2022年通信技术与系统实验报告 .pdf

2014-2015 学年第二学期通信技术与系统课程实验报告所在学院：电子工程学院学生姓名：学生学号：任课老师：2015 年6 月 18 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 20 页 -实验 1 模拟信号源实验一、实验目的1了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数；2了解本模块在后续实验系统中的作用；3熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G 2频率计1 台320M双踪示波器1 台4小电话单机1 部三、实验原理本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做 PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边。1非同步函数信号它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围010V，可由 W03调节；频率范围约500HZ 5KHZ，可由 W02调节；直流电平可由W01调节（一般左旋到底）。非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。图 2-1 非同步函数信号源结构示意图2同步正弦波信号它由 2KHz方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。2KHz方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，在P04 可测试其波形。用其作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。W04用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图2-2。K01 U01 U02 跟随放大器XR2206 电路三角波正弦波方波P03 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 20 页 -图 2-2 同步函数信号源结构示意图3.模拟电话输入电路本模块提供了两路用户模拟电话接口，图2-3 是其电路结构示意图。J02A/J02B是电话机的水晶头接口，U01是 PBL38614专用电话集成电路。它的工作原理是：当对电话机的送话器讲话时，该话音信号从PBL38614 的 TR 对应的引脚输入，经U01内部二四线转换处理后从T 端输出。T 端的模拟电话输出信号经P05/P07 铜铆孔送出，可作为语音信号输出用。当接收对方的话音时，送入U01芯片 R端的输入信号可由P06/P08 铜铆孔送入。此时，在电话听筒中即可听到送入信号的声音。图 2-3 用户电话结构示意图四、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3.非同步函数信号源测试：频率计和示波器监测P03测试点，按上述设置测试非同步函数信号源输出信号波形，记录其波形参数。4同步正弦波信号源测试：南 京 润 众 科技 有 限 公 司U01 J02AB P05/P07 PBL38614 电话接口芯片P06/P08 TR T R 南 京 润 众 科技 有 限 公 司U03 4U01 跟随放大器P04 CPLD 器件低通滤波器U04 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 20 页 -频率计和示波器监测P04测试点，按上述设置测试同步正弦波信号源输出信号波形，记录其波形参数。5用户电话测试：1）电话模块接上电话单机，说话或按住某个数字键不放，用示波器测试其发端波形。2）用信号连接线连接P03 与 P06（或 P08）铆孔，即将函数信号送入电话的接收端，调节信号的频率和幅度，听听筒中发出的声音。6.关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。五、实验记录1.正弦波幅度 2.02V 频率 10.33kHz 2.三角波幅度 3.60V 频率 10.3kHz 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 20 页 -3.方波幅度 6.30V 频率 10.3kHz 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 20 页 -实验 2 接收滤波器与功放实验一、实验目的1了解接收滤波器与功放模块的组成结构；2掌握接收滤波器与功放模块的使用方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G 220M双踪示波器1 台3信号连接线2 根三、实验原理本实验模块位于底板的右边，由低通滤波器、低频功放、喇叭等组成。可作为 PAM、PCM、CVSD 等通信模块的接收终端。其组成结构示意图，如图4-1 所示。图 4-1 终端滤波放大器结构示意图外加信号通过P14铆孔送入低通滤波器电路，“时钟与基带数据发生模块”上的拨码器4SW02 可设置低通滤波器的多种截止频率。经过低通滤波器滤波后的信号，可在P15 测试点进行观测。滤波后的信号接着送入LM386构成的低频功率放大器，驱动小喇叭播放出声音，W09可调节喇叭音量大小。实验者通过本模块喇叭播放功能，可感性的判断音频信号经编解码信道的传输质量。1模拟滤波器的特性模拟滤波器的理论和设计方法已发展得相当成熟，且有若干典型的模拟滤波器供我们选择，且都有严格的设计公式、现成的曲线和图表供设计人员使用。