通信原理实验指导书

通信原理实验指导书（选修）电子与信息工程学院巩荣芬储茂祥主编现代通信原理实验指导书―1－前言通信原理课程是一门理论性与实践性都很强的专业基础课。如何加强理论课程的学习，加深学生对本课程中的基本理论知识及其基本概念的理解，提高学生理论联系实际的能力，如何培养学生实践动手能力和分析解决通信工程中实际问题的能力是通信原理教学的当务之急。而通信原理实验课程就是一种重要的教学手段和途径。本通信原理实验指导书将通信原理的基础知识灵活地运用在实验教学环节中。本实验指导书力求讲解的电路原理清楚，重点突出；其实验内容的安排合理、丰富，并具有一定的代表性。同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践来验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力及动手能力，并通过有目的地选择完成综合性实验和设计性实验项目及二次开发，使学生进一步巩固理论基本知识，建立完整的通信系统的概念。总之，不论是基本原理的验证性实验还是通信系统的综合性实验都会加深学生对基本知识的理解和渗透，提高他们的动手操作能力，以更好的适应时代发展的需要。本书中的实验是选修实验，供学有余力的同学在课下完成。现代通信原理实验指导书―2－目录前言............................................................................................................................1目录............................................................................................................................2实验一信号源实验....................................................................................................3实验二终端实验........................................................................................................7实验三频谱分析实验..............................................................................................11实验四常规双边带调幅与解调实验......................................................................17实验五脉冲幅度调制与解调实验..........................................................................24实验六脉冲编码调制与解调实验..........................................................................29实验七ASK调制与解调实验....................................................................................36实验八锁相环与频率合成实验..............................................................................42实验九码型变换实验..............................................................................................49实验十信道模拟实验..............................................................................................57实验十一频带传输系统实验（综合性实验）......................................................65实验十二CDMA移动通信系统实验（综合性实验）.........................................69实验十三计算机数据通信实验（设计性实验）..................................................75参考文献......................................................................................................................92现代通信原理实验指导书―3－实验一信号源实验一、实验目的1、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2、了解NRZ码、方波、正弦波等各种信号的频谱。3、理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。4、熟练掌握信号源模块的使用方法。二、实验内容1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示。2、观察点频方波信号的输出。3、观察点频正弦波信号的输出。4、拨动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出。5、观察位同步信号和帧同步信号的输出。6、观察NRZ码、方波、正弦波、三角波、锯齿波的频谱。三、实验仪器1、信号源模块2、20M双踪示波器一台3、频率计一台4、信号发生器一台5、连接线若干四、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分模拟信号源部分可以输出频率和幅度任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz～10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz～1KHz）、方波（频率变化范围100Hz～10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz～1KHz）以及32KHz、64KHz的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1所示。图1-1模拟信号源部分原理框图在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U04,并存放在现代通信原理实验指导书―4－固定的地址中。当单片机U03检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U01中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管SM01～SM04显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U04中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A转换器U05和开关电容滤波器U06后得到所需模拟信号。2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U01来完成，通过拨码开关SW04、SW05可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2所示。图1-2数字信号源部分原理框图晶振出来的方波信号经3分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到1024KHz、256KHz、64KHz、32KHz、8KHz的方波。可预置分频器的分频值可通过拨码开关SW04、SW05来改变，分频比范围是1～9999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生以24位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA等实验中，NRZ码将起到十分重要的作用。五、实验步骤1、将信号源模块小心地固定在主机箱中，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，再按下开关POWER1、POWER2，发光二极管LED01、LED02发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、模拟信号源部分①观察“32K正弦波”和“64K正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。②按下“复位”按键使U03复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED07灭，数码管SM01～SM04显示“2000”。③按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭），此时信现代通信原理实验指导书―5－号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。④将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度昀大可达5V以上。（注意:发光二极管LED07熄灭，转动旋转编码器时，频率以1Hz为单位变化；按一下旋转编码器，LED07亮，此时旋转旋转编码器，频率以50Hz为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07熄灭，频率再次以1Hz为单位变化）⑤将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。⑥电位器W02用来调节开关电容滤波器U06的控制电压，电位器W01用来调节D/A转换器U05的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4、数字信号源部分①拨码开关SW04、SW05的作用是改变分频器的分频比（以4位为一个单元，对应十进制数的1位，以BCD码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是1～9999，所以位同步信号频率范围是200Hz～2MHz。例如，若想信号输出点“BS”输出的信号频率为15.625KHz，则需将基频信号进行128分频，将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000，就可以得到15.625KHz的方波信号。拨码开关SW01、SW02、SW03的作用是改变NRZ码的码型。1位拨码开关就对应着NRZ码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为1，往下拨时，对应的码元为0。②将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000，SW01、SW02、SW03设置为011100100011001110101010，观察BS、2BS、FS、NRZ波形。③改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。④观察1024K、256K、64K、32K、8K各点波形（由于时钟信号为晶振输出的24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。⑤将拨码开关SW04、SW05设置为0000000100101000，观察伪随机序列PN15、PN31、PN511的波形。⑥改变拨码开关SW04、SW05的设置，重复观察以上各点波形。六、输入、输出点参考说明1、输出点说明模拟输出：波形种类、幅度、频率均可调节。各种波形的频率变化范围如下：正弦波：100Hz～10KHz三角波：100Hz～1KHz锯齿波：100Hz～1KHz方波：100Hz～10KHz32KHz正弦波：31.25KHz正弦波输出点。（幅度昀大可达5V以上）64KHz正弦波：62.5KHz正弦波输出点。（幅度昀大可达5V以上）现代通信原理实验指导书―6－数字输出：8K：7.8125KHz方波输出点。32K：31.25KHz方波输出点。64K：62.5KHz方波输出点。256K：250KHz方波输出点。1024K：1000KHz方波输