
1、观察脉冲编码调制与解调的结果,分析调制信号与基带信号之间的关系。
2、改变基带信号的幅度,观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。
3、改变基带信号的频率,观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。
4、改变位同步时钟,观测脉冲编码调制波形。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、②号模块一块
3、20M双踪示波器一台
4、立体声耳机一副
5、连接线若干
四、实验原理
(一)基本原理
图5-1PCM调制原理框图
1、量化
量化过程可以表达为:
这里
称为分层电平或判决阈值。
通常
称为量化间隔。
图5-2模拟信号的量化
输入信号的最小值和最大值分用a和b表示,量化电平数为M,那么,均匀量化的量化间隔为:
量化器输出
为:
当
式中
为第
个量化区间的终点,可写成:
为第
个量化区间的量化电平,可表示:
图5-3均匀量化过程示意图
2.编码
所谓编码就是把量化后的信号变换成二进制码,其相反的过程称为译码。
当然,这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的,前者是属于信源编码的范畴。
(二)实验电路说明
下面对PCM编译码专用集成电路W681512芯片做一些简单的介绍。
图5-6为W681512的内部结构方框图,图5-7是W681512的管脚排列图。
图5-6W681512逻辑方框图
44
图5-7W681512管脚排列图
2、W681512管脚的功能
(1)RO+:
接收滤波器的非倒相输出
(2)RO-:
接收滤波器的倒相输出
(3)PAI:
功率放大器的倒相输入
(4)PAO-:
功率放大器的倒相输出
(5)PAO+:
功率放大器的非倒相输出
(6)VDD:
供电引脚
(7)FSR:
接收帧同步脉冲,它启动BCLKR,于是PCM数据移入PCMR,FSR为8KHz脉冲序列。
(8)PCMR:
接收数据帧输入。
PCM数据必须与FSR和BCLKR同步。
(9)BCLKR:
接收数据位时钟输入。
(10)PUI:
省电模式的控制端,接VDD时为正常工作模式,接VSS时为省电模式。
(11)MCLK:
系统主时钟输入,其频率可以是256KHz、512KHz、1.536MHz、1.544MHz、2.048MHz、2.56MHz、4.096MHz。
(12)BCLKT:
发送数据位时钟输入
(13)PCMT:
输出数据发送。
(14)FST:
8KHz发送帧同步脉冲输入,它发送PCM数据同步。
(15)VSS:
地,必须接到0V。
(16)μ/A-Law:
压缩方式选择引脚。
接VDD时为μ律,接VSS时为A律。
(17)AO:
发送输入放大器的模拟输出。
(18)AI-:
发送输入放大器的倒相输入。
(19)AI+:
发送输入放大器的非倒相输入。
(20)VAG:
为模拟信号提供2.4V的参考电压。
五、输入、输出点参考说明
1、输入点说明
MCLK:
芯片工作主时钟,频率为2.048M。
BSX:
PCM编码所需时钟信号输入点。
FSXA:
PCM编码帧同步信号输入点。
EARIN1:
耳机语音信号输入点。
MICOUT1:
麦克风语音信号输出点。
K1、K2:
A律、μ律切换开关
2、输出点说明
PCMAOUT-A:
脉冲编码调制信号输出点。
SINOUT-A:
PCM解调信号输出点。
六、实验步骤
1、将信号源模块和模块2固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。
2、插上电源线,打开主机箱右侧的交流开关,将信号源模块和模块2的电源开关拨下,观察指示灯是否点亮,红灯为+5V电源指示灯,绿灯为-12V电源指示灯,黄色为+12V电源指示灯。
(注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,再打开电源做实验,不要带电连线)。
3、观测PCM编、译码波形。
1)用示波器测量信号源板上“2K同步正弦波”点,调节信号源板上手调电位器W1使输出信号峰-峰值在3V左右。
2)将信号源板上S4设为0111(时钟速率为256K),S5设为0100(时钟速率为2.048M)。
3)实验系统连线――关闭系统电源,进行如下连接:
源端口
目的端口
连线说明
信号源:
2K同步正弦波
模块2:
SININ-A
提供音频信号
信号源:
CLK2
模块2:
MCLK
提供W681512工作的主时钟(2.048M)
信号源:
CLK1
模块2:
BSX
提供位同步信号(256K)
信号源:
FS
模块2:
FSXA
提供帧同步信号
模块2:
FSXA
模块2:
FSRA
作自环实验,直接将接收帧同步和发送帧同步相连
模块2:
BSX
模块2:
BSR
作自环实验,直接将接收位同步和发送位同步相连
模块2:
PCMOUT-A
模块2:
PCMIN-A
将PCM编码输出结果送入PCM译码电路进行译码
