通信實驗講義(第2版定稿)

1、 通信原理實驗指導(dǎo)書韓麗英 李逢春 翟紅藝 張云琦 編長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院二0 一0 年 八 月 前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異 ，特別是無線通信技術(shù)、程控交換技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)等得到了迅速發(fā)展。針對不斷發(fā)展的通信技術(shù)，高等院校通信專業(yè)的課程設(shè)置也在不斷更新，實驗手段也在不斷發(fā)展。理論分析與實際動手相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實踐，以實踐驗證基本原理為目標(biāo)，提高學(xué)生的分析問題、解決問題的能力以及通過有目的選擇完成實驗或示教項目。為此，我們在通信原理實驗中選用了與現(xiàn)用通信原理教程相配套的實驗設(shè)備JH5001（）型通信原理基礎(chǔ)實驗箱。JH5001（）型通信原理

2、基礎(chǔ)實驗箱針對的是通信原理課程實驗中最重要、最基本、最經(jīng)典內(nèi)容，系統(tǒng)采用CPLD技術(shù)、模擬電子技術(shù)及通信基本原理等知識，靈活運用在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以獨立、組合或綜合實施多個項目實驗或示教，實驗電路原理清楚，重點突出，實驗內(nèi)容豐富。電路設(shè)計新穎，技術(shù)先進(jìn)，波形測量點選擇準(zhǔn)確，具有代表性。通信原理基礎(chǔ)實驗箱中，涉及有數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、同步技術(shù)、語音編譯碼技術(shù)、基帶傳輸技術(shù)、電話接口技術(shù)、數(shù)字接口技術(shù)等。該系統(tǒng)將當(dāng)今的核心技術(shù)和新器件融入通信原理課程，其具有以下特點：1、全面性：通過這些測試接口，可以對每一種電路模塊的功能和性能有一個全面的了解；2、系統(tǒng)性：每個電路測試模塊可以放入多個系統(tǒng)中進(jìn)行綜

3、合實驗；3、基礎(chǔ)性：與當(dāng)今通信原理課程和教學(xué)大綱結(jié)合緊密；4、靈活性：該實驗箱留有通用擴(kuò)展模塊，可根據(jù)教學(xué)需要增加實驗?zāi)K，滿足教學(xué)要求。在該實驗箱硬件平臺中，模塊化功能較強(qiáng)。圖一是該實驗箱電路基本組成示意圖，主要功能組成模塊有：電話接口（1、2）模塊、PAM模塊、ADPCM（1、2）模塊、AMI/HDB3碼模塊、模擬鎖相環(huán)模塊、數(shù)字鎖相環(huán)模塊、中頻調(diào)制器模塊、中頻解調(diào)器模塊、噪聲模塊、漢明編碼模塊、漢明譯碼模塊、信道接口模塊等。對于每個測試模塊都能單獨開設(shè)實驗，便于教學(xué)與學(xué)習(xí)。通過這些實驗?zāi)軌虼龠M(jìn)學(xué)生對通信原理課程內(nèi)容的理解、掌握，并使學(xué)生對通信系統(tǒng)、當(dāng)今新技術(shù)、工程實現(xiàn)有一個較全面的了解,

4、進(jìn)一步鞏固基本理論知識，建立完整的通信系統(tǒng)概念。 本實驗箱自帶電源模塊，用于完成交流220V到+5V、+12V、-12V的直流變換，給整個硬件平臺供電，不需另配電源。由于編寫時間倉促、編者水平和經(jīng)驗有限，本教材的編審工作難免有缺點和不足之處，希望廣大師生批評指正。 編 者 二O一O年八月目 錄實驗一 脈沖幅度調(diào)制PAM實驗5實驗二 抽樣定理驗證實驗9實驗三 PCM編譯碼實驗15實驗四 ADPCM編譯碼器系統(tǒng)實驗21實驗五 PCM系統(tǒng)與ADPCM系統(tǒng)性能比較實驗26實驗六 FSK調(diào)制解調(diào)實驗31實驗七 二相PSK(DPSK)調(diào)制實驗38實驗八 二相PSK（DPSK）解調(diào)實驗45實驗九 數(shù)字鎖相環(huán)

5、50實驗十 電話交換呼叫處理通信系統(tǒng)綜合實驗55PCM譯碼/APCM編碼交換模塊CVSD編碼數(shù)據(jù)選擇器數(shù)字調(diào)制基帶成形中頻調(diào)制123至擴(kuò)展模塊同步數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)KK01、KK02電話接口1來自擴(kuò)展模塊PCM編碼 /APCM譯碼123123CVSD譯碼中頻解調(diào)來自擴(kuò)展模塊A/D模塊數(shù)字解調(diào)電話接口2至擴(kuò)展模塊PCMADPCMKQ01K504123 實驗一 脈沖幅度調(diào)制PAM實驗一、 實驗?zāi)康?、 觀察PAM信號形成過程；2、 了解混迭效應(yīng)產(chǎn)生的原因。二、 實驗儀器1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、實驗原理利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)闀r間上離

