通信原理實驗指導(dǎo)書

1、實驗一：抽樣定理實驗、實驗?zāi)康?、熟悉TKCS AS型通信系統(tǒng)原理實驗裝置；2、熟悉用示波器觀察信號波形、測量頻率與幅度;3、驗證抽樣定理；、實驗預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中有關(guān)抽樣定理的內(nèi)容;2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理和電路說明1、概述在通信技術(shù)中為了獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，就必須充分利用信道的傳輸能力，擴(kuò)大通信容量。因此，采取多路化制式是極為重要的通信手段。最常用的多路復(fù)用體制是頻分多路復(fù)用(FDM)通信系統(tǒng)和時分多路復(fù)用(TDM)通信系統(tǒng)。頻分多路技術(shù)是利用不同頻率的正弦載波對基帶信號進(jìn)行調(diào)制，把各路基帶信號頻譜搬移到不同的頻段上，在同一信道上傳輸。 而時分多路系統(tǒng)

2、中則是利用不同時序的脈沖對基帶信號進(jìn)行抽樣，把抽樣后的脈沖信號按時序排列起來，在同一信道中傳輸。(PAM)信PCM編利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為“抽樣” ，抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅 號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復(fù)出原 信號。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)的。 在工作設(shè)備中，抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步。抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。作為例子，圖1-1示意地畫出了傳輸一路語音信號的 PCM系統(tǒng)。從圖中可以看出要實現(xiàn)對語音的 碼，首先就要

3、對語音信號進(jìn)行抽樣，然后才能進(jìn)行量化和編碼。因此，抽樣過程是語音信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)， 也是一切模擬信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)。PAMJLTUPAMJLTL語音 信號語音信號圖1-1單路PCM系統(tǒng)示意圖為了讓實驗者形象地觀察抽樣過程，加深對抽樣定理的理解，本實驗提供了一種典型的抽樣電路。除此，本實驗還模擬了兩路PAM通信系統(tǒng)，從而幫助實驗者初步了解時分多路的通信方式。2、抽樣定理抽樣定理指出，一個頻帶受限信號 m(t)如果它的最高頻率為 5(即m(t)的頻譜中沒有fH以上的分量)，可以唯 一地由頻率等于或大于 2fH的樣值序列所決定。因此，對于一個最高頻率為3400Hz的語音信號m(t)，可以用頻率

4、大于或等于6800Hz的樣值序列來表示。抽樣頻率 fs和語音信號 m(t)的頻譜如圖1-2和圖1-3所示。由頻譜可知，用截止頻率為fH的理想低通濾波器可以無失真地恢復(fù)原始信號m(t)，這就說明了抽樣定理的正確性。實際上，考慮到低通濾波器特性不可能理想，對最高頻率為3400Hz的語音信號，通常采用8KHz抽樣頻率，這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶，見圖1-4。如果fs2J，就會出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖1-5所示。在驗證抽樣定理的實驗中，我們用單一頻率fH的正弦波來代替實際的語音信號，采用標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率fs=8KHz， 改變音頻信號的頻率 fH，分別觀察不同頻率時，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號，體

5、會抽樣定理的正確性。圖1-4留出防衛(wèi)帶的語音信號的抽樣頻譜圖1-5 fs|UP|，則場效應(yīng)晶體管處于夾斷狀態(tài)，輸出信號為“0”。抽樣脈沖來時，驅(qū)動三極管導(dǎo)通，發(fā)射極+5V電壓加到驅(qū)動二極管， 使之反向偏置。從截止到導(dǎo)通的跳變電壓經(jīng)跨接在二極管兩端的電容加到場效應(yīng)晶體管的G極。使柵極、源極之間的電壓迅速達(dá)到場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通的數(shù)值，并一直達(dá)到使源極電壓等于漏極上的模擬電壓。這樣，抽樣脈沖期間模擬電壓經(jīng)場效應(yīng)晶體管開關(guān)加到負(fù)載上。由于抽樣電路的負(fù)載是一個電阻，因此抽樣的輸出端能得到一串脈沖信號。此脈沖信號的幅度與抽樣時輸入信號的瞬時值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的寬度相同。這樣，脈沖信號就是脈沖調(diào)