典型的模拟滤波器：巴特沃斯 Butterworth 滤波器：幅频特性单调下降切比雪夫 Chebyshev 滤波器：幅频特性在通带或者在阻带有波动贝塞尔 Bessel 滤波器:通带内有较好的线性相位持性椭圆 Ellipse 滤波器低通滤波器功率放大器P15 P14 K04 4SW02 拨码器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 20 页 -模拟滤波器按幅度特性可分成低通、高通、带通和带阻滤波器，它们的理想幅度特性如图所示。2模拟低通滤波器的指标模拟低通滤波器的设计指标有p,p,s 和s。p；通带截止频率s：阻带截止频率p：通带中最大衰减系数s；阻带最小衰减系数p 和s 一般用 dB数表示。对于单调下降的幅度特性，可表示成如果=0处幅度已归一化到1，即|Ha(j0)|=1,p和 s表示为以上技术指标用图所示。图中c称为 3dB 截止频率，因四、实验设置4SW02：设置滤波器的截止频率。设置和参考截止频率如下（4SW02 拨码器：往上为1，往下为 0）：01010：滤波器截止频率2.65KHZ 01011：滤波器截止频率5.3KHZ 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 20 页 -01100：滤波器截止频率10.6KHZ K04：小喇叭开关。”ON”接通喇叭，“OFF”断开喇叭。W09：音频功率放大器输出功率的调节电位器，注意音量不可调节太大。P14：外加模拟信号输入连接铆孔。P15：经滤波器滤波后输出连接铆孔。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3滤波器测试用信号源选择与调节采用非同步函数信号选择正弦波档，用示波器和频率计监测P03 测试点，调节 W02使其频率最低，峰峰值4V左右。如用其它音频信号源亦可。4信号线连接用专用导线将P03、P14两铆孔连接，将测试信号送入后面的“接收端滤波放大模块”。5截止频率2.65K 滤波器测试设置“时钟与基带数据发生模块”上的 4SW02 拨码器为 01010 用示波器监测P15测试点，调节 W02，测试其滤波器截止频率并作记录。(P15 输出的信号幅度下降至P14输入信号幅度的 0.707 时所对应的频率为滤波器的截止频率。)6截止频率5.3K 滤波器测试设置“时钟与基带数据发生模块”上的 4SW02 拨码器为 01011 用示波器监测P15测试点，调节 W02，测试其滤波器截止频率并作记录。注：1）测试过程中可将喇叭关闭，避免噪声干扰；测试的数据可作为后续实验参考。2）当进行CVSD编译码和复接、解复接等后续实验时，将默认滤波器截止频率为2.65KHZ。因此，本实验中4SW02 拨码器应设置为01111。7.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验数据1、2.6KHZ低通滤波器特性实测数据测量项目1kHz信号激励8kHz 信号激励3dB 戒指频率激励激励信号电压幅值V 2.14 2.06 2.01 输出信号电压幅值V 2.14 0.218 1.39 3dB 截止频率为2.04kHz 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 20 页 -2、5KHZ低通滤波器特性实测数据测量项目1kHz信号激励8kHz 信号激励3dB 戒指频率激励激励信号电压幅值V 2.14 2.18 2.06 输出信号电压幅值V 2.10 0.178 1.41 3dB 截止频率为3.85kHz 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 20 页 -实验 3 CPLD 可编程逻辑器件实验一、实验目的1了解 ALTERA 公司的 CPLD可编程器件EPM240；2了解本模块在实验系统中的作用及使用方法；3掌握本模块中数字信号的产生方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G 220M双踪示波器1 台3频率计1 台三、实验原理CPLD可编程模块（时钟与基带数据发生模块，芯片位号：4U01）用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。它由CPLD可编程器件ALTERA公司的 EPM240、下载接口电路（4J03）和一块晶振（4JZ01）组成。晶振用来产生16.384MHz 系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。本实验要求实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，理论联系实践，提高实际操作能力。m序列是最被广泛采用伪随机序列之一，除此之外，还用到其它伪随机码，如Gold 序列等，本模块采用m序列码作为系统的数字基带信号源使用，在示波器上可形成稳定的波形，方便学生观测分析。下面介绍的m序列原理示意图和仿真波形图都是在MAX+PLUS II 软件环境下完成。其中，RD输入低电平脉冲，防止伪随机码发生器出现连0 死锁，其对应仿真波形的低电平脉冲。CLK为时钟脉冲输入端。OUT为 m序列伪随机码输出。下图 3-1、图 3-2 为三级 m序列发生器原理图和其仿真波形图。在实验模块中的clk 为2KHZ时钟，输出测试点为4P02，m序列输出测试点为4P01。图 3-1 三级 m序列发生器原理图（M=7）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 20 页 -图 3-2 三级 m序列仿真波形图下图 3-3、图 3-4 为四级 m序列发生器原理图和其仿真波形图。