通信原理实验指导书(2015)

通信原理

电气与信息工程学院

2015年3月

目 录

实验一 基带信号的常见码型变换实验 ....................................................................... 2 实验二 AMI / HDB3码编译码实验............................................................................. 8 实验三 眼图观察测量实验 ......................................................................................... 11 实验四 FSK(ASK)调制解调实验 ............................................................................... 15 实验五 PCM编译码系统实验 ................................................................................... 19

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实验一 基带信号的常见码型变换实验

一、实验目的

1．熟悉RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST码型变换原理及工作过程； 2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形。

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．20M双踪示波器1台

三、实验工作原理

在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性： 1) 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少； 2) 便于从信号中提取定时信息；

3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰； 4) 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； 5) 编译码设备要尽可能简单 1.1 单极性不归零码（NRZ码）

单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。

E10100110

0图1-1 单极性不归零码

1.2 双极性不归零码（BNRZ码）

二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。

E101001100E

图 1-2 双极性不归零码

1.3 单极性归零码（RZ码）

单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。

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E10100110

0图 1-3 单极性归零码

1.4 双极性归零码（BRZ码）

它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。

E101001100E图 1-4 双极性归零码

1.5 曼彻斯

曼彻斯又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。 例如：

消息代码： 1 1 0 0 1 0 1 1 0„ 曼彻斯：10 10 01 01 10 01 10 10 01„

曼彻斯只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯在每个码元中期的中心点都存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。

E101001100E图 1-5 曼彻斯特编码

1.6 CMI码

CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：

“1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示； “0”码固定的用“01”两位码表示。 例如：

消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0„ CMI码： 11 01 00 01 01 11 00 01„ 或： 00 01 11 01 01 00 11 01„

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E101001100E图 1-6 CMI码

1.7 密勒码

米勒（Miller）码又称延迟调制码，它是双向码的在一种变形。 它的编码规则如下：

“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。具体在选择“10”或“01”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元是“1”，则选择和这个“1”码相同的编码值；如果前一个码元为“0”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“0”编码为“00”，则紧跟的“1”码编码为“01”，如果“0”编码为“11”，则紧跟的“1”码编码为“10”。

“0”码则根据情情况选择用“00”或“11”表示。具体在选择“00”或“11”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元为“0”，则选择和这个“0”码不同的编码值；如果前一个码元为“1”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“1”码编码为“01”，则紧跟的“0”码编码应为“11”,如果“1”码编码为“10”，则紧跟的“0”码编码应为“00”。

具体编码示例如下： 例如：

消息代码：1 1 0 1 0 0 1 0„ 密勒码： 10 10 00 01 11 00 01 11„ 或： 01 01 11 10 00 11 10 00„

E110100100E图 1-7 密勒编码

1.8 成对选择三进码（PST码）

PST码是成对选择三进码，其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制码字（＋、－、0）。因为两个三进制数字共有9种状态，故可灵活的选择其中4种状态。表格 1列出了其中一种使用广泛的格式，编码时两个模式交替变换。

表格 1 PST码

二进制代码 0 0

＋模式 － ＋ －模式 － ＋ 4

0 1 1 0 1 1 0 ＋ ＋ 0 ＋ － 0 — － 0 ＋ － PST码能够提供的定时分量，且无直流成分，编码过程也简单，在接收识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时，因为在“分组”编码时不可能出现00、++和—的情况，如果接收识别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。 例如：

消息代码：01 00 11 10 10 11 00„ PST码： 0+ -+ +- -0 +0 +- -+„ 或:： 0- -+ +- +0 -0 +- -+„ 01001110101100

图 1-8 PST码

2.码型变换原理：

码型变换内部结构组成框图如下图（4TP01为编码输出，4TP02为编码时钟）。

4TP01 4SW01拨码器 码型变换单

元 15位伪随机码 变换的码型输出 4SW02

编码时钟4TP02 4SW02

图1-9 码型变换内部结构组成框图

四、实验步骤

1．插入有关实验模块

在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块： 模块名称 放置位号 G 时钟与基带数据发生模块 口一致。 2．加电

对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆

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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．实验内容设置

将“4SW02”（G）拨码开关设置为“1XXXX”，则选择了模块的线路编码功能，具体编码方式参考下表的码型选择表：

表格 4SW02开关码型选择表：

1XXXX 1X000 1X001 1X010 1X011 码型

注：第2位，X=0时基带数据为4SW01拨码器设置数据，X=1时基带数据为15位m序列，设置的基带数据可以在4P01铆孔测试。 4．编码观测

 RZ（单极性归零码）

（1）将4SW02设置为“10000”，选择RZ（单极性归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。  BNRZ（双极性不归零码）