6、幅信號。當(dāng)抽樣脈沖寬度遠(yuǎn) 小于抽樣周期時，電路輸出的結(jié)果接近于理想抽樣序列。由圖I 6可知，用一低通濾波器即可實現(xiàn)模擬信號的恢復(fù)。為便于觀察，解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器組成，低通濾波器的截止頻率為3400Hz。四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟（一）、準(zhǔn)備工作1、觀察本實驗電路部分及所需直流電壓；2、打開交流電源總開關(guān)，用短線接上直流電壓；（一）、抽樣脈沖和分路脈沖的形成用示波器觀察各脈沖信號，記錄信號的波形、頻率、幅度及脈沖寬度；1、了解TKCS-AS型通信系統(tǒng)原理實驗裝置的結(jié)構(gòu)；2、用示波器觀察主振脈沖（TP1）信號；1幅度：V周期：s頻率：Hz主振脈沖（TP1）3、用示

7、波器觀察分路抽樣脈沖（分路抽樣脈沖（TP2 ）和（TP3）4、用示波器觀察分路抽樣脈沖（分路抽樣脈沖（TP2）和（TP3）TP2）和（TP3）信號;幅度：V周期：s頻率： HzTP2）和（TP3）信號；幅度：V周期： s頻率：Hz5、比較（TP2） （ TP2）、（TP3）（ TP3）的相位; 比較結(jié)果：（二）、驗證抽樣定理1、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端，調(diào)節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=1KHz 、Vp-p = 2V ;2、正弦波信號從信號輸入端（TP4）輸入；3、連接（TP2） （ TP6）;4、 以（TP4）作比較信號，觀察抽樣后形成的PAM信號（TP8）,調(diào)整示波器觸

8、發(fā)同步，使波形在示波 器上穩(wěn)定，計算一個周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，核對信號頻率與抽樣頻率的關(guān)系；幅度:周期:V s Hz頻率:5、改變信號頻率f ;計算一個周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，填入下表:f (Hz)3005001000200030005000抽樣次數(shù)6、連接（TP2） （ TP6） ; （TP8） （ TP14）在（TP15）觀察經(jīng)低通濾波器和放大器的解調(diào)信號，測 量其頻率確定和輸入信號的關(guān)系，驗證抽樣定理。幅度：v周期：s頻率： Hz六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線和波形。2、抽樣定理的內(nèi)容和公式？3、實驗心得與體會。實驗二：脈沖調(diào)幅（PAM實驗一、實驗?zāi)康?、觀察了解PAM信號的形成過程

9、；2、了解PAM的平頂展寬解調(diào)過程；3、低通濾波器在解調(diào)中的作用；二、實驗預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中有關(guān) PAM的內(nèi)容；2、復(fù)習(xí)模擬通信系統(tǒng)和基帶傳輸?shù)挠嘘P(guān)章節(jié)；3、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理1、多路脈沖調(diào)幅（PAM信號的形成和解調(diào)）多路脈沖調(diào)幅的實驗框圖如圖2 7所示。在實驗中，連接（TP8）和（TP11）、（ TP13）和（TP14）就構(gòu)成了倍號相倍 V低今11in詛1jfi#3 I _LT彌2 | -LT多路脈沖調(diào)幅實驗框圖分路抽樣電路的作用是：將在時間上連續(xù)的語音信號經(jīng)脈沖抽樣形成時間上離散的脈沖調(diào)幅信號。n路抽樣多路脈沖調(diào)幅實驗電路。脈沖在時間上是互不交叉、順

10、序排列的。各路的抽樣信號在多路匯接的公共負(fù)載上相加便形成合路的脈沖調(diào)幅信號。本實驗設(shè)置了兩路分路抽樣電路。多路脈沖調(diào)幅信號進(jìn)入接收端后，由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路 PAM信號。發(fā)送端分路抽樣與接收端分路選通是一一對應(yīng)的，這是依靠它們所使用的定時脈沖的對應(yīng)關(guān)系決定的。為簡化實驗系統(tǒng)，本實驗的分路選通脈沖直接利用該路的分路抽樣脈沖經(jīng)適當(dāng)延遲獲得。接收端的選通電路也采用結(jié)型場效應(yīng)晶體管作為開關(guān)元件，但輸出負(fù)載不是電阻而是電容。采用這種類似于平頂抽樣的電路是為了解決PAM解調(diào)信號的幅度問題。由于時分多路的需要，分路脈沖的寬度t是很窄的。當(dāng)占空比為ts / T s的脈沖通過話路低通濾波器后

11、，低通濾波器輸出信號的幅度很小。這樣大的衰減帶來的后果是嚴(yán)重的。但是，在分路選通后加入保持電容，可使 分路后的PAM信號展寬到100%的占空比，從而解決信號幅度衰減過大的問題。但我們知道平頂抽樣將引起固 有的頻率失真。PAM信號在時間上是離散的，但在幅度上卻是連續(xù)的。而在PCM系統(tǒng)里，PAM信號只有在被量化和編碼后才有傳輸?shù)目赡?。本實驗僅提供一個PAM系統(tǒng)的簡單模式。2、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路際串話路際串話是衡量多路系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。路際串話是指在同一時分多路系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信號串?dāng)_到其它話路上去，這樣就產(chǎn)生了同一端機(jī)中的各路通話之間的串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者造成失

