通信系统原理实验指导书

通信系统原理实验指导书（必修）第二版电子与信息工程学院巩荣芬储茂祥主编通信系统原理实验指导书前言通信系统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系统原理教学的当务之急。而通信系统原理实验课程就是一种重要的教学手段和途径。本通信系统原理实验指导书将通信系统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。本实验要求同学在做完每个实验后，要认真书写实验报告，对实验数据的正确性进行分析，并写出心得和体会。―1－通信系统原理实验指导书目录前言............................................................................................................................1目录............................................................................................................................2实验一移频键控调制与解调实验............................................................................3实验二移相键控调制与解调实验............................................................................7实验三自适应差分脉冲编码调制与解调实验......................................................11实验四增量调制与解调实验..................................................................................15实验五同步信号提取实验......................................................................................19实验六TDM-PCM系统实验（综合性实验）............................................................23参考文献......................................................................................................................27―2－通信系统原理实验指导书实验一移频键控调制与解调实验一、实验目的1、掌握FSK调制与解调的原理。2、掌握FSK调制与解调的方法。二、实验内容1、观察NRZ码信号波形。2、观察FSK调制过程信号波形。3、观察FSK解调过程信号波形。三、实验仪器1、信号源模块2、数字调制模块3、数字解调模块4、20M双踪示波器一台5、频率计一台6、信号发生器一台7、连接线若干四、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0f时代表传0，载频为1f时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以0f和1f为载频、以和nana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1-1所示，其一般时域数学表达式为tnTtgatnTtgatSnsnnsnFSK102cos)(cos)()(ωω⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+⎥⎦⎤⎢⎣⎡−=∑∑（1－1）式中，002fπω=，112fπω=，na是的反码，即na⎩⎨⎧=PPan－概率为概率为110⎩⎨⎧=PPan－概率为概率为101―3－通信系统原理实验指导书S2FSK(t)A-A00Ts2Ts3Ts4Ts1011ar2tt图1-12FSK信号的典型时域波形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1-2所示。10→01→载波2基带信号载波1相加器倒相器开关1开关22FSK信号图1-22FSK调制原理框图2、2FSK解调原理2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等。这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对FSK信号进行解调的原理框图如图1-3所示。其中整形1和整形2的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。2FSK调―4－通信系统原理实验指导书制信号从“FSK-IN”输入。U04的判决电压设置在2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形1将2FSK信号变为TTL电平；整形2和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1和单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器U06一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。电阻R15与R17决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。单稳1整形2整形1低通滤波器单稳2相加器抽样判决位同步信号解调信号输出调制信号输入图1-32FSK解调原理框图五、实验步骤1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光。（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）2、NRZ码产生实验打开信号源模块电源（POWER1、POWER2）开关，并按一下“复位”键K02（此时模块上四个数码管显示2000，“波形选择”键右侧的“正弦波”灯亮），设置“BCD码分频值设置”为0000000100101000（1表示拨码开关向上拨，表示为基频2MHz的128分频），此时用双踪示波器观察“BS”输出点波形。任意设置“24位NRZ码型设置”（即NRZ码型），用示波器观察“NRZ”输出点波形。3、FSK调制实验1）将信号源模块15.625KHz的周期性“NRZ”码和“64K正弦波”（调节“幅度调节”旋钮，使幅度为3V左右）及“32K正弦波”（幅度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK基带输入”、“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”。用双踪示波器同时观察点“FSK基带输入”和点“FSK调制输出”输出的波形。2）改变“NRZ”码型，重复上述实验。4、FSK解调实验1）将数字调制模块“FSK调制输出”的输出信号送入数字解调模块的信号输入点“FSK-IN”，观察信号输出点“FSK-OUT”处的波形，并调节标号为“FSK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码为止。将信号源模块的“BS”送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“滤波输出”、“FSK解调输出”处的波形，并与信号源产生的NRZ码进行比较。―5－通信系统原理实验指导书2）改变信号源模块产生的NRZ码型，重复上述观察。六、实验观察点波形NRZ输出点（FSK基带输入）：FSK载波输入1：FSK载波输入2：FSK调制输出（FSK-IN）：FSK-OUT：FSK-BS：单稳输出1：单稳输出2：过零检测：FSK解调输出：七、实验报告要求1、写出实验目的、实验内容及使用的仪器，分析实验原理，总结实验步骤。2、根据实验测试点记录，画出各观察点的波形。3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并作实验总结。八、实验思考题1、实验中观察“NRZ”点波形，它的频率是15.625KHz吗？说明原因。2、FSK解调的其它方法，简述其原理。3、实验总结。―6－通信系统原理实验指导书实验二移相键控调制与解调实验一、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PSK(DPSK)信号调制与解调的原理。3、掌握PSK(DPSK)信号调制与解调的方法。二、实验内容1、观察绝对码和相对码的波形。2、观察PSK(DPSK)信号调制波形。3、观察PSK(DPSK)信号解调波形。三、实验仪器1、信号源模块2、数字调制模块3、数字解调模块4、20M双踪示波器一台5、频率计一台6、信号发生器一台7、连接线若干四、实验原理1、2PSK(2DPSK)调制原理2PSK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2-1所示。0Ts2Ts3Ts4Ts1011S2PSK(t)A-A0ar2tt图2-12PSK信号的时域波形示意图―7－通信系统原理实验指导书我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒π”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。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1数字信息“→=ΔΦπ”00数字信息“→=ΔΦ”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：00111001012DPSK信号相位：000π0πππ00π或：πππ0π000ππ0图2-2为对同一组二进制信号调制后的2PSK与2DPSK波形。00010111000111001数字信息（绝对码）PSK波形DPSK波形相对码图2-22PSK与2DPSK波形对比从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK的不同。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。这说明，解调―8－通信系统原理实验指导书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。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