6、散的樣值序列，這一過程稱之為抽樣。抽樣后的信號稱之為脈沖調(diào)幅（PAM）信號。脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調(diào)制方式。PAM是脈沖調(diào)制的基礎(chǔ)，也是模擬信號數(shù)字化的基礎(chǔ)。脈沖幅度調(diào)制PAM調(diào)制波形如圖：圖1-1 PAM波形示意圖脈沖振幅調(diào)制電原理框圖如下：圖1-2 脈沖振幅調(diào)制電原理框圖圖1-3 抽樣定理實驗電路組成框圖電路原理描述：輸入信號首先經(jīng)過信號選擇跳線開關(guān)K701，當(dāng)K701設(shè)置在正常位置時（左端），輸入信號來自電話接口1模塊的發(fā)送話音信號；當(dāng)K701設(shè)置在測試位置時（右端），輸入信號來自測試信號。測試信號可以選擇外部測試信號或內(nèi)部測試信號，當(dāng)設(shè)置在交換模塊內(nèi)的跳線開關(guān)K001設(shè)置在

7、1-2位置（左端）時，選擇內(nèi)部1KHZ測試信號；當(dāng)設(shè)置在2-3位置（右端）時選擇外部測試信號，測試信號從J005模擬測試端口輸入。抽樣定理實驗采用外部測試信號輸入。運放U701A、U701B（TL084）和周邊阻容器件組成一個3dB帶寬為3400（1）的低通濾波器，用于限制最高的信號頻率。信號經(jīng)運放U701C緩沖輸出，送到U703（CD4066）模擬開關(guān)。模擬開關(guān)U703（CD4006）通過抽樣時鐘完成對信號的抽樣，形成抽樣序列信號。信號經(jīng)運放U702B（TL084）緩沖輸出。運放U702A、U702C（TL084）和周邊阻容器件組成一個3dB帶寬為3400HZ的低通濾波器用來恢復(fù)原始信號。跳

8、線開關(guān)K702用于選擇輸入示波器，當(dāng)K702設(shè)置在濾波位置時（左端），送入到抽樣電路的信號經(jīng)過3400 HZ的低通濾波器；當(dāng)K702設(shè)置在直通位置時（右端），信號不通過抗混迭濾波器直接送到抽樣電路，其目的是為了觀測混迭現(xiàn)象。該電路模塊各測試點安排如下：1、 TP701：輸入模擬信號2、 TP702：經(jīng)濾波器輸出的信號3、 TP703：抽樣序列4、 TP704：恢復(fù)模擬信號四、實驗步驟 1、自然抽樣脈沖序列測量 （1）準(zhǔn)備工作：將KQ02設(shè)置在右端（自然抽樣狀態(tài)），將測試信號選擇開關(guān)K001設(shè)置在外部測試信號輸入位置（右端）。首先將輸入信號選擇開關(guān)K701設(shè)置在測試位置，將低通濾波器選擇開關(guān)K7

9、02設(shè)置在濾波位置，為便于觀測，調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器正弦波輸出頻率為800 HZ、1600 HZ、3400 HZ輸出電平為2VPP的測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。 （2）PAM脈沖抽樣序列觀察：用示波器同時觀測正弦波輸入信號（TP701） 、經(jīng)濾波器輸出的模擬信號（TP702）和抽樣脈沖序列信號（TP703），觀測時以TP701做同步。調(diào)整示波器同步電平和微調(diào)調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率。使抽樣序列和輸入測試信號基本同步。測量抽樣脈沖序列信號與正弦波輸入信號的對應(yīng)關(guān)系。（3）PAM脈沖抽樣序列重建信號觀測：TP704為重建信號輸出測試點。保持測試信號不變，用示波器同時觀測重建信

10、號輸出測試點和正弦波輸入信號，觀測時以TP701輸入信號做同步。五、思考題1、 結(jié)合實驗簡述抽樣定理。2、 根據(jù)TP703波形測量2個抽樣樣值間的周期并計算抽樣脈沖的頻率fc=？3、結(jié)合實驗計算本組實驗箱的輸入信號最高頻率（即低通濾波器的截止頻率）。 六、實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各點測試波形，將測量數(shù)據(jù)和波形填入表1-1。 2、寫出各測試點波形名稱、算出各波形的周期和頻率。3、認(rèn)真完成思考題。 表1-1測量點輸入信號頻率800HZ1600HZ3400HZTP701TP702TP703TP704實驗二 抽樣定理驗證實驗一、實驗?zāi)康?1、驗證抽樣定理；2、學(xué)習(xí)中頻抽樣的基本方法。二、實驗

11、儀器1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、 實驗原理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。抽樣過程是模擬信號數(shù)字化第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。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fh,則可以唯一地由頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。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)出原始信號。通常將語音信號通過一個3400HZ低通濾波器（或通過一個3003400HZ的帶通濾波器），限制語音信號的最高頻率為3400HZ，這樣可以用頻率

12、大于或等于6800HZ的樣值序列來表示。語音信號的頻譜和語音信號抽樣頻譜見圖2-1和圖2-2所示。從語音信號抽樣頻譜圖可知，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)。 圖2-1 語音信號頻譜圖2-2語音信號抽樣頻譜圖2-3 fs<2fh時語音信號的抽樣頻譜圖2-4 留出防衛(wèi)帶的語音信號的抽樣頻譜實際上，設(shè)計現(xiàn)實的濾波器特性不可能是理想的，對限制最高頻率為3400HZ的語音信號，通常采用8KHZ抽樣頻率。這樣可以留出一定的防衛(wèi)帶（1200HZ），參見圖2-4所示。當(dāng)抽樣頻率fs低于2倍語音信號的最高頻率fh，就會出現(xiàn)頻譜混迭現(xiàn)象，產(chǎn)生混迭噪聲，影響恢復(fù)出的語音質(zhì)量，