12、密或影響正常通話：后者等于噪聲干擾。對路際串話必須設(shè)法防止。一個實用的通話系統(tǒng)必須滿足對路際 串話規(guī)定的指標(biāo)。在一個理想的傳輸系統(tǒng)中，各路PAM信號應(yīng)是嚴(yán)格地限制在本路時隙中的矩形脈沖。但如果傳輸PAM信號的通道頻帶是有限的，則PAM信號就會出現(xiàn)“拖尾”的現(xiàn)象，當(dāng)“拖尾”嚴(yán)重，以至侵入鄰路隙時，就產(chǎn)生了路際串話。在考慮通道頻帶高頻端時，可將整個通道簡化為圖2-8所示的低通網(wǎng)絡(luò)，它的上截止頻率為：fi=1 / (2 n R1C1)圖2-8通道的低通等效網(wǎng)絡(luò)為了分析方便，設(shè)第一路有幅度為V的PAM脈沖，而其它路沒有。當(dāng)矩形脈沖通過圖2-8(a)所示的低通網(wǎng)絡(luò)，輸出波形如圖2-8(b)所示。脈沖終了

13、時，波形按RiCi時間常數(shù)指數(shù)下降。這樣，就有了第一路脈沖在第二路時隙上的殘存電壓一一串話電壓厶U,這種由于信道的高頻響應(yīng)不夠引起的路際串話就叫做高頻串話。當(dāng)考慮通道頻帶的低頻端時，可將通道簡化為圖2-9所示的高通網(wǎng)絡(luò)。它的下截止頻率為:f2=1 / (2 n R2C2)由于R2C2 t所以當(dāng)脈沖通過圖 2-9(a)所示的高通網(wǎng)絡(luò)后，輸出波形如圖2-9(b)所示。長長的“拖尾”影響到相隔很遠(yuǎn)的時隙。若計算某一話路上的串話電壓，則需要計算前n路對這一路分別產(chǎn)生的串話電壓，積累起來才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應(yīng)不夠而引起的路際串話就叫做低頻串話。解決低頻串話是一項很困難的工作。氐r來鬲(

14、b)圖2-9 通道的高頻等效電路四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟1、 打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端，調(diào)節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波f = 1KHz、 Vp-p = 2V ;2、正弦波信號從信號輸入端(TP4)輸入；3、連接(TP2) ( TP6)、(TP8)( TP11)、(TP13)( TP14)、(TP3)( TP12);4、 在(TP13 )觀察選通后的單路解調(diào)展寬信號，用示波器讀出t的寬度(單位為us) ; t = (us);單路解調(diào)展寬信號(TP13)5、改變信號頻率f，在(TP15)觀察經(jīng)低通濾波器放大后的音頻信號，測量整個系統(tǒng)的頻率特性幅度：v周期：s

15、頻率：Hz單路解調(diào)展寬信號（TP13）測量整個系統(tǒng)的頻率特性，測試數(shù)據(jù)填入下表:f (Hz)3005001000200030005000TP15 (Vp-p )六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線和波形;2、回答：PAM信號是怎樣形成的？3、實驗心得與體會。實驗三：脈沖編碼調(diào)制（PCM實驗、實驗?zāi)康?、了解語音信號編譯碼的工作原理；2、驗證PCM編碼原理；3、初步了解PCM專用集成電路的工作原理和應(yīng)用;4、了解語音信號數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)及測試方法； 、實驗預(yù)習(xí)要求1、 復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中有關(guān)編譯碼和PCM通信系統(tǒng)的內(nèi)容;2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理1、概述圖3-

16、1 PCM數(shù)字電話終端機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖脈沖編碼（PCM）技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。十多年來，由于超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，PCM通信設(shè)備在縮小體積、減輕重量、降低功耗、簡化調(diào)試以及方便維護(hù)等方面都有了顯著的改進(jìn)。目前，數(shù) 字電話終端機(jī)的關(guān)鍵部件，如編譯碼器（Codec）和話路濾波器等都實現(xiàn)了集成化。本實驗是以這些產(chǎn)品編排的PCM編譯碼系統(tǒng)實驗，以期讓實驗者了解通信專用大規(guī)模集成電路在通信系統(tǒng)中應(yīng)用的新技術(shù)。PCM數(shù)字電話終端機(jī)的構(gòu)成原理如圖3-1所示。實驗只包括虛線框內(nèi)的部分，故名PCM編譯碼實驗。2、實驗原理和電路PCM編譯碼系統(tǒng)由定時部分和 PCM編譯碼器構(gòu)成。（一）、PCM編