（1）将4SW02设置为“10001”，选择BNRZ（双极性不归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。  BRZ（双极性归零码）

（1）将4SW02设置为“10010”，选择BRZ（双极性归零码）模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。  CMI码

（1）将4SW02设置为“10011”，选择CMI码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。  曼彻斯

（1）将4SW02设置为“10100”，选择曼彻斯模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。

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1X100 1X101 1X110 PST RZ BNRZ BRZ CMI 曼彻斯特 密勒  密勒码

（1）将4SW02设置为“10101”，选择密勒码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。  PST码

（1）将4SW02设置为“10110”，选择PST码模式；

（2）用示波器同时观测4P01和4TP01，观察码型变换前的基带数据和码型变换后的数据。（变换后有一个码元的延时）

（3）改变4SW01（8bit基带数据）拨码开关的值，观察码型变换的结果变化。 5．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、实验报告要求

1．根据实验结果，画出各种码型变换的测量点波形图。 2．写出各种码型变换的工作过程。

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实验二 AMI / HDB3码编译码实验

一、实验目的

1．熟悉AMI / HDB3码编译码规则； 2．了解AMI / HDB3码编译码实现方法。

二、实验仪器

1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．20M双踪示波器1台 4．信号连接线1根

三、实验原理

1.AMI编码原理

AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：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„

由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，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。

从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B／1T码型。 2.HDB3编码原理

HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连“0”码在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。 HDB3码编码规则如下：

1) 二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。

2) 取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安排要满足以下两个要求：

（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份）。

（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是V码？以恢复成原二进制码序列）。

当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+

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或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。

3．HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。

四、各测量点及开关的作用

20K01：1-2，实现AMI功能；2-3，实现HDB3功能 20P01：数字基带信码输入铆孔。

可从“时钟与基带数据发生模块”引入不同的数字信号进行编码，如全“1”、 全“0”及其它码组等。拨码器4SW02：当设置为“01110”时，则4P01输出由4SW01拨码器设置的8比特数据，速率为K；当设置为“00001”时，则4P01输出15位的伪随机码数据，速率为32K。

20TP01：AMI或HDB3码编译码的KHz工作时钟测试点。 20TP02：AMI或HDB3码编码时的负向波形输出测试点。 20TP03：AMI或HDB3码编码时的正向波形输出测试点。 20TP04：AMI或HDB3码编码输出测试点。 20P02:译码数字基带信码输出铆孔。

注：20TP02.20TP03.20TP04编码输出信号，都比数字基带信号20P01延时4个编码时钟周期，20TP01作为4连0检测用；20P02译码还原输出的数字基带信号，也比数字编码信号21TP04延时4个译码时钟周期。

五、实验内容及步骤

1．插入有关实验模块

在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块： 模块名称 放置位号 G F 时钟与基带数据发生模块 AMI/HDB3编译码模块 口一致。 2．信号线连接

使用专用导线按照下表进行信号线连接： 源端 4P01（G） 3．加电

目的端 连线作用 对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆

20P01（F） 将K的基带信号送入AMI/HDB3编码输入端； 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．实验内容设置

将“4SW02”（G）拨码开关设置为“01111”，则4P01输出K时钟数据，该数据对应8位拨码开关4SW01的值，并循环输出。

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5．AMI码编码观测

（1）将20K01（F）跳线器，跳到左边（AMI）位置，则模块工作在AMI编码模式； （2）用示波器同时测量20P01和20TP04，观测编码前基带数据和AMI编码后数据； 20TP02和20TP03为编码输出的正负向脉冲，可对比20TP04进行观测。

（3）改变4SW01（G）拨码开关的值，观察AMI编码数据的变化。例如设置全“0”数据，或者全“1”数据进行观测。

（4）用示波器同时测量20P01和20P02，观察编码前和译码后数据是否相同。 6．HDB3码编码观测

（1）将20K01（F）跳线器，跳到右边（HDB3）位置，则模块工作在HDB3编码模式； （2）用示波器同时测量20P01和20TP04，观测编码前基带数据和HDB3编码后数据。 （3）改变4SW01（G）拨码开关的值，观察HDB3编码数据的变化。例如设置全“0”数据，或者全“1”数据进行观测。