13、原理參見圖2-3所示。在抽樣定理實驗中，采用標(biāo)準(zhǔn)的8KHZ抽樣頻率，并用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個信號，通過改變函數(shù)信號發(fā)生器的頻率，觀察抽樣序列和重建信號，檢驗抽樣定理的正確性。抽樣定理實驗各點波形見圖1-5所示。 圖2-5 抽樣定理實驗原理框圖電路原理描述：輸入信號首先經(jīng)過信號選擇跳線開關(guān)K701，當(dāng)K701設(shè)置在正常位置時（左端），輸入信號來自電話接口1模塊的發(fā)送話音信號；當(dāng)K701設(shè)置在測試位置時（右端），輸入信號來自測試信號。測試信號可以選擇外部測試信號或內(nèi)部測試信號，當(dāng)設(shè)置在交換模塊內(nèi)的跳線開關(guān)K001設(shè)置在1-2位置（左端）時，選擇內(nèi)部1KHZ測試信號；當(dāng)設(shè)置在2-3位置（右端）時選

14、擇外部測試信號，測試信號從J005模擬測試端口輸入。抽樣定理實驗采用外部測試信號輸入。運放U701A、U701B（TL084）和周邊阻容器件組成一個3dB帶寬為3400（1）的低通濾波器，用于限制最高的信號頻率。信號經(jīng)運放U701C緩沖輸出，送到U703（CD4066）模擬開關(guān)。模擬開關(guān)U703（CD4006）通過抽樣時鐘完成對信號的抽樣，形成抽樣序列信號。信號經(jīng)運放U702B（TL084）緩沖輸出。運放U702A、U702C（TL084）和周邊阻容器件組成一個3dB帶寬為3400HZ的低通濾波器用來恢復(fù)原始信號。跳線開關(guān)K702用于選擇輸入示波器，當(dāng)K702設(shè)置在濾波位置時（左端），送入到抽

15、樣電路的信號經(jīng)過3400 HZ的低通濾波器；當(dāng)K702設(shè)置在直通位置時（右端），信號不通過抗混迭濾波器直接送到抽樣電路，其目的是為了觀測混迭現(xiàn)象。該電路模塊各測試點安排如下：5、 TP701：輸入模擬信號6、 TP702：經(jīng)濾波器輸出的信號7、 TP703：抽樣序列8、 TP704：恢復(fù)模擬信號設(shè)置在交換模塊內(nèi)的跳線開關(guān)KQ02為抽樣脈沖選擇開關(guān)：設(shè)置在左端為平頂抽樣，平頂抽樣是通過采樣保持電容來實現(xiàn)的，且=Ts;設(shè)置在右端為自然抽樣，為便于恢復(fù)出的信號觀測，此抽樣脈沖略寬，只是近似自然抽樣。平頂抽樣有利于解調(diào)后提高輸出信號的電平，但卻會引入信號頻譜失真，為抽樣脈沖寬度。通常在實際設(shè)備里，收端

16、必須采用頻率響應(yīng)為的濾波器來進(jìn)行頻譜校準(zhǔn)，抵消失真。這種頻譜失真稱為孔徑失真。四、實驗步驟 1、自然抽樣脈沖序列測量 （1）準(zhǔn)備工作：將KQ02設(shè)置在右端（自然抽樣狀態(tài)），將測試信號選擇開關(guān)K001設(shè)置在外部測試信號輸入位置（右端）。首先將輸入信號選擇開關(guān)K701設(shè)置在測試位置，將低通濾波器選擇開關(guān)K702設(shè)置在直通位置，為便于觀測，調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器正弦波輸出頻率為5000 HZ、8000 HZ輸出電平為2VPP的測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。 （2）PAM脈沖抽樣序列觀察：用示波器同時觀測正弦波輸入信號（TP701） 、經(jīng)濾波器輸出的模擬信號（TP702）和抽樣脈沖序列

17、信號（TP703），觀測時以TP701做同步。調(diào)整示波器同步電平和微調(diào)調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率。使抽樣序列和輸入測試信號基本同步。測量抽樣脈沖序列信號與正弦波輸入信號的對應(yīng)關(guān)系。（3）PAM脈沖抽樣序列重建信號觀測：TP704為重建信號輸出測試點。保持測試信號不變，用示波器同時觀測重建信號輸出測試點和正弦波輸入信號，觀測時以TP701輸入信號做同步。 2、平頂抽樣脈沖序列測量（1）準(zhǔn)備工作：將KQ02設(shè)置左端（平頂抽樣狀態(tài)），將測試信號選擇開關(guān)K001設(shè)置在外部測試信號輸入位置（右端）。首先將輸入信號選擇開關(guān)K701設(shè)置在測試位置，將低通濾波器選擇開關(guān)K702設(shè)置在濾波位置，調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生