图 3-3 四级 m序列发生器原理图（M=15）图 3-4 四级 m序列仿真波形图下图 3-5、图 3-6 为五级 m序列发生器原理图和其仿真波形图。图 3-5 五级伪随机码发生器原理图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 20 页 -图 3-6 五级伪随机码仿真波形图图 3-7 中介绍是异步四级2 分频电路，其特点是电路简单，但由于其后级触发器的触发脉冲要待前级触发器的状态翻转之后才能产生，因此其工作速率较低。在对分频输出时钟的相位关系要求严格的情况下，一般采用同步分频法，具体实现原理请同学自己整理。图3-8 为异步四级2 分频电路仿真波形图。图 3-7 四级 2 分频原理图图 3-8 四级 2 分频仿真波形图另外，在本模块上设计了一个8 位的拨码器和一个5 位的拨码器。8 位的拨码器用来设置 8 比特的数字信号源，5 位的拨码器用来控制数字信号的速率、码型和其它模块的工作时钟，具体设置可参见“前言”中的拨码开关设置说明。本模块上的EPM240 芯片的编译环境是quartusII软件。四、各测量点的作用本模块加电后即运行，输出各种数字信号和时钟，通过底板送到各个实验模块。4P01：输出 m序列或 4SW01设置的 8 比特串行数据，由4SW02 拨码器控制。4P02：4TP01对应的码元时钟。4P03:4TP01 对应的相对码。4TP01：4P01 对应的一些码型变换，由4SW02 拨码器控制。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 20 页 -4TP02：4TP01对应的码型变换时钟。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3拨码器 4SW02 设置“00000”，此时 4P01输出 15 位 2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。4 拨码器 4SW02设置“00001”，此时 4P01 输入 15 位 32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。5拨码器 4SW02 设置“00010”，此时 4P01输出 31 位 2KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。6 拨码器 4SW02设置“00011”，此时 4P01 输出 31 位 32KHZ伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点。由于位数（码长）较长，示波器无法看清稳定的波形。7拨码器4SW02设置“01110”或“01111”，此时 4P01 输出的波形为4SW01 拨码器设置的数据。改变拨码器4SW01 设置，用示波器测试4P01、4P02 测试点。读出输出基带信号的速率和码序列，记录其波形。8.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验记录与结论1拨码器 4SW02 设置“00000”，此时 4P01输出 15 位 2kHz 伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点，波形记录如下名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 20 页 -2 拨码器 4SW02设置“00001”，此时 4P01 输出 15 位 32kHz 伪随机码。用示波器测试4P01、4P02测试点，波形记录如下名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 20 页 -实验 4 FSK（ASK）调制解调实验一、实验目的1掌握 FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试；2掌握 FSK（ASK）锁相解调器工作原理及性能测试；3.学习 FSK（ASK）调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G 2FSK调制模块，位号A 3FSK解调模块，位号C 4噪声模块，位号B 520M双踪示波器1 台6小平口螺丝刀1 只7频率计1 台（选用）8信号连接线3 根三、实验原理数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。（一）FSK 调制电路工作原理FSK调制电路是由两个ASK调制电路组合而成，它的电原理图，如图5-1 所示。16K02为两ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块仅将1-2 脚相连，输出“1”码对应的ASK已调信号；用短路块仅将3-4 脚相连，输出“0”码对应的ASK已调信号。用短路块将1-2 脚及 3-4 脚都相连，则输出FSK已调信号。因此，本实验箱没有专门设置ASK实验单元电路。图 5-1 FSK 调制解调电原理框图16P01 调制信号输出16P02 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 20 页 -图 5-1 中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出 f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关 B关闭，模拟开关 A打开，此时输出 f2=16KHz；在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波变为正弦波，再送至模拟开关4066。载频 f1的幅度调节电位器16W01，载频 f2的幅度调节电位器 16W02。