4)用示波器观测各测试点以及PCM编码输出点“PCMOUT-A”和解调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形。
5)改变位时钟为2.048M(将S4设为“0100”),观测PCM调制和解调波形。
6)改变K1、K2开关,观测PCM调制和解调波形。
4、从信号源引入非同步正弦波,调节W4改变输入正弦信号的频率,使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz,观察点“PCMOUT-A”、“SINOUT-A”的输出波形,记录下来(应可观察到,当输入正弦波的频率大于3400Hz或小于300Hz时,PCM解码信号的幅度急剧减小)。
5、用麦克风或音乐输出信号代替信号源模块的正弦波,输入模块2的点“SININ-A”,重复上述操作和观察,并记录下来。
(可选)
6、将信号输出点“SINOUT-A”输出的信号引入“耳机1”,用耳机听还原出来的声音,与音乐片(麦克风)直接输出的声音比较,判断该通信系统性能的优劣。
(可选)
七、实验结果
输出点“PCMOUT-A
SINOUT-A”输出的波形
PCMOUT-A
SINOUT-A
实验九振幅键控(ASK)调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握用键控法产生ASK信号的方法。
2、掌握ASK非相干解调的原理。
二、实验内容
1、观察ASK调制信号波形
2、观察ASK解调信号波形。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、③号模块一块
3、④号模块一块
4、⑦号模块一块
5、20M双踪示波器一台
6、连接线若干
四、基本原理
1、2ASK调制原理。
2ASK信号典型的时域波形如图9-1所示,其时域数学表达式为:
式中,A为未调载波幅度,
为载波角频率,
为符合下列关系的二进制序列的第n个码元:
(9-2)
综合式9-1和式9-2,令A=1,则2ASK信号的一般时域表达式为
式中,Ts为码元间隔,
为持续时间[-Ts/2,Ts/2]内任意波形形状的脉冲(分析时一般设为归一化矩形脉冲),而
就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。
图9-12ASK信号的典型时域波形
2ASK信号的产生方法比较简单。
首先,因2ASK信号的特征是对载波的“通-断键控”,用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门,由二进制序列
控制门的通断,
=1时开关导通;
=0时开关截止,这种调制方式称为通-断键控法。
其次,2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积,故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式,称其为乘积法。
2、2ASK解调原理。
2ASK解调有非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)两种方法,相应的接收系统原理框图如图9-2所示:
(a)非相干方式
(b)相干方式
五、实验原理
1、ASK调制电路
在这里,我们采用的是通-断键控法,2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ”和“ASK载波”输入,其实验框图和电路原理图分别如图9-3、图9-4所示。
图9-3ASK调制实验框图
图9-4ASK调制原理图
2、ASK解调电路
六、测试点说明
1、信号输入点参考说明
ASK-NRZ:
ASK基带信号输入点。
ASK载波:
ASK载波信号输入点。
ASKIN:
ASK调制信号输入点。
ASK-BS:
ASK解调位同步时钟输入点。
2、信号输出点参考说明
ASK-OUT:
ASK调制信号输出点。
TH2:
ASK信号经低通滤波器后的信号观测点。
ASK-DOUT:
ASK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决)。
OUT1:
ASK解调信号输出点。
七、实验步骤
(一)ASK调制实验
1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。
2、按照下表进行实验连线:
源端口
目的端口
连线说明
信号源:
PN(8K)
模块3:
ASK-NRZ
S4拨为1100,PN是8K伪随机序列
信号源:
64K同步正弦波
模块3:
ASK载波
提供ASK调制载波,幅度为4V
3、以信号输入点“ASK-NRZ”的信号为内触发源,用示波器观察点“ASK-OUT”输出,即为PN码经过ASK调制后的波形。
4、通过信号源模块上的拨码开关S4控制产生PN码的频率,改变送入的基带信号,重复上述实验;也可以改变载波频率来实验。
5、实验结束关闭电源。
(二)ASK解调实验