18、器正弦波輸出頻率為1000 HZ輸出電平為2VPP的測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。（2）平頂抽樣序列觀察：用示波器同時觀測正弦波輸入信號（TP701） 和抽樣脈沖序列信號（TP703），觀測時以TP701做同步。調(diào)整示波器同步電平和微調(diào)調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率。使抽樣序列和輸入測試信號基本同步。測量抽樣脈沖序列信號與正弦波輸入信號的對應(yīng)關(guān)系。3、測出本實驗箱（JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱）說明設(shè)置的低通濾波器的截止頻率。五、思考題1、結(jié)合實驗簡述抽樣定理。2、結(jié)合實驗計算本組實驗箱的輸入信號最高頻率（即低通濾波器的截止頻率）。 六、實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各

19、點測試波形，將測量數(shù)據(jù)和波形填入表2-1。2、寫出各測試點波形名稱、計算各波形的周期和頻率。3、認(rèn)真完成思考題。測量點輸入信號頻率5000HZ8000HZ平頂抽樣1000HZTP701TP702TP703TP704表2-1實驗三 PCM編譯碼實驗一、實驗?zāi)康?、 了解語音編碼的工作原理，驗證PCM編譯碼原理；2、 熟悉PCM抽樣時鐘、編碼數(shù)據(jù)和輸入/輸出時鐘之間的關(guān)系；3、 了解PCM專用大規(guī)模集成電路的工作原理和應(yīng)用；4、 熟悉語音數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)及測量方法。二、實驗儀器1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、實驗原理和電路說明脈沖編碼（

20、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)。眾所周知，脈沖調(diào)制通信就是把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中進(jìn)行傳輸。而脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先進(jìn)行抽樣后，再對樣值的幅度進(jìn)行量化、編碼的過程。所謂抽樣，就是對模擬信號進(jìn)行周期性

21、掃描，從而把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在本實驗中，抽樣速率采用8kbits。所謂量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。一個模擬信號，經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號，它僅為有限個數(shù)值。所謂編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模數(shù)變換，可記作A/D。由此可見，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號的數(shù)字通信方式。圖

22、3-1 PCM的原理框圖PCM的原理如圖3-1所示。話音信號先經(jīng)防混疊低通濾波器，得到限帶信號(3003400Hz)，再進(jìn)行脈沖抽樣，變成8KHZ重復(fù)頻率的抽樣信號(即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號)，然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，最后經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼信號。對于電話，CCITT(原國際電報電話咨詢委員會，即現(xiàn)在的ITU-T，國際電信聯(lián)盟)規(guī)定的抽樣率為8KHZ，每個抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64Kb/s為解決均勻量化時小信號量化誤差大、音質(zhì)差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即

23、量化特性在小信號時分層密、量化間隔小，而在大信號時分層疏、量化間隔大。在實際中廣泛使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性：A律和律。如圖3-2 （a）和（b）所示。圖32 A律與律的壓縮特性對于壓縮器而言,其輸入輸出歸一化特性表示式為：A律Vo = AV / (1+lnA) ( 0 Vi 1/A )或： Vo = (1+lnAV) / (1+lnA) ( 1/A Vi 1 ) 律Vo = （1+ln(1+Vi)） / ln (1+) ( 0 Vi 1 )A律PCM主要用于歐洲，律主要用于北美和日本，我國采用歐洲體制。 JH5001（）通信原理實驗箱的PCM編譯碼器電路原理如下：PCM編譯器模塊，由語音

24、編譯碼集成電路U502（MC145540）、運放U501（TL082）、晶振U503（20.48M HZ）組成。PCM編譯碼器模塊將來自用戶接口模塊2的模擬信號進(jìn)行PCM編譯碼，該模塊采用MC145540集成電路完成PCM編譯碼功能。該器件具有多種工作模式和功能，工作前通過交換模塊的開關(guān)KQ01將其配置成直接PCM模式，使其具有以下功能：1、自接口模塊2的模擬信號進(jìn)行PCM編碼輸出；2、輸入的PCM碼字進(jìn)行譯碼，并將譯碼之后的模擬信號送入用戶接口模塊1；在PCM編譯碼模塊中，發(fā)送信號經(jīng)運放U501A放大后，送入U502的2腳進(jìn)行PCM編碼。編碼輸入時鐘為BCLK（256KHZ），編碼數(shù)據(jù)從U5

25、02的20角輸出（DT_ADPCM），F(xiàn)SX為編碼抽樣時鐘（8KHZ）。譯碼之后的模擬信號經(jīng)運放U501B放大緩沖輸出,送到用戶1接口模式中。PCM編譯碼模塊中的各跳線功能如下: 1、跳線開關(guān)K501是用于選擇輸入信號,當(dāng)K501置于正常位置時,選擇來自用戶2接口單元的話音信號;當(dāng)K501置于測試位置時選擇測試信號.測試信號主要用于測試ADPCM的編譯碼特性.測試信號可以選擇外部測試信號或內(nèi)部測試信號,當(dāng)設(shè)置在交換模塊內(nèi)的跳線開關(guān)K001設(shè)置在1-2位置（左端）時，選擇內(nèi)部1KHZ測試信號；當(dāng)設(shè)置在2-3位置（右端）時選擇外部測試信號，測試信號從J005模擬測試端口輸入。2、跳線器K504是用