（4）用示波器同时测量20P01和20P02，观察编码前和译码后数据是否相同。 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、实验报告要求

1．根据实验结果，画出AMI/HDB3码编译码电路的测量点波形图，在图上标上相位关系。 2．根据实验测量波形，阐述其波形编码过程。

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实验三 眼图观察测量实验

一、实验目的

1.学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。

二、实验仪器

1. 眼图观察电路（底板右下侧） 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．噪声模块，位号E 4．100M双踪示波器1台

三、实验原理

在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。 我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。

眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。

在图2-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。

图2-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。

为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图2-2的形状。

由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图2-3所示。

衡量眼图质量的几个重要参数有：

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1．眼图开启度(U-2ΔU)/U

指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。

1 0 -1 +110信号波形100眼图01T(a)无失真时

(a)有失真时图2-1 无失真及有失真时的波形及眼图

(a) 无码间串扰时波形；无码间串扰眼图 (b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图

最佳取样时间

ΔT(最佳取样点)

ΔUU+U-零点位置的失真噪声容限对定时误差的灵敏度Ta取样失真

图2-2 眼图的重要性质

其中U=U++U-

2．“眼皮”厚度2ΔU/U

指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。

3．交叉点发散度ΔT/T

指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。 4．正负极性不对称度

指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。 最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。

在图2-3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成

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PSK解调输出基带信号的眼图观测实验。

(a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统 图2-3 实验室理想状态下的眼图

四、各测量点和可调元件作用

底板右下侧“眼图观察电路” W06：接收滤波器特性调整电位器。 P16：眼图观察信号输入点。

P17：接收滤波器输出升余弦波形测试点（眼图观察测量点）。

五、实验步骤

1．插入有关实验模块：

在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块： 模块名称 放置位号 G E 时钟与基带数据发生模块 噪声模块 口一致。 2．信号线连接

使用专用导线按照下表进行信号线连接： 源端 4P01（G） 3P02（G） 3．加电

目的端 3P01（E） 连线作用 对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆

将待传输的码元数据送入高斯白噪声信道； P16（底板） 将经过加噪后的信号送入眼图观察电路； 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．实验内容设置

拨码器“4SW02”（G）设置为“00011”，4P01产生32K的 511位m序列； 5．眼图观测

（1）用示波器的一根探头CH1放在“4P02”（G）上，另一根探头CH2放在“P17”（底板）上，选择示波器触发方式为CH1。

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（2）调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1.0交替码产生。

 无噪声眼图波形观察

（1）调节3W01（E）电位器，将3TP01噪声电平调为0，使传输信道无噪声；

（2）调整接收滤波器Hr()（这里可视为整个信道传输滤波器H()）的特性，使之构成一个等效的理想低通滤波器。观看眼图，调整电位器W06直到眼图波形的过零点位置重合、线条细且清晰，此时的眼图为无码间串扰、无噪声时的眼图。在调整电位器W06过程中，可发现眼图波形过零点线条有时弥散，此时的眼图为有码间串扰、无噪声时的眼图，并且线条越弥散，表示码间串扰越大；在调整过程中，还可发现W06在多个不同位置，眼图波形的过零点都重合，由于W06不同位置，对应H()的不同特性，它正好验证了无码间串扰传输特性不是唯一的。

 有噪声时眼图波形观察

调节3W01（E），逐渐增加噪声电平。在增大噪声电平的过程中，注意观察眼图的形状变化，分析噪声电平对眼图的影响，反过来通过不同状态的眼图，分析当前传输信道的噪声。

 调整眼图电路参数后眼图观察

调节W06（底板）电位器，改变眼图信道传输滤波器的带宽，在调整过程中，分析信道带宽对眼图电路的影响，并结合眼图理论分析带宽、码间串扰 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。

六、实验报告要求

1．分析电路的工作原理，叙述其工作过程。 2．叙述眼图的产生原理以及它的作用。

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实验四 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．信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制模块，位号：A,B位 2．FSK解调模块，位号：C位

3．时钟与基带数据发生模块，位号：G位 4．100M双踪示波器

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的调制模块采用了可编程逻辑器件+D/A转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成ASK，FSK调制，还可以完成PSK，DPSK，QPSK，OQPSK等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ASK，FSK调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。

图4-1 FSK调制电路原理框图

图4-1中，基带数据时钟和数据，通过JCLK和JD两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成ASK或FSK的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过D/A器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。