1、接着上面ASK调制实验继续连线:
源端口
目的端口
连线说明
模块3:
ASK-OUT
模块4:
ASKIN
ASK解调输入
模块4:
ASK-DOUT
模块7:
DIN
锁相环法位同步提取信号输入
模块7:
BS
模块3:
ASK-BS
提取的位同步信号
2、将模块7上的拨码开关S2拨为“ASK-NRZ”频率的16倍,如:
“ASK-NRZ”选8K时,S2选128K,即拨“1000”。
观察模块4上信号输出点“ASK-DOUT”处的波形,把电位器W3顺时针拧到最大,并调节的电位器W1(改变判决门限),直到在“ASK-DOUT”处观察到稳定的PN码。
3、观察ASK解调输出“OUT1”处波形,并与信号源产生的PN码进行比较。
调制前的信号与解调后的信号形状一致,相位有一定偏移。
4、通过信号源模块上的拨码开关S4控制产生PN码,改变送入的基带信号,重复上述实验;也可以改变载波频率来实验。
5、实验结束关闭电源,拆除连线,整理实验数据与波形,完成实验报告。
(3)实验结果
图12ASK调制
十移频键控FSK调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握用键控法产生FSK信号的方法。
2、掌握FSK过零检测解调的原理。
二、实验内容
1、观察FSK调制信号波形。
2、观察FSK解调信号波形。
3、观察FSK过零检测解调器各点波形。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、③号模块一块
3、④号模块一块
4、⑦号模块一块
5、20M双踪示波器一台
四、实验原理
1、2FSK调制原理。
2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化,即载频为
时代表传0,载频为
时代表传1。
显然,2FSK信号完全可以看成两个分别以
和
为载频、以
和
为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。
2FSK信号的典型时域波形如图10-1所示,其一般时域数学表达式为
(10-1)
式中,
,
,
是
的反码,即
因为2FSK属于频率调制,通常可定义其移频键控指数为:
显然,h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的,其大小对已调波带宽有很大影响。
2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量,也就是说,二者均可以采用非相干方式进行解调。
可以看出,当h<1时,2FSK信号的功率谱与2ASK的极为相似,呈单峰状;当h>>1时,2FSK信号功率谱呈双峰状,此时的信号带宽近似为
(Hz)(10-3)
2FSK信号的产生通常有两种方式:
(1)频率选择法;
(2)载波调频法。
由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和,在二进制码元状态转换(
或
)时刻,2FSK信号的相位通常是不连续的,这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。
载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号,这时的已调信号出自同一个振荡器,信号相位在载频变化时始终是连续的,这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛,使信号功率更集中于信号带宽内。
在这里,我们采用的是频率选择法,其调制原理框图如图10-2所示:
由图可知,从“FSK-NRZ”输入的基带信号分成两路,1路经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。
从“FSK载波A”和“FSK载波B”输入的载波信号分别接至U4A和U4B的输入端。
当基带信号为“1”时,模拟开关U4A打开,U4B关闭,输出第一路载波;当基带信号为“0”时,U405A关闭,U405B打开,此时输出第二路载波,再通过相加器就可以得到FSK调制信号。
2、2FSK解调原理
(a)非相干方式
(b)相干方式
(c)过零检测法
五、测试点说明
1、输入点参考说明
FSK调制模块:
FSK-NRZ:
FSK基带信号输入点。
FSK载波A:
A路载波输入点。
FSKIN:
FSK调制信号输入点。
FSK-BS:
FSK解调位同步时钟输入点。
2、输出点参考说明
FSK调制模块:
TH7:
FSK-NRZ经过反相后信号观测点。
FSK-OUT:
FSK调制信号输出点。
FSK解调模块:
TH7:
FSK调制信号经整形1(U6LM339)后的波形观测点。
TH10:
FSK调制信号经两路单稳后相加信号观测点。
TH11:
FSK信号经低通滤波器后的输出信号
FSK-DOUT:
FSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决)。