17、譯碼原理為適應(yīng)語音信號的動態(tài)范圍，實用的PCM編譯碼必須是非線性的。目前，國際上采用的均是折線近似的對數(shù)壓擴(kuò)特性。CCITT。的建議規(guī)定以13段折線近似的 A律（A=87.56）和15段折線近似的律（卩=255）作為國際標(biāo) 準(zhǔn)。A律和u律的量化特性初始段如圖3-2（a）和圖3-2（b）所示。圖3-2 量化特性這種折線近似壓擴(kuò)特性的特點是：各段落間量階關(guān)系都是2的倍數(shù)，在段落內(nèi)為均勻分層量化，即等間隔16個分層。這些對于用數(shù)字電路實現(xiàn)非線性編碼與譯碼是極為方便的。(二) 、PCM編譯碼器簡介本實驗PCM編譯碼器采用了 TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是CMOS工藝制造的單片 PCM A/卩律編

18、譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067的管腳如圖3-3所示。TP3067的管腳定義簡述如下：(1) VPO+接收功放的同向輸出。GNDA模擬地。所有信號以這個引腳為參考點。(3) VPO-接收功放的反向輸出。(4) VPI將輸入轉(zhuǎn)換到接收功放。(5) VFRO接收濾波器的模擬輸出。(6) VCC(7) FSR(8) DR正電源引腳。VCC : +5V 5%接收部分的8KHz幀同步時隙信號。PCM碼流解碼輸入。(9) BCLKR/CLKSET接收數(shù)據(jù)(DR)時鐘，在固定速率工作模式下為2048K。 FSR的上升沿，可以從64KHZ變化到2.048MHz。邏輯輸入可以交替地選擇在同步

19、模式下提供給主時鐘的1.536MHz / 1.554MHz或2.048MHz , BCLKX用于傳輸和接收。(10) MCLKR /PDN接收主時鐘。1.544MHz或2.048MHz。可以與 MCLK同步，但最好是在最佳性能時與 MCLKX同步。在MCLKR持續(xù)低時，全部內(nèi)部定時選擇 MCLKX 。在MCLKR持續(xù)高時，器件 處于低功耗狀態(tài)。(11) MCLKX 傳輸主時鐘必須是 1.536MHz , 1.544MHz或2.048MHz可以與 MCLKR 同步。(12)BCLKX 但必須與MCLKX傳輸數(shù)據(jù)(DX)位時鐘，固定速率工作模式下為 同步。2048K 可以從 64KHz 變化到 2

20、.048MHz ,(13) DX編碼數(shù)據(jù)輸出，通過 FSX使能。(14) FSX發(fā)送部分的8KHz幀同步時隙信號，(15) TSX編碼時的消耗輸出.(佝ANLB控制輸入的模擬回路。操作時必須置邏輯“0”(17) GSX傳輸輸入放大器的模擬輸出，用于內(nèi)部設(shè)置增益。(18) VFXI-傳輸輸入放大器的反向輸入。(19) VFXI+傳輸輸入放大器的同向輸入。(20) VBB負(fù)電源引腳。Vbb=-5V 5%。(三) 、定時部分TP3067編譯碼器所需的定時脈沖均由定時部分提供。 這里只需要主時鐘 2048KHz和幀定時8KHz信號。 為了簡化實驗內(nèi)容，本實驗系統(tǒng)的編譯碼部分公用一個定時源以確保發(fā)收時隙

21、的同步。在實際的PCM數(shù)字電話設(shè)備中，確有一個同步系統(tǒng)來保證發(fā)收同步的。四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟1、用示波器在（TP1）觀察主振波形、在（TP2）、（TP3）和（TP4）觀察波形，記錄它們的頻率和幅 度；并比較（TP3）和（TP4）的相位，在同一坐標(biāo)系中畫出其波形；TP1:幅度 周期幅度 周期 頻率V s HzV s Hzf=1KHz 、2、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀察輸出端，調(diào)節(jié)頻率和幅度電位器，輸出正弦波sHzsHz3、正弦波信號從信號輸入端（TP5）輸入；4、觀察（TP6） PCM編碼輸出的碼流，畫出其波形；5、連接（TP6） （ TP7）觀察經(jīng)譯碼和接收低通