26、于設(shè)置PCM譯碼器的輸入數(shù)據(jù)選擇，當(dāng)K504置于左端時譯碼數(shù)據(jù)來自MC145540的編碼模塊；當(dāng)K504置于右端時譯碼數(shù)據(jù)來自擴(kuò)展模塊。在該模塊中，各測試點的定義如下：1、TP501：發(fā)送模擬信號測試點2、TP502：PCM發(fā)送碼字 3、TP503：PCM編碼器輸入/輸出時鐘 4、TP504：PCM編碼抽樣時鐘 5、TP505：PCM接收碼字 6、TP506：接收模擬信號測試點 該單元的電路框圖見圖3-3：K501TP501TP502U502PCM編/譯碼器跳線器TP506TP505TP503跳線器自用戶接口測試信號NT發(fā)PCM碼字TP5048KHz同步256KHz時鐘收PCM碼字自環(huán)擴(kuò)展模塊

27、K504至用戶接口圖3-3 PCM模塊電路組成框圖四、實驗步驟1、準(zhǔn)備工作：加電后，將交換模塊中的跳線開關(guān)KQ01置于左端PCM編碼位置，此時MC145540工作在PCM編碼狀態(tài)。2、PCM編碼器 方法： （A）準(zhǔn)備：將跳線開關(guān)K501設(shè)置在測試位置，跳線開關(guān)K001置于右端選擇外部信號，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000HZ、電平為2VPP的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。 （B）用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號（同步沿、脈沖寬度）及輸出時鐘的對應(yīng)關(guān)

28、系。3、PCM譯碼器（1）準(zhǔn)備：跳線開關(guān)K501設(shè)置在測試位置、K504設(shè)置在正常位置，K001置于右端選擇外部信號。此時將PCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構(gòu)成自環(huán)。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000HZ、電平為2VP-P的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。（2）PCM譯碼器輸出模擬信號觀測：用示波器同時觀測解碼器輸出信號端口(TP506)和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。定性的觀測解碼信號與輸入信號的關(guān)系：質(zhì)量、電平、延時。4 、PCM頻率響應(yīng)測量：將測試信號電平固定在2VP-P，調(diào)整測試信號頻率，定性的觀測解碼恢復(fù)出的模擬信號

29、電平。觀測輸出信號電平相對變化隨輸入信號頻率變化的相對關(guān)系。5、 PCM動態(tài)范圍測量：將測試信號頻率固定在1000HZ，改變測試信號電平， 定性的觀測解碼恢復(fù)出的模擬信號質(zhì)量，也可采用李沙育圖形的模糊度來觀察。五、思考題1、PCM編碼器輸出的PCM數(shù)據(jù)的速率是多少？2、PCM編碼器的工作（輸出）時鐘與采樣時鐘各為多少？ 六、實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各點測試波形，將測量數(shù)據(jù)和波形填入表3-1。2、寫出各測試點波形名稱、算出各波形的周期和頻率。3、認(rèn)真完成思考題。測量點輸入信號頻率輸入懸空1000HZTP501TP502TP503TP504TP505TP506用直流檔測電平 表3-1實驗

30、四 ADPCM編譯碼器系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?、對ADPCM編碼工作過程的理解；2、了解ADPCM編、譯碼的時序關(guān)系；3、了解模集成電路的工作原理和應(yīng)用。二、實驗儀器1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、實驗原理（一）ADPCM基本工作原理64kbit/s的A律或律的對數(shù)壓擴(kuò)PCM編碼已經(jīng)在大容量的光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字微波系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但PCM信號占用頻帶要比模擬通信系統(tǒng)中的一個標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬（3.1kHZ）寬很多倍，這樣，對于大容量的長途傳輸系統(tǒng)，尤其是衛(wèi)星通信，采用PCM方式的經(jīng)濟(jì)性能很難與模擬通信相比。多年來，人們一直研究壓縮數(shù)字化

31、語音占用頻帶的工作，也即研究如何在相同質(zhì)量指標(biāo)的條件下降低數(shù)字化語音的數(shù)碼率，也提高數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率。通常把數(shù)碼率低于64kbit/s的語音編碼方法稱為語音壓縮編碼技術(shù)。語音壓縮編碼方法很多，其中自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）是語音壓縮中復(fù)雜度較低的一種編碼方法，它可在32kbit/s數(shù)碼率上達(dá)到64kbit/s的PCM數(shù)字電話語音質(zhì)量。近年來，ADPCM已作為長途傳輸中一種新型的國際通用的語音編碼方法。ADPCM編譯碼模塊將來自用戶接口模塊的模擬信號進(jìn)行ADPCM編譯碼，該模塊采用 MC145540集成電路完成ADPCM編譯碼功能。其具有多種工作模式和功能，開機(jī)時通過交換模塊中的跳