OUT2:
FSK解调信号输出点。
六、实验步骤
(一)FSK调制实验
1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。
2、按照下表进行实验连线:
源端口
目的端口
连线说明
信号源:
PN(8K)
模块3:
FSK-NRZ
S4拨为“1100”,PN是8K伪随机码
信号源:
128K同步正弦波
模块3:
载波A
提供FSK调制A路载波,幅度为4V
信号源:
64K同步正弦波
模块3:
载波B
提供FSK调制B路载波,幅度为3V
3、将模块3上拨码开关S1都拨上。
以信号输入点“FSK-NRZ”的信号为内触发源,用双踪示波器同时观察点“FSK-NRZ”和点“FSK-OUT”输出的波形。
4、单独将S1拨为“01”或“10”,在“FSK-OUT”处观测单独载波调制波形。
5、通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出,重复上述实验。
6、实验结束关闭电源。
(二)FSK解调实验
1、接着上面FSK调制实验继续连线:
源端口
目的端口
连线说明
模块3:
FSK-OUT
模块4:
FSKIN
FSK解调输入
模块4:
FSK-DOUT
模块7:
DIN
锁相环法位同步提取信号输入
模块7:
BS
模块3:
FSK-BS
提取的位同步信号
2、将模块7上的拨码开关S2拨为“1000”,观察模块4上信号输出点“FSK-DOUT”处的波形,并调节模块4上的电位器W5(顺时针拧到最大),直到在该点观察到稳定的PN码。
3、用示波器双踪分别观察模块3上的“FSK-NRZ”和模块四上的“OUT2”处的波形,将“OUT2”处FSK解调信号与信号源产生的PN码进行比较。
4、实验结束关闭电源,拆除连线,整理实验数据及波形完成实验报告。
2FSK调制
2FSK解调
实验十一移相键控(PSK/DPSK)调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。
2、掌握用键控法产生PSK/DPSK信号的方法。
3、掌握PSK/DPSK相干解调的原理。
4、掌握绝对码波形与DPSK信号波形之间的关系。
二、实验内容
1、观察绝对码和相对码的波形和转换关系。
2、观察PSK/DPSK调制信号波形。
3、观察PSK/DPSK解调信号波形。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、③号模块一块
3、④号模块一块
4、⑦号模块一块
5、20M双踪示波器一台
6、连接线若干
四、实验原理
1、2PSK/2DPSK调制原理
PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式,它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。
因此,PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。
PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的,通常规定0相位载波和π相位载波分别代表传1和传0,其时域波形示意图如图11-1所示。
设二进制单极性码为an,其对应的双极性二进制码为bn,则2PSK信号的一般时域数学表达式为:
其中:
则(11-1)式可变为:
(11-2)
2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。
例如,假设相位值用相位偏移x表示(x定义为本码元初相与前一码元初相之差),并设
”
”
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下:
数字信息:
0011100101
2DPSK信号相位:
000π0πππ00π
或:
πππ0π000ππ0
图11-22PSK与2DPSK波形对比
这说明,解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值。
只要前后码元的相对相位关系不破坏,则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息,这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。
同时我们也可以看到,单纯从波形上看,2PSK与2DPSK信号是无法分辨的。
这说明,一方面,只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的,才能正确判定原信息;另一方面,相对移相信号可以看成是把数字信息序列(绝对码)变换成相对码,然后再根据相对码进行绝对移相而形成。
图11-3二相调制移相信号矢量图
