2022年通信原理实验教案 .pdf

学习好资料欢迎下载实验板书及重要内容提纲：实验一 抽样定理和 PAM 调制解调实验一、实验目的1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。2、 通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。二、实验内容1、 观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间的相互关系及特点。2、 改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。三、实验器材1、 信号源模块一块2、 号模块一块3、 20M双踪示波器一台4、 连接线若干四、实验原理（一）基本原理1、抽样定理抽样定理表明：一个频带限制在（0，Hf）内的时间连续信号( )mt，如果以 THf21秒的间隔对它进行等间隔抽样，则( )mt将被所得到的抽样值完全确定。( )( )( )sTm tm tt精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 30 页学习好资料欢迎下载图 3-1 抽样与恢复1()()ssnMMnT该式表明，已抽样信号( )m ts的频谱()Ms是无穷多个间隔为s的()M相迭加而成。这就意味着()Ms中包含()M的全部信息。需要注意，若抽样间隔T 变得大于Hf21，则()M和()T的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由()Ms恢复()M。可见，HfT21是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。抽样频率为带通信号带宽的两倍。图 3-2 画出抽样频率sf2B（无混叠）和sf2B（有混叠）时两种情况下冲激抽样信号的频谱。(a) 连续信号的频谱0 0 mm()Ft( )f t1 0 tST1mmss()sF0 sT( )sft精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 30 页学习好资料欢迎下载（b）高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）（c）低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图 3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱2、脉冲振幅调制（PAM ）所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。自然抽样平顶抽样)(tm)(tT图 3-3 自然抽样及平顶抽样波形PAM 方式有两种：自然抽样和平顶抽样。LF398N1话音输入模拟开关S自然抽样 /平顶抽样选择抽样脉冲N2PAM 解调图 3-4 脉冲振幅调制电路原理框图五、测试点说明六、实验步骤及注意事项0 sTt( )sf tmmss()sF1 ST10 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 30 页学习好资料欢迎下载1、 观测 PAM自然抽样波形1)用示波器观测信号源“2K 同步正弦波”输出，调节W1 改变输出信号幅度，使输出信号峰 -峰值在 4V 左右。2)将信号源上S4 设为“ 1010” ，使“ CLK1 ”输出 32K 时钟。3)将模块 1 上 K1 选到“自然” 。4)关闭电源，按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“2K 同步正弦波”模块 1: “PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“ CLK1 ”模块 1: “PAMCLK ”提供抽样时钟* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5)用示波器在“自然抽样输出”处观察PAM 自然抽样波形。2、 观测 PAM平顶抽样波形a)用示波器观测信号源“2K 同步正弦波”输出，调节W1 改变输出信号幅度，使输出信号峰 -峰值在 4V 左右。b)将信号源上S1、S2、 S3依次设为“ 10000000” 、 “10000000” 、 “10000000” ，将 S5 拨为“1000” ，使“NRZ”输出速率为128K，抽样频率为： NRZ 频率 /8（实验中的电路，NRZ 为“ 1”时抽样，为“0”时保持。在平顶抽样中，抽样脉冲为窄脉冲）。c)将 K1设为“平顶” 。关闭电源，按下列方式进行连线。源端口目标端口连线说明信号源： “2K 同步正弦波模块 1：“ PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“ NRZ ”模块 1：“ PAMCLK ”提供抽样脉冲d)打开电源，用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。3、 改变抽样时钟频率，观测自然抽样信号，验证抽样定理。4、 观测解码后PAM波形与原信号的区别1)步骤 3 的前 3 步不变 , 按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“2K 同步正弦波”模块 1: “PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“ CLK1 ”模块 1: “PAMCLK ”提供抽样时钟模块 1: “自然抽样输出”模块 1: “IN”将 PAM 信号进行译码2)将 K1设为“自然”，用“ PAM-SIN ”信号做示波器的触发源，用双踪示波器对比观测精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 30 页学习好资料欢迎下载“PAM-SIN ”和“ OUT ”波形。5、 将信号源产生的音乐信号输入到模块1 的“PAM-SIN” ， “自然抽样输出”和“IN”相连，PAM解调信号输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。七、实验讲解提纲1 模拟信号数字化的三个过程：抽样，量化，编码。2 讲解抽样定理和PAM 调制的实验原理3 抽样间隔：HfT214 抽样频率sf2B（无混叠）和sf2B（有混叠）时两种情况5 PAM 方式有两种：自然抽样和平顶抽样6 验收内容： PAM 自然抽样波形PAM 平顶抽样波形解码后 PAM 和原信号的对比音频信号输入实验二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。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。三、实验器材1、 信号源模块一块精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 30 页学习好资料欢迎下载2、 号模块一块3、 20M双踪示波器一台四、实验原理（一）基本原理脉冲编码调制（PCM ）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。PCM 主要包括抽样、 量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM 码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz3400Hz 左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。在整个PCM 系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N 来表示图 5-1 PCM 调制原理框图1、 量化从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图 5-2 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 30 页学习好资料欢迎下载图 5-2 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号( )m t较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常， 把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。图 5-3 均匀量化过程示意图非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔v也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值模拟入yx量化器量化值精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 30 页学习好资料欢迎下载基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A 压缩律。 美国采用压缩律， 我国和欧洲各国均采用A 压缩律，因此，本实验模块采用的PCM 编码方式也是A 压缩律。