32、線開關(guān)KQ01將其配置成ADPCM模式(直接將ADPCM碼進(jìn)行打包傳輸)，使其具有以下功能： 1、對接口模塊送來的發(fā)支路模擬信號進(jìn)行ADPCM編碼輸山。 2、將輸入的ADPCM碼字進(jìn)行譯碼(即通話對方的ADPCM碼字)，并將譯碼之后的模擬信號送入用戶接口模塊。 ADPCM編譯碼模塊使用PCM編澤碼模塊相同電路，ADPCM編譯碼器收、發(fā)兩支路組成由編碼集成電路U502(MCl45540)、運放U501(TL082)、晶振U503(2048MHz)及相應(yīng)的跳線器、電位器組成。發(fā)送支路的發(fā)送信號經(jīng)U501A運放放大后，送入U502的2腳進(jìn)行ADPCM編碼。編碼的輸出時鐘為BCLK(256KHz)，編

33、碼數(shù)據(jù)從U502的20腳輸山(DT-ADPCMl)，F(xiàn)SX為編碼抽樣時鐘信號(8KHz)。譯碼之后的模擬信號經(jīng)運放U501B放大緩沖輸山，送到用戶接口模塊中。該單元的電路框圖見圖4-1K501TP501TP502U502ADPCM編/譯碼器跳線器TP506TP505TP503跳線器自用戶接口測試信號NT發(fā)ADPCM碼字TP5048KHz同步256KHz時鐘收ADPCM碼字自環(huán)擴(kuò)展模塊K504至用戶接口 圖4-1 ADPCM模塊電路組成框圖四、 實驗步驟 （一）準(zhǔn)備工作 ADPCM編譯碼模塊中的各跳線功能如下(測試點與PCM編譯碼模塊相同)： 1、跳線開關(guān)K501是用于選擇輸入信號，當(dāng)K501置

34、于正常位置時，選擇來自用戶接口單元的話音信號：當(dāng)K501置于測試位置時選擇測試信號。測試信號主要用于測試ADPCM的編譯碼特性。測試信號可以選擇外部測試信號或內(nèi)部測試信號，當(dāng)設(shè)置在交換模塊內(nèi)的跳線開關(guān)K001設(shè)置在左端時，選擇內(nèi)部1KHz測試信號；當(dāng)設(shè)置在2_3位置(右端)時選擇外部測試信號，測試信號從J005模擬測試端口輸入。 2、跳線器K504是用于設(shè)置ADPCM澤碼器的輸入數(shù)據(jù)信號，當(dāng)K504置于左端時編碼數(shù)據(jù)自環(huán)送入MCl45540進(jìn)行譯碼：當(dāng)K504置于右端時編碼數(shù)據(jù)送入擴(kuò)展模塊。（二）ADPCM編碼實驗1、輸出時鐘和抽樣時鐘信號觀測用示波器同時觀測幀同步時隙信號（TP504）和輸出

35、時鐘信號（TP503）,觀測時以TP504做同步。分析和掌握ADPCM編碼抽樣時鐘信號與輸出時鐘的對應(yīng)關(guān)系。2、信號與ADPCM編碼數(shù)據(jù)測量(1) 用示波器同時觀測幀同步時隙信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時以TP504做同步。分析和掌握ADPCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號、輸出時鐘的對應(yīng)關(guān)系。(2) 將輸入信號選擇開關(guān)K501設(shè)置在測試位置，將交換模塊內(nèi)測試信號選擇開關(guān)K001設(shè)置在內(nèi)部測試信號2-3位置（右端）。此時由該模塊產(chǎn)生一個1KHz的測試信號，送入ADPCM編碼器。將發(fā)通道增益選擇開關(guān)K502設(shè)置在測試位置（右端），通過調(diào)整電位器W501改變發(fā)通道的信號

36、電平。用示波器觀測編碼輸出數(shù)據(jù)信號（TP502）隨輸入信號電平變化的關(guān)系。（三）ADPCM譯碼實驗1、將跳線開關(guān)K501設(shè)置在測試位置（右端）、K504設(shè)置在正常位置（左端）。此時將ADPCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構(gòu)成自環(huán)。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。2、ADPCM譯碼器輸出模擬信號觀測：用示波器同時觀測ADPCM譯碼器輸出信號端口（TP506）和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。定性的觀測譯碼恢復(fù)出的模擬信號質(zhì)量。 3、ADPCM頻率響應(yīng)測量：將測試信號電平固定在

37、2Vp-p，調(diào)整測試信號頻率，定性的觀測譯碼恢復(fù)出的模擬信號質(zhì)量。觀測信噪比隨輸入信號頻率變化的相關(guān)關(guān)系。4、ADPCM動態(tài)范圍測量：將測試信號頻率固定在1000Hz，改變測試信號電平，定性的觀測譯碼恢復(fù)出的模擬信號質(zhì)量。也可采用李沙育圖形的模糊度來觀察。（四）ADPCM編譯碼去器性能驗證實驗 將示波器置于X-Y模式，輸入信號（TP501）、輸出信號（TP506）作為兩個輸入端，觀察李沙育圖形模糊度，說明系統(tǒng)性能。五、注意事項(1)加電，+5V,+12V,-12V燈亮。(2)將交換模塊中的跳線開關(guān)KQ01置于右端（ADPCM編碼位置）。(3) K501設(shè)置為2-3(右端)，K001置于右端，用