22、濾波器恢復(fù)出的同相輸出音頻信號（ 出的音頻信號（TP8），記錄各點的波形頻率和幅度；TP8）和反相輸6、統(tǒng)的頻率特性;幅度：V周期：s頻率：Hzf ,在（TP8）觀察經(jīng)低通濾波器后的音頻信號，測量整個系幅度:周期:頻率:V s Hz7、測試系統(tǒng)的頻率譯碼輸改變信號頻率f ,在（TP8）觀察經(jīng)低通濾波器后的音頻信號，測量整個系統(tǒng)的頻率特性，測試數(shù)據(jù)填入下表：Vp-p = 2V ；f（ Hz）3005001000200030005000TP8 (Vp-p)六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線和波形；2、PCM編譯系統(tǒng)由那些部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？3、實驗心得與體會。實驗四：移相鍵控（

23、PSK實驗一、實驗?zāi)康?、了解M序列的性能，掌握其實現(xiàn)方法及其作用；2、了解2PSK系統(tǒng)的組成驗證，其調(diào)制解調(diào)原理；3、學(xué)習(xí)集成電路壓控振蕩器在系統(tǒng)中的應(yīng)用；4、學(xué)習(xí)2PSK系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的測試方法；二、實驗預(yù)習(xí)要求1、 復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中有關(guān)PSK調(diào)制解調(diào)的內(nèi)容；2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；3、了解有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的測量方法；三、實驗原理（一）概述數(shù)字通信系統(tǒng)的模型可以用圖5-1表示，虛線框內(nèi)的部分稱為數(shù)字調(diào)制和解調(diào)部分，以完成數(shù)字基帶信號到數(shù)字頻帶信號之間的變換。圖5-1數(shù)字通信系統(tǒng)模型與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)同樣是通過某種方式，將基帶信號的頻譜由一個頻率位置搬移到另一個

24、頻率位置上去。不同的是，數(shù)字調(diào)制的基帶信號不是模擬信號而是數(shù)字信號。在大多數(shù)情況下，數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進(jìn)行鍵控，便 可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數(shù)字調(diào)制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜利用率等方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速傳輸數(shù)據(jù)時得到廣泛應(yīng)用。近年來，在數(shù)字微波通信中進(jìn)一步提高頻譜利用率的課題已獲得重要進(jìn)展。除2PSK外，已派生出多種調(diào)制形式，如四相移相鍵控 （QPSK）、八相移相鍵控（8PSK）、正交部分響應(yīng)（QPRS）、十六狀態(tài)正交電幅（16QAM）以及 64QAM、256QAM等，這些都是高效率的調(diào)制手段。為了模擬

25、實際數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，本實驗的調(diào)制和解調(diào)基本上由數(shù)字電路構(gòu)成。數(shù)字電路具有變換速度快、解調(diào)測試方便等優(yōu)點。為了實驗過程中觀察方便，實驗系統(tǒng)的載波選為5MHz。（二）調(diào)制2PSK系統(tǒng)的調(diào)制部分框圖如圖5-2所示，下面分幾部分說明。PSK圖5-22PSK調(diào)制部分框圖1、M序列發(fā)生器實際的數(shù)字基帶信號是隨機(jī)的，為了實驗和測試方便，一般都是用M序列發(fā)生器產(chǎn)生一個偽隨機(jī)序列來充當(dāng)數(shù)字基帶信號源。按照本原多項式f (x) = X5 + X3 + 1組成的五級線性移位寄存器，就可得到31位碼長的M序列。碼元定時與載波的關(guān)系可以是同步的，以便清晰觀察碼元變化時對應(yīng)調(diào)制載波的相應(yīng)變化；也可以是異步的，因為實際的系統(tǒng)

26、都是異步的，碼元速率約為1Mbt / S。2、相對移相和絕對移相移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的相位調(diào)制叫做絕對移相。以二進(jìn)制調(diào)相為例，取碼元為“ 1”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相；取碼元為“0”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相；“1”和“ 0”時調(diào)制后載波相位差 180。絕對移相的波形如圖 5-3所示。LXIJ A 倍號 I啊A瞅器 h/wwvww削 A圖5-3 絕對移相的波形示意圖在同步解調(diào)的PSK系統(tǒng)中，由于收端載波恢復(fù)存在相位含糊的問題，即恢復(fù)的載波可能與未調(diào)載波同相， 也可能反相，以至使解調(diào)后的信碼出現(xiàn)“0”、“1”倒置，發(fā)送為“ 1 ”碼，解調(diào)后得到“ 0