五、输入、输出点参考说明六、实验步骤1、 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： SIN IN-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* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源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 “SIN OUT-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。2、 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 ” 、 “SIN OUT-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） 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 30 页学习好资料欢迎下载3、 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“ SIN IN-A ” ，重复上述操作和观察，并记录下来。（可选）4、 将信号输出点“SIN OUT-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）七实验讲解提纲1. PCM 在现实生活的应用：光纤2. PCM 主要包括抽样、量化与编码三个过程。3. 量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号。4. 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，优缺点。5. 非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。6. 压缩律和 A压缩律。6验收内容：PCM 调制波形PCM 解调波形改变输入信号频率：小于300HZ 和大于 3400HZ 的 PCM 解调波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 30 页学习好资料欢迎下载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 30 页学习好资料欢迎下载实验三 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、 号模块一块3、 号模块一块4、 号模块一块5、 20M 双踪示波器一台6、 连接线若干四、基本原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控 (2ASK) 、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。1、 2ASK 调制原理。在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号1 或0 的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“ 0”，这样就可以得到2ASK 信号 ，这种二进制振幅键控方式称为通断键控（OOK ）。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：2( )cosASKncStaAt（9-1）式中， A 为未调载波幅度，c为载波角频率，na为符合下列关系的二进制序列的第n 个精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 30 页学习好资料欢迎下载码元：PPan出现概率为出现概率为110（9-2）综合式 9-1 和式 9-2，令 A1，则 2ASK 信号的一般时域表达式为：tnTtgatScnsnASKcos)()(2ttSccos)(（9-3）式中， Ts为码元间隔0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1S2ASK(t)A-A0ar2tt图 9-1 2ASK 信号的典型时域波形2ASK 信号的产生方法称为通断键控法。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：耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入半波整流器（a）非相干方式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 30 页学习好资料欢迎下载耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入相乘器相干载波（ b）相干方式图 9-2 2ASK 解调原理框图五、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2、 ASK 解调电路信号源CPLDPN64K同步正弦波(8K)输出ASK 载波ASK-NRZ（基带信号输入）ASK调制电路耦合电路低通滤波器抽样判决器半波整流器ASK-OUT输入ASKIN位同步信号（7 号板）DIN输入BS输出输入ASK-BSASK 解调电路TH2输出OUT1ASK-DOUT输出图 9-5 ASK 解调实验框图我们采用的是 包络检波法 。实验框图如图9-5 所示。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 30 页学习好资料欢迎下载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（32K）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 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源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* 检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源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。调制前的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 30 页学习好资料欢迎下载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。八、实验讲解提纲1、 ASK 在实际生活中的应用：遥控装置2、 从载波传输中载波的3 个独立可控参量引入3 种最基本的数字频带调制信号3、 调制原理：使载波在1 或 0 的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的1或 0。4、 通过讲解2ASK 的时域波形更好地理解2ASK 调制原理5、 解调原理：非相干解调（包络检波法）6、 验收内容： 2ASK 调制波形和2ASK 解调波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 30 页学习好资料欢迎下载实验四 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、 号模块一块3、 号模块一块4、 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、 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na和na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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 30 页学习好资料欢迎下载S2FSK(t)A-A00 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1ar2tt图 10-1 2FSK 信号的典型时域波形tnTtgatnTtgatSnsnnsnFSK102cos)(cos)()(（10-1）式中，002 f，112 f，na是na的反码，即PPan概率为概率为110PPan概率为概率为1012FSK 信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。