38、函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測試信號送入J005和J006（地）。(4)用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和輸出時鐘信號（TP503）,觀測時以TP504做同步。(5) 用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時以TP504做同步。(6)用示波器同時觀測解碼器輸出信號端口（TP506）和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。六、討論思考題1、計算ADPCM編碼器輸出的ADPCM數(shù)據(jù)的速率是多少？2、ADPCM編碼器的工作（輸入）時鐘與采樣的時鐘各為多少？3、ADPCM編碼器的晶振

39、是20.48MHZ，問：內(nèi)部要通過幾分頻才能得到采樣頻率？七、實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各點測試波形，將測量數(shù)據(jù)和波形填入表4-1。2、畫出實驗過程中各測量點的波形圖，注意對應(yīng)相位關(guān)系。3、認(rèn)真完成思考題。 測量點輸入信號頻率輸入懸空1000HZTP501TP502TP503TP504TP505TP506用直流檔測電平表4-1實驗五 PCM系統(tǒng)與ADPCM系統(tǒng)性能比較實驗一、實驗?zāi)康?、加深對ADPCM編碼工作過程的理解；2、加深對PCM編碼工作過程的理解；3、比較PCM與ADPCM的工作原理；4、掌握一般通信系統(tǒng)的性能測試方法。二、實驗儀表1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺

40、3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、實驗原理本實驗基本原理請參看實驗三和實驗四的相關(guān)章節(jié)，并認(rèn)真復(fù)習(xí)ADPCM與PCM的基本原理與內(nèi)容。四、實驗內(nèi)容（一）PCM系統(tǒng)性能指標(biāo)測量1、PCM編譯碼系統(tǒng)動態(tài)范圍測量動態(tài)范圍是指在滿足一定信噪比的條件下，允許輸入信號電平變化的范圍。通常規(guī)定測試信號的頻率為1000Hz,動態(tài)范圍應(yīng)滿足CCITT建議的框架（樣板值，如下圖所示）。S/N (dB )3020100-50-40-30-20-100dBmo測試時將跳線開關(guān)K501設(shè)置在測試位置、K504設(shè)置在正常位置，此時使ADPCM編碼器和譯碼器構(gòu)成自環(huán)。動態(tài)范圍的測試連接見下圖，該項測量內(nèi)容視配備

41、的教學(xué)儀表來定。測量時，輸入信號由小至大調(diào)節(jié)，測量不同電平時的S/N值，記錄測量數(shù)據(jù)。為確保器件安全，不要求學(xué)生對輸入信號的臨界過載信號進(jìn)行驗證，取輸入信號的最大幅度為5Vp_p。音頻傳輸損傷測試儀編碼器譯碼器自環(huán)J005J006發(fā)送接收2、PCM編譯碼系統(tǒng)信噪比測量跳線開關(guān)設(shè)置同上，測試連接與上相同。測量時，選擇一最佳編碼電平（通常為-10dBr），在此電平下測試不同頻率下的S/N值。頻率選擇在300Hz、500Hz、800Hz、1000Hz、2010Hz、3000Hz、3400Hz，直接從音頻損傷測試儀上讀取數(shù)據(jù)，記錄測量數(shù)據(jù)。該項測量視配備的教學(xué)儀表來定。3、頻率特性測量跳線開關(guān)設(shè)置同上

42、。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp_p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。用示波器（或電平表）測量輸出信號端口（TP506）的電平。改變函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率，用點頻法測量。測量頻率范圍：250Hz-4000Hz。該項測試可以直接通過音頻損傷測試儀測試。4、信道自環(huán)增益測量跳線開關(guān)設(shè)置同上。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp_p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。用示波器（或電平表）測量輸出信號端口（TP506）的電平。將收發(fā)電平的倍數(shù)（增益）換算為dB表示。該項測試可以直接通過音頻損傷測試儀測試。5、P

43、CM編譯碼系統(tǒng)信道空閑噪聲測量跳線開關(guān)設(shè)置同上。測試連接與上相同?？臻e噪聲指標(biāo)從音頻損傷測試儀上直接讀取。該項測量視配備的教學(xué)儀表來定。（二）ADPCM系統(tǒng)性能指標(biāo)測量1、ADPCM編譯碼系統(tǒng)動態(tài)范圍測量動態(tài)范圍是指在滿足一定信噪比的條件下，允許輸入信號電平變化的范圍。通常規(guī)定測試信號的頻率為1000Hz,動態(tài)范圍應(yīng)滿足CCITT建議的框架（樣板值，如下圖所示）。S/N (dB )3020100-50-40-30-20-100dBmo測試時將跳線開關(guān)K501設(shè)置在測試位置、K504設(shè)置在正常位置，此時使ADPCM編碼器和譯碼器構(gòu)成自環(huán)。動態(tài)范圍的測試連接與PCM編碼測量時相同，該項測量內(nèi)容視配

44、備的教學(xué)儀表來定。測量時，輸入信號由小至大調(diào)節(jié)，測量不同電平時的S/N值，記錄測量數(shù)據(jù)。為確保器件安全，不要求學(xué)生對輸入信號的臨界過載信號進(jìn)行驗證，取輸入信號的最大幅度為5Vp_p。2、ADPCM編譯碼系統(tǒng)信噪比測量跳線開關(guān)設(shè)置同上，測試連接與PCM相同。測量時，選擇一最佳編碼電平（通常為-10dBr），在此電平下測試不同頻率下的S/N值。頻率選擇在300Hz、500Hz、800Hz、1000Hz、2010Hz、3000Hz、3400Hz，直接從音頻損傷測試儀上讀取數(shù)據(jù)，記錄測量數(shù)據(jù)。該項測量視配備的教學(xué)儀表來定。3、頻率特性測量跳線開關(guān)設(shè)置同上。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電