27、”碼；發(fā)送為“ 0”碼,解調(diào)后得到“ 1 ”碼。這是我們所不希望的，為了克服這種現(xiàn)象，人們提出了相對移相方式。相對移相的調(diào)制規(guī)律是：每一個碼元的載波相位不是以固定的未調(diào)載波相位作基準(zhǔn)的，而是以相鄰的前一個碼元的載波相位來確定其相位的取值。例如，當(dāng)某一碼元取“1”時，它的載波相位與前一碼元的載波同相：碼元取“ 0”時，它的載波相位與前一碼元的載波反相。相對移相的波形如圖5-4所示。圖5-4 相對移相的波形示意圖一般情況下，相對移相可通過對信碼進(jìn)行變換和絕對移相來實現(xiàn)，將信碼經(jīng)過差分編碼變換成新的碼組一一相對碼，再利用相對碼對載波進(jìn)行絕對移相，使輸出的已調(diào)載波相位滿足相對移相的相位關(guān)系。設(shè)絕對碼為

28、ai，相對碼為bi，則二相編碼的邏輯關(guān)系為：bi = ai - bi-1(1)差分編碼的功能可由一個模二和電路和一級移位寄存器組成。調(diào)相電路可由模擬相乘器實現(xiàn)，也可由數(shù)字電路實現(xiàn)。實驗中的調(diào)相電路是由數(shù)字選擇器(74LS153)完成。當(dāng)2腳和14腳同時為高電平時，7腳輸出與3腳輸入的0相載波相同；當(dāng)2腳和14腳同時為低電平時，7腳輸 出與6腳輸入的n相載波相同。這樣就完成了差分信碼對載波的相位調(diào)制。圖5-5示出了一個數(shù)字序列的相對移相的過程。對應(yīng)于差分編碼，在解調(diào)部分有差分譯碼。差分譯碼的邏輯為：Ci = bi + bi-1( 1 )將式代入式，得Ci = ai - bi-1 + bi-1bi

29、-1 - bi-1=0二 Ci = ai + 0 = ai這樣，經(jīng)差分譯碼后就恢復(fù)了原始的信碼序列。u*(t| 0101 II0圖5-5絕對碼實現(xiàn)相對移相的過程3、數(shù)字調(diào)相器的主要指標(biāo)在設(shè)計與調(diào)整一個數(shù)字調(diào)相器時，主要考慮的性能指標(biāo)是調(diào)相誤差和寄生調(diào)幅。(1) 調(diào)相誤差由于電路不理想，往往弓I進(jìn)附加的相移，使調(diào)相器輸出信號的載波相位取值為0及180+ ，我們把這個偏離的相角稱為調(diào)相誤差。調(diào)相器的調(diào)相誤差相當(dāng)于損失了有用信號的能量。(2) 寄生調(diào)幅理想的二相相位調(diào)制器，當(dāng)數(shù)碼取“0 ”或“ 1”時，其輸出信號的幅度應(yīng)保持不變，即只有相位調(diào)制而沒有附加幅度調(diào)制。但由于調(diào)制器的特性不均勻及脈沖高低電

30、平的影響，使得“0”碼和“ 1”碼的輸出信號幅度不等。設(shè)“ 0”碼和“1”碼所對應(yīng)的輸出信號幅度分別為Uom或Uim，則寄生調(diào)幅為：m = ( U om - U im) / ( U om + U im )x 100%(3)(三) 解調(diào)2PSK系統(tǒng)的解調(diào)部分框圖如圖5-6所示。圖5-62PSK解調(diào)部分框圖1、同相正交環(huán)絕大多數(shù)二相PSK信號采用對稱的移相鍵控，因而在碼元I、0等條件下都是抑制載波的，即在調(diào)制信號的頻譜中不含載波頻譜，這樣就無法用窄帶濾波器從調(diào)制信號中直接提取參考相位載波。對PSK而言，只要用某種非線性處理的方法去掉相位調(diào)制，就能產(chǎn)生與載波有一定關(guān)系的分量，恢復(fù)出同步解調(diào)所需要的參

31、考相位載波，實現(xiàn)對抑制載波的跟蹤。從PSK信號中提取載波的常用方法是采用載波跟蹤鎖相環(huán)，如平方環(huán)、同相正交環(huán)、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋 環(huán)等。這幾種鎖相環(huán)的性能特點列于表4-1中。本實驗采用同相正交環(huán)，同相正交環(huán)又叫科斯塔斯(Cosatas)環(huán)。原理框圖如圖 5-8所示。在這種環(huán)路里，誤差信號是由兩個鑒相器提供的。壓控振蕩器(VCO)給出兩路相互正交的載波到鑒相器，輸入的2PSK信號經(jīng)鑒相后再由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，得到基帶信號Ud1,、Ud2，這時的基帶信號包含著碼元信號，無法對壓控振蕩器(VCO)進(jìn)行控制。將Ud1和Ud2經(jīng)過基帶模擬器相乘，就可以去掉碼元信息， 得到反應(yīng)VCO輸