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ASK/FSK系统中，默认输入信号应该为2K的时钟信号，在时钟与基带数据发生模块有2K的M序列输出，可供该实验使用，可以通过连线将时钟和数据送到JCLK和JD输入端。标有ASK.FSK的输出铆孔为调制信号的输出测量点，可以通过按动模块上的SW01按钮，切换输出信号为ASK或FSK，同时LED指示灯会指示当前工作状态。 （二） FSK解调电路工作原理

图4-2 FSK锁相环解调器原理示意图

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6-2所示。FSK锁相解调器采用集成锁相环芯片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. 信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块（A、B位）

2．FSK解调模块（C位）

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；

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L01：指示调制状态，L01亮时，ASK,FSK铆孔输出ASK调制信号； L02：指示调制状态，L02亮时，ASK,FSK铆孔输出FSK调制信号； JCLK：2K时钟输入端； JD：2K基带数据输出端；

ASK、FSK：FSK或ASK调制信号输出端； SW01：调制模式切换按钮。

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。

五、实验内容及步骤

1．插入有关实验模块

在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块：

模块名称 时钟与基带数据发生模块 信道编码与ASK.FSK.PSK.QPSK调制 FSK解调模块 噪声模块 口一致。 2．信号线连接

使用专用导线按照下表进行信号线连接： 源端 4P01（G） 4P02（G） 目的端 JD（AB） 连线作用 为FSK调制输入2K的15位m序列； 将调制输出送入噪声模块，为FSK调制后信号加噪； 放置位号 G A、B C E 对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆

JCLK（AB） 为FSK调制输入2K的基带时钟； ASK、FSK（AB） 3P01（E） 3P02（E） 3．加电

17P01（D） 将加噪后的调制信号送入FSK解调输入模块； 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．实验设置

设置拨码器4SW02（G）为“00000”，则4P01产生2K的 15位m序列输出，4P02产生2K的码元时钟。

按动SW01（AB）按钮，使L02指示灯亮，“ASK、FSK”铆孔输出为FSK调制信号。 6．FSK调制信号波形观察

用示波器通道1观测“4P01”（G），通道2观测“ASK、FSK”（A&B），调节示波器使两波形同步，观察基带信号和FSK调制信号波形，分析对应“0”和“1”载波频率，记录实验数据。

7．FSK解调观测  无噪声FSK解调

（1）调节3W01（E），使3TP01信号幅度为0，即传输的FSK调制信号不加入噪声。 （2）用示波器分别观测JD（AB）和17P02（C），对比调制前基带数据和解调后基带数据。两路数据是否有延时，分析其原理。

（3）调节解调模块上的17W01（C）电位器，使压控振荡器锁定在32KHz，同时注意对

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比JD（AB）和17P03（C）的信号是否相同。  加入噪声FSK解调

（1）在保持上述连线（无噪声时）不变的情况下，逐渐调节3W01（E），使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比（S/N），观察解调信号波形是否还能保持正确。

（2）用示波器观察3P01（E）和3P02（E），分析加噪前和加噪后信号有什么差别。 8.ASK调制解调观测

ASK调制解调操作和FSK操作类似，不同点在于需调整SW01（AB），使L01指示灯亮，则“ASK FSK”输出为ASK调制。

其他操作和测量参考FSK调制解调完成。 9．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、实验报告要求

1．根据实验的连线关系，画出实验结构示意图。 2．画出FSK、ASK各主要测试点波形。

3．分析其输出数字基带信号序列与发送数字基带信号序列相比有否产生延迟，这种解调方式在什么情况下会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题?

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实验五 PCM编译码系统实验

一、实验目的

1．掌握PCM编译码原理与系统性能测试；

2．熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法；

3．学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。

二、实验仪器

1．PCM/ADPCM编译码模块，位号：H 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．100M双踪示波器 1台 4．信号连接线 3根 5．小平口螺丝刀 1只

三、实验原理

脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。PCM通信系统的实验方框图如图4-1所示。

工作时钟 P03 34P01 TP3057 抽 样 量 化 A/D D/A 低 通 滤 波 译 码 再 生 编 码 34P02 DDS信号源 P15 P14 34P04 信 道 收端 功放 34P03 图4-1 PCM通信系统实验方框图

在PCM脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每一抽样值编8位码（即为2=256个量化级），因而每话路PCM编码后的标准数码率是kB。本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片（见图2-1中的虚线框）。此芯片采用a律十三折线编码，它设计应用于PCM 30/32系统中。它每一帧分32个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入30个用户，每个用户各占据一个时隙，另