45、平為2Vp_p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。用示波器（或電平表）測量輸出信號端口（TP506）的電平。改變函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率，用點頻法測量。測量頻率范圍：250Hz-4000Hz。該項測試可以直接通過音頻損傷測試儀測試。4、信道自環(huán)增益測量跳線開關(guān)設(shè)置同上。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp_p的正弦波測試信號送入信號測試端口J005和J006（地）。用示波器（或電平表）測量輸出信號端口（TP506）的電平。將收發(fā)電平的倍數(shù)（增益）換算為dB表示。該項測試可以直接通過音頻損傷測試儀測試。5、ADPCM編譯碼系統(tǒng)信道空閑噪聲測量跳線開關(guān)設(shè)置同

46、上。測試連接與動態(tài)范圍測量連接相同。空閑噪聲指標(biāo)從音頻損傷測試儀上直接讀取。該項測量視配備的教學(xué)儀表來定。五、實驗步驟及注意事項(1)加電，+5V,+12V,-12V燈亮。(2)將交換模塊中的跳線開關(guān)KQ01置于右端（ADPCM編碼位置）。(3) K501設(shè)置為2_3(右端)，K001置于右端，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp_p的正弦波測試信號送入J005和J006（地）。(4)用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和輸出時鐘信號（TP503）,觀測時以TP504做同步。(5) 用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時

47、以TP504做同步。(6)用示波器同時觀測解碼器輸出信號端口（TP506）和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。(7)根據(jù)附錄中的具體內(nèi)容與要求進(jìn)行測量，并把測量結(jié)果填入表格中。六、討論思考題1、 與PCM碼字觀測結(jié)果比較，為什么在ADPCM編碼方式下，觀測不到隨電平變化有一個比較穩(wěn)定的碼字？2、 比較PCM與ADPCM的工作原理。3、 說說PCM與ADPCM的編碼速率有何不同，為什么？七、實驗報告要求1、 整理實驗數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線和波形。2、 在通信系統(tǒng)中PCM接收端應(yīng)如何獲得接收輸入時鐘和接收幀同 步時鐘信號？3、 根據(jù)測量結(jié)果，對ADPCM和PCM系統(tǒng)的輸

48、入/輸出時鐘信號、抽樣時鐘和數(shù)據(jù)信號的頻率及速率進(jìn)行比較。4、 在實際的通信系統(tǒng)中收端(譯碼)部分的定時信 號是怎樣獲取的？5、 對ADPCM和PCM系統(tǒng)的系統(tǒng)性能進(jìn)行比較。6、 對改進(jìn)實驗有什么建議？實驗六 FSK調(diào)制解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?、了解FSK調(diào)制的基本工作原理及電路組成；2、了解利用鎖相環(huán)解調(diào)FSK的原理和實現(xiàn)方法。二、實驗儀器1、數(shù)字示波器 一臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3、JH5001型通信原理基礎(chǔ)實驗箱 一臺三、實驗原理 FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點是: 實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字調(diào)頻又可稱作頻

49、移鍵控FSK，它是利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息。數(shù)字調(diào)頻信號可以分為相位離散和相位連續(xù)兩種情形。若兩個振蕩頻率分別由不同的獨立振蕩器提供，它們之間相位互不相關(guān)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號：若兩個振蕩頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個載頻進(jìn)行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。在二進(jìn)制頻移鍵控中，幅度恒定不變的載波信號的頻率隨著輸入碼流的變化而切換（稱為高音和低音，代表二進(jìn)制的1和0）。通常，F(xiàn)SK信號的表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其中2f代表信號載波的恒定偏移。產(chǎn)生FSK信號最簡單的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形

50、在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號稱為不連續(xù)FSK信號。不連續(xù)的FSK信號表達(dá)式為：（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）其實現(xiàn)如圖6-1所示：圖6-1非連續(xù)相位FSK的調(diào)制框圖本實驗電路中，由實驗提供的載頻頻率經(jīng)過本實驗電路分頻而得到的兩個不同頻率的載頻信號，則為相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號。(一)FSK調(diào)制電路工作原理1、FSK調(diào)制原理框圖，見圖6-22、FSK調(diào)制工作原理。由圖6-2可知，輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)K904轉(zhuǎn)接后分成兩路，一路控制f1=20KHz的載頻，另一路經(jīng)倒相器去控制f2=8KHz的載頻。當(dāng)基帶信號為“1”時，模擬開關(guān)1打開，模擬開關(guān)2關(guān)閉，此時輸出fl=20KHz，當(dāng)基帶信號為“0”時，模擬開關(guān)1關(guān)閉，模擬開關(guān)2打開，此時輸出f2=8KHz，于是可在輸出端得到已調(diào)的FSK信號。6-2電路中的兩路載頻(fl、f2)由內(nèi)時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過開關(guān)K901，K90