32、出信號與輸入載波間相位差的控制電壓。表4-1幾種鎖相環(huán)的性能特點特性鎖相環(huán)平方環(huán)同相正交環(huán)逆調(diào)制環(huán)判決反饋環(huán)環(huán)路工作頻率f=2fof=fof=fof=fo等效鑒相特性正弦正弦近似距形近似距形解調(diào)能力無有有有電路復(fù)雜程度鑒相器工作頻率咼需用基帶模擬 相乘器需用二次調(diào)制器需用基帶模擬 調(diào)制器吐* 11號T圖5-8同相正交環(huán)原理框圖2、集成電路壓控振蕩器（IC-VCO）壓控振蕩器（VCO）是鎖相環(huán)的關(guān)鍵部件，它的頻率調(diào)節(jié)和壓控靈敏度決定于鎖相環(huán)的跟蹤性能。實驗電路采用一種集成電路的壓控振蕩器74S124。集成片配以簡單的外部元件并加以適當(dāng)調(diào)整，即可得到集成芯片的每一個振蕩器都有兩個電壓控制端,令人滿

33、意的結(jié)果。如圖5-9所示。Vr用于控制頻率范圍（14腳），Vf用于控制頻率范圍調(diào)節(jié)（1腳）。外接電容器 Cext用于選擇振蕩器的中心頻率。當(dāng)Cext的關(guān)系近似為：Vr和Vf取值適當(dāng)，振蕩器工作正常時，振蕩器頻率fo與(4)fo = 5X 10-4/Cextfo與Cext的關(guān)系曲線如圖5-10所示。圖5-9 IC-VCO的使用實例當(dāng)固定Cext時，Vr與Vf有確定的函數(shù)關(guān)系。以Vr = Vf = 2V時的輸出頻率fo為歸一化頻率單位，由實驗數(shù)據(jù)可畫出以Vr為參變量時歸一化頻率 fn與Vr的變化曲線如圖5-11所示。圖5-11 fn隨Vf的變化曲線由圖5-11的曲線可以看出，隨Vr的增大，VCO的

34、壓控靈敏度和線性范圍都在增大。 選取適當(dāng)?shù)腣r值和Cext 值，將誤差電壓經(jīng)線性變換后充當(dāng)控制電壓Vr，這樣就可實現(xiàn)由誤差電壓控制 VCO。當(dāng)f0 = 10MHz時，一組典型的實驗數(shù)據(jù)為：Cext = 27 . 5pF, Vr = 3 . 76V這時Vr在2. 8V左右移動。四、實驗儀器雙蹤同步示波器五、實驗內(nèi)容與步驟1、M序列發(fā)生器觀察偽隨機(jī)碼 M序列（TP2絕對碼）的波形：畫出M序列的波形并以（TP1）為時鐘信號寫出它的碼流 （至 少32位二進(jìn)制碼）；驗證M序列的主要性質(zhì)；如：IWUWWWWL nn nj小】n ? rnu寫出它的碼流（至少32位二進(jìn)制碼）;3、數(shù)字調(diào)相電路以（TP3）為同

35、步信號，觀察并記錄載波信號（TP5）的波形;VsHz4、以（TP3）為同步信號，觀察并記錄數(shù)字調(diào)相信號（TP6）的波形。*4、用TP2 （相對碼）作對比，觀察解調(diào)輸出（TP13）的波形。六、實驗報告1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線和波形；2、2PSK系統(tǒng)由那些部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？3、 設(shè)給定一碼組（絕對碼）100110011100,畫出對其進(jìn)行 2PSK的調(diào)制和解調(diào)的波形;4、實驗心得與體會。實驗五：HDB3碼型變換實驗、實驗?zāi)康?、 了解二進(jìn)制單極性碼變換為HDB3碼的編碼規(guī)則；2、掌握HDB3碼的工作原理和實現(xiàn)方法；、實驗預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)原理中數(shù)字信號的基帶傳輸和信道編碼

36、原理中的內(nèi)容;2、閱讀本實驗的內(nèi)容，熟悉實驗的步驟；三、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中， 有時不經(jīng)過數(shù)字基帶信號與信道信號之間的變換，只由終端設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)字基帶信號之間的變換，然后直接傳輸數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳輸中經(jīng)常采用 AMI碼（符 號交替反轉(zhuǎn)碼）和 HDB3碼（三階高密度雙極性碼）。1、傳輸碼型在數(shù)字復(fù)用設(shè)備中，內(nèi)部電路多為一端接地，輸出的信碼一般是單極性不歸零信碼。當(dāng)這種碼在電纜上長距離傳輸時，為了防止引進(jìn)干擾信號，電纜的兩根線都不能接地（即對地是平衡的），這里就要選用一種適合線路上傳輸?shù)拇a型，通常有以下幾點考慮：（1）在選用的碼型的頻譜中應(yīng)該沒有直流分量，低