信号源CPLD隔离电路模拟开关1PN (8K)（基带信号输入）(载波A输入)模拟开关264K同步正弦波128K同步正弦波FSK载波A倒相电路相加器隔离电路FSK载波B(载波B输入)FSK-NRZFSK-OUTFSK调制电路TH7图 10-2 2FSK 调制原理框图2、 2FSK 解调原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 30 页学习好资料欢迎下载单稳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过零检测法图 10-3 2FSK 解调原理框图FSK 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 FSK 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10-3 所示五、测试点说明六、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（32K）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 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 30 页学习好资料欢迎下载（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* 检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源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。七、实验讲解提纲1、 FSK 在实际生活中的应用：蓝牙2、 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。3、 2FSK 和 2ASK 的关系4、 2FSK 的调制原理5、 2FSK 的解调原理：过零检测法6、 验收内容： 2FSK 调制波形和2FSK 解调波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 30 页学习好资料欢迎下载实验五 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、 号模块一块3、 号模块一块4、 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 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 30 页学习好资料欢迎下载2PSK 信号的一般时域数学表达式为：tnTtgbtScnsnPSKcos)()(20 Ts 2Ts 3Ts 4Ts 1 0 1 1 S2PSK(t)A-A0ar2tt图 11-1 2PSK 信号的典型时域波形我们知道， 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 ”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“”00数字信息“”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：0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2DPSK 信号相位：0 0 0 0 0 0 或：0 0 0 0 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 30 页学习好资料欢迎下载0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1数字信息（绝对码）PSK波形DPSK波形相对码图 11-2 2PSK 与 2DPSK 波形对比解调 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”现象发生。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。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：载载载载载载载载载载载载载载载载K3载载载图 11- 2DPSK 调制原理框图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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 30 页学习好资料欢迎下载实际通信系统中。DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现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” 。相对码（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。2DPSK 解调原理相乘器低通滤波器逆差分变换抽样判决器运放调制信号输入本地载波解调信号输出位同步信号延迟低通滤波器抽样判决器位同步信号带通滤波器相乘器调制信号输入解调信号输出(a)(b)（a）极性比较法（b）相位比较法图 10-3 2DPSK 解调原理框图2DPSK 解调最常用的方法是极性比较法和相位比较法，这里采用的是极性比较法对2DPSK 信号进行解调，原理框图如图10-3（ a）所示。五、测试点说明六、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 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 30 页学习好资料欢迎下载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，增加连线：源端口目的端口连线说明信号源： CLK1 （32K）模块 3：PSK-BS DPSK 位同步时钟输入以信号输入点“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。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* 检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源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。七、实验讲解提纲1、 PSK调制在现实生活中的应用：高清数字电视和3G网络和 WIFI 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 30 页学习好资料欢迎下载2、 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 相位载波分别代表传1 和传 0 3、 倒现象4、 2PSK和 2DPSK 的关系5、 2PSK和 2DPSK 的调制原理6、 2PSK和 2DPSK 的解调原理7、 验收内容： 2PSK调制波形 2DPSK调制波形 2PSK解调波形实验六 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、 号模块一块3、 号模块一块4、 20M 双踪示波器一台5、 连接线若干精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 30 页学习好资料欢迎下载四、实验原理（一）基本原理在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种 不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图15-1 所示。信道信号形成器信道接收滤波器抽样判决器基带脉冲输出基带脉冲输入干扰图 15-1 基带传输系统的基本结构该结构由信道信号形成器、信道、 接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。（二）编码规则1、 NRZ 码NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“ 0” ，在整个码元期间电平保持不变。例如：E 0 1 0 1 0 0 1 1 02、 AMI 码AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号 )和 1(传号 )按如下方式进行编码的码： 代码的 0 仍变换为传输码的0,而把代码中的1 交替地变换为传输码的+1， -1，+1， -1，。例如：信息代码： 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI 码：+1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1 由于 AMI 码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0 电位保精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 30 页学习好资料欢迎下载持不变的规律。 这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。除了上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点， 即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0 串，因而会造成提取定时信号的困难。3、 HDB3 码HDB3 码是对 AMI 码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：先检查消息代码（二进制）的连0 情况，当没有4 个或 4个以上连0 串时，按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现4 个或 4 个以上连0 串时，则将每