2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似,也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波,完成2DPSK调制,其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK-NRZ”和“PSK载波”输入,差分变换的时钟信号从“PSK-BS”点输入,其原理框图如图11-4所示:
图11-42DPSK调制原理框图
①差分变换
在数据传输系统中,由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强,在相同的信噪比条件下,可获得比其他调制方式(例如:
ASK、FSK)更低的误码率,因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。
绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的,如规定高电平代表“1”,低电平代表“0”。
图11-6(a)差分编码器电路图11-6(b)工作波形
2、2DPSK解调原理
(a)极性比较法(b)相位比较法
五、测试点说明
1、信号输入点参考说明
PSK调制模块:
PSK-NRZ:
PSK基带信号输入点。
PSK载波:
PSK载波信号输入点。
载波输入:
PSK解调同步载波信号输入点。
2、信号输出点参考说明
PSK-OUT:
PSK/DPSK调制信号输出点。
PSK-DOUT:
PSK解调信号经电压比较器后的信号输出点(未经同步判决)。
OUT3:
PSK/DPSK解调信号输出点(K1的1、2脚相连,输出DPSK解调信号,2、3脚相连,输出PSK解调信号)。
六、实验步骤
(一)PSK/DPSK调制实验
1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。
2、按照下表进行实验连线:
源端口
目的端口
连线说明
信号源:
PN(32K)
模块3:
PSK-NRZ
S4拨为“1010”,PN是32K伪随机码
信号源:
128K同步正弦波
模块3:
PSK载波
提供PSK调制载波,幅度为4V
3、将开关K3拨到“PSK”端,以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源,用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。
4、不改变PSK调制实验连线。
将开关K3拨到“DPSK”端,“PSK-OUT”输出的波形。
5、通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出,重复上述实验。
6、实验结束关闭电源。
(二)PSK/DPSK解调实验
1、恢复PSK调制实验的连线,K3拨到“PSK”端,然后增加以下连线:
源端口
目的端口
连线说明
模块3:
PSK-OUT
模块4:
PSKIN
PSK解调输入
模块3:
PSK-OUT
模块7:
PSKIN
载波同步提取输入
模块7:
载波输出
模块4:
载波输入
提供同步解调载波
模块4:
PSK-DOUT
模块7:
DIN
锁相环法位同步提取信号输入
模块7:
BS
模块3:
PSK-BS
提取的位同步信号
2、将模块7上的拨码开关S2拨为“0110”,观察模块4上信号输出点“PSK-DOUT”处的波形。
并调节模块4上的电位器W4(逆时针拧到最大),直到在该点观察到稳定的PN码。
3、用示波器双踪分别观察模块3上的“PSK-NRZ”和模块4上的“OUT3”处的波形,比较二者波形。
4、通过信号源模块上的拨码开关S4改变PN码频率后送出,重复上述实验。
5、DPSK解调与PSK解调基本相同,它多了一个逆差分变换过程,注意通过开关K1选择DPSK方式解调,学生可以在老师的指导下自己完成连线观察解调波形。
6、实验结束关闭电源,拆除连线,整理实验数据及波形完成实验报告。
2PSK
2DPSK
实验十五码型变换实验
一、实验目的
1、了解几种常用的数字基带信号。
2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。
3、掌握常用CPLD实现码型变换的方法。
二、实验内容
1、观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。
2、观察全0码或全1码时各码型的波形。
3、观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。
4、观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。
5、自行设计码型变换电路,下载并观察波形。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、⑥号模块一块
3、⑦号模块一块
4、20M双踪示波器一台
5、连接线若干
四、实验原理
(一)基本原理
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