37、頻分量也應(yīng)盡量少。這是因為終端機(jī)輸出電路或再生中 繼器都是經(jīng)過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量的。（2）傳輸型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是因為電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴(yán)重，當(dāng)碼型 頻譜中高頻分量較大時，就限制了信碼的傳輸距離或傳輸質(zhì)量。（3） 碼型應(yīng)便于再生定時電路從碼流中恢復(fù)位定時。若信號連“0”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，恢復(fù)位定時就困難，所以應(yīng)該使變換后的碼型中連“0”較少。（4）設(shè)備簡單，碼型變換容易實現(xiàn)。（5）選用的碼型應(yīng)使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形的誤碼率比單極性信號低。根據(jù)這些原則，在傳輸 線路上通常采用 AMI碼和HDB3碼。2

38、、AMI 碼我們用“ 0”和“ 1 ”代表傳號和空號。 AMI碼的編碼規(guī)則是“ 0”碼不變，“1 ”碼則交替地轉(zhuǎn)換為+1和-1。 當(dāng)碼序列是100100011101時，AMI碼就變?yōu)椋?100-1000+1-1+10-1。這種碼型交替出現(xiàn)正、負(fù)極脈沖，所以沒 直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖 6-1所示，AMI碼的能量集中于f/2處（f0為碼速率）。這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將“-1 ”翻轉(zhuǎn)為“ +1”，恢復(fù)成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經(jīng)常出現(xiàn)的長連“0”的問題。3、HDB3碼及變換規(guī)則這是一種4連0取代碼，當(dāng)沒有 4個以上連“ 0”碼時，按AMI規(guī)則

39、編碼，當(dāng)出現(xiàn) 4個連“ 0”碼時，以碼 型取代節(jié)“ 000V”或“ B00V ”代替四連“ 0”碼。選用取代節(jié)的原則是：用B脈沖來保證任意兩個相連取代節(jié)的V脈沖間“1”的個數(shù)為奇數(shù)。當(dāng)相鄰V脈沖間“ 1”碼數(shù)為奇數(shù)時，則用“ 000V”取代，為偶數(shù)個時就用“ B00V ”取代。在V脈沖后面的“ 1”碼和B碼 都依V脈沖的極性而正負(fù)交替改變。為了討論方便，我們不管“0”碼，而把相鄰的信碼“ 1 ”和取代節(jié)中的 B碼用B1B2Bn表示，Bn后面為V，選取“ 000V”或“ B00V ”來滿足Bn的n為奇數(shù)。當(dāng)信碼中的“ I”碼依 次出現(xiàn)的序列為 VBIB2B3.BnVBI時，HDB3碼為+ - +

40、 -. - - + 或為-+ - +.+ + -。由此看出，V脈沖是可以辯認(rèn) 的，這是因為 Bn和其后出現(xiàn)的 V有相同的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱 V脈沖為破壞點，必要 時加取代節(jié)B00 V,保證n永遠(yuǎn)為奇數(shù)，使相鄰兩個 V碼的極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中。相鄰兩個V碼之間或是其余的“ 1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則。經(jīng)過這 樣的變換，既消除了直流成分，又避免了長連“0”時位定時不易恢復(fù)的情況，同時也提供了取代信息。圖6-2給出了 HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的要求。由于HDB3碼的這些優(yōu)點能較好地滿足傳輸碼型的各項要求，所以常被用于遠(yuǎn)端接口電路中。在 PCM編碼和ADPCM編碼等終端機(jī)中或多種復(fù)接設(shè)備中，都需要4、編碼部分編碼電路接收終端機(jī)來的單極性歸零信碼，并把這種變換成為 圖如圖6-3所示，各部分功能如下所述：HDB3碼型變換電路與之相配合。M編碼、HDB3碼送往傳輸信道。編碼部分的原理框圖6-3解碼部分的原理框圖圖6-4解碼部分的原理框圖單極性信碼進(jìn)入本電路，首先檢測有無四連“0”碼。沒有四連“ 0”時，信碼不改變地通過本電路：有四連“0”時，在第四個“ 0”碼出現(xiàn)時，將一個“ 1 ”碼放入信號中，取代第四個“ 0”碼，補(bǔ)入“ 1”碼稱