（二）FSK 解调电路工作原理FSK解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。FSK锁相环解调器原理图如图5-2 所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片图 5-2 FSK 锁相环解调器原理示意图MC4046。其中，压控振荡器的频率是由17C02、17R09、17W01等元件参数确定，中心频率设计在 32KHz左右，并可通过17W01电位器进行微调。当输入信号为32KHz时，调节17W01电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。四、各测量点和可调元件的作用1.FSK 调制模块16K02：两 ASK已调信号叠加控制跳线。用短路块将1-2 脚及 3-4 脚都相连，则输出 FSK已调信号。仅1-2 脚连通，则输出ASK已调信号。16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01 芯片(EPM240)编程产生。16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01 芯片(EPM240)编程产生。16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。17P02 17P01 调制信号输入17P01 解调信号输出17P02 成形电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 20 页 -16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。16P01：数字基带信码信号输入铆孔。16P02：FSK已调信号输出铆孔，此测量点需与16P01 点波形对比测量。2FSK解调模块17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。17P01：FSK解调信号输入铆孔。17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz 左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。3噪声模块3W01:噪声电平调节。3W02：加噪后信号幅度调节。3TP01:噪声信号测试点，电平由3W01调节。3P01:外加信号输入铆孔。3P02:加噪后信号输出铆孔。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“FSK 调制模块”、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用导线将4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4设置好跳线及开关：用短路块将16K02的 1-2、3-4 相连。拨码器 4SW02：设置为“00000”，4P01产生 2K 的 15 位 m序列输出。5载波幅度调节：16W01：调节 32KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。16W02：调节 16KHz载波幅度大小，调节峰峰值4V。用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。6FSK调制信号和巳调信号波形观察：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 20 页 -双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接16P02，调节示波器使两波形同步，观察 FSK调制信号和巳调信号波形，记录实验数据。7噪声模块调节：调节 3W01，将 3TP01噪声电平调为0；调节 3W02，调整 3P02信号幅度为4V。8FSK解调参数调节：调节 17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16 KHz行不行？），同时可用频率计监测 17TP02信号频率。9无噪声FSK解调输出波形观察：调节 3W01，将 3TP01噪声电平调为0；双踪示波器触发测量探头接16P01，另一测量探头接 17P02。同时观察FSK调制和解调输出信号波形，并作记录，并比较两者波形，正常情况，两者波形一致。如果不一致，可微调17W01电位器，使之达到一致。10加噪声 FSK解调输出波形观察：调节 3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。11ASK实验与上相似，这儿不再赘述。12关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。注：由于本实验中载波频率为16KHz、32KHz，所以被调制基带信号的码元速率不要超过 4KHz。六、实验记录与结论11 码的基带信号0 码的基带信号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 20 页 -2.0/1码3.特殊码序列名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 20 页 -4.FM 调制前后波形5.调制前波形和不加噪声的译码结果6.调制前波形和加噪声的译码结果实验结论：未加噪声的信号解调后与调制前一样，加了噪声之后会产生错误名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 20 页 -