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外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。各用户PCM编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户，在一个PCM 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的PCM编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。

本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将PCM 帧的传输速率设置为Kbit/s或128Kbit/s两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用示波器观测。此时一个PCM 帧里，可容纳的PCM编码分别为1路或2路。另外，发送时序FSX与接收时序FSR使用相同的时序，测试点为34TP01。实验结构框图已在模块上画出了，实验时需用信号连接线连接34P02和34P03两铆孔，即将编码数据直接送到译码端，传输信道可视为理想信道。

另外， TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内有效。

四、各测量点的作用

34TP01：发送时序FSX和接收时序FSR输入测试点，频率为8KHz的矩形窄脉冲； 34TP02：PCM线路编译时钟信号的输入测试点； 34P01：模拟信号的输入铆孔； 34P02：PCM编码的输出铆孔； 34P03：PCM译码的输入铆孔；

34P04：译码输出的模拟信号铆孔，波形应与34P01相同。

注：一路数字编码输出波形为8比特编码(一般为7个半码元波形,最后半个码元波形被芯片内部移位寄存器在装载下一路数据前复位时丢失掉)，数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。

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，按照下表放置模块： 模块名称 时钟与基带数据发生模块 PCM/ADPCM编译码模块 口一致。 2．信号线连接 源端 目的端 连线作用 P03（底板） 34P01（H） 将连续的模拟信号送入PCM编码输入端； 34P02（H） 32P04（H） 3．加电

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放置位号 G H 对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆

34P03（H） 将PCM编码输出端数据送入PCM译码输入端； P14（底板） 将PCM译码还原信号送入接收滤波器及功放输入端。 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．PCM的编码时钟设定

“时钟与基带数据发送器模块”上的拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为KHZ（后面将简写为：拨码器4SW02）。拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。

4．将时钟设置为KHZ时，模拟信号为正弦波的 PCM编码数据观察 （1）拨码器4SW02设置“01000”，则PCM的编码时钟为KHZ。

（2）双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察抽样脉冲及 PCM编码数据。DDS信号源设置为正弦波状态(通常频率为2KHZ)，调节W01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。特别注意观察，当无信号输入时，或信号幅度为0时，PCM编码器编码为11010101或为01010101，并不是一般教材所讲授的编全0码。因为无信号输入时，或信号幅度为0经常出现，编全0码容易使系统失步，所以编码时对编码数据奇数位进行了取反操作。注意，本实验时钟为KHZ，一帧中只能容纳1路信号。若用普通示波器要观察到稳定波形，通常正弦波频率设为2KHZ或1KHZ。

（3）双踪示波器探头分别接在34P01和34P04，观察译码后的信号与输入正弦波是否一致。

5．时钟为128KHZ，模拟信号为正弦波的PCM编码数据观察

上述信号连接不变，将拨码器4SW02设置“01001”，则PCM的编码时钟为128KHZ。 双踪示波器探头分别接在测量点34TP01和34P02，观察抽样脉冲及 PCM编码数据。DDS信号源设置为正弦波状态(通常频率为2KHZ)，调节W01电位器，改变正弦波幅度，并仔细观察PCM编码数据的变化。注意，此时时钟为128KHZ，一帧中能容纳2路信号。本PCM编码仅一路信号，故仅占用一帧中的一半时隙。用示波器观察34P01和34P04两点波形，比较译码后的信号与输入正弦波是否一致。 6．语音信号PCM编码、译码试听

将拨码器4SW02设置为“01000”，此时PCM编码时钟为KHZ。

用专用导线将P05（用户电话语音信号发送输出）与34P01（模拟信号的输入）连接；34P04（译码输出的模拟信号）与P14连接，34P02（编码输出）与34P03（译码输入）相连。对着用户电话话筒讲话，在扬声器中试听，直观感受PCM编码译码的效果（接收滤波器截止频率设为2.6KHZ）。 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、实验报告要求

1．当输入的模拟信号的幅度调节为0时，画出实验过程中各测量点的波型图，注意对应相位、时序关系。

2．观察正弦波（通常频率设为2KHZ或1KHZ，峰峰值0V～4V）的编码波形，读出正弦波的峰峰值及对应的编码数据（每组四个点，至少记录6-10组峰峰值及对应的编码数据）；

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设计表格，记录实验数据并做分析，得出你的结论。

3．写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。

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