教學(xué)課件·數(shù)字通信系統(tǒng)(第二版)

1、第8章 數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目8.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述8.2 數(shù)字通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目圖 8.1 JH50001 ( )通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱8. 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用南京捷輝科技有限公司開發(fā)的 JH50001 ( )通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱,如圖8. 1 所示。JH50001 ( )通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱具有以下特點(diǎn):(1 )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;(2 )全面性:通過眾多的測試接口,對每一個(gè)電路模塊都能有一個(gè)全面的了解;(3 )實(shí)用性:便于老師對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行組織和實(shí)施;(4 )概念清晰:通過大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保證課程教學(xué)的需要;(5 )重點(diǎn)突出:通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作和測試,為通信專業(yè)的學(xué)生后續(xù)學(xué)

2、習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。8. 1. 1 電路組成概述JH50001 ( )通信原理實(shí)驗(yàn)箱模塊布局如圖 8. 1 所示,該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括下列基本模塊: 漢明編碼模塊; 漢明譯碼模塊; 信號模塊; PAM 模塊; AM 調(diào)制模塊; AM 解調(diào)模塊; 數(shù)字調(diào)制模塊; 基帶成形模塊; D / A 模塊; 中頻調(diào)制模塊;中頻解調(diào)模塊; A / D 模塊; 數(shù)字解調(diào)模塊; FSK 調(diào)制/解調(diào)模塊; HDB 3 /AMI 模塊; 模擬鎖相模塊; 電源模塊。該實(shí)驗(yàn)箱采用模塊化、積木化的設(shè)計(jì)思想,減少了老師開設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)課前的準(zhǔn)備及維護(hù)設(shè)備的工作量。在該硬件平臺(tái)中,模塊功能加強(qiáng)。對于每一個(gè)模塊,在 PCB 每個(gè)測試模塊

3、都能獨(dú)立開設(shè)實(shí)驗(yàn),便于教學(xué)與學(xué)習(xí)。使用該實(shí)驗(yàn)箱總共可以開設(shè) 13 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(即每個(gè)模塊都可以獨(dú)立開設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)),基于學(xué)時(shí)和篇幅的限制,本書只選擇編入了 8 個(gè)最具代表性和實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)。在 JH50001 ( )通信原理實(shí)驗(yàn)箱中,電源插座與電源開關(guān)在機(jī)箱的后面,電源模塊在該實(shí)驗(yàn)箱電路板的下面,它主要完成交流 220V 到 +5V 、 +12V 、 -12V 的直流變換,給整個(gè)硬件平臺(tái)供電。8. 1. 2 DS 5000 數(shù)字示波器初識(shí)1.DS 5000 的前面板和用戶界面DS 5000 向用戶提供簡單而功能明晰的前面板,以進(jìn)行基本的操作。面板上包括旋鈕和功能按鈕。旋鈕的功能與其他示波器類似。顯

4、示屏右側(cè)的一列 5 個(gè)灰色按鈕為菜單操作鍵(自上而下定義為 15 號),通過它們,可以設(shè)置當(dāng)前菜單的不同選項(xiàng)。其他按鈕(包括彩色按鈕)為功能鍵,通過它們,可以進(jìn)入不同的功能菜單或直接獲得特定的功能應(yīng)用,詳細(xì)功能說明如圖 8.2 所示。2. 探頭補(bǔ)償和自動(dòng)設(shè)置(1 )探頭補(bǔ)償。在首次將探頭與任一輸入通道連接時(shí),進(jìn)行此項(xiàng)調(diào)節(jié),使探頭與輸入通道相配。未經(jīng)補(bǔ)償或補(bǔ)償偏差的探頭會(huì)導(dǎo)致測量誤差或錯(cuò)誤。若調(diào)整探頭補(bǔ)償,如圖 8.3所示,請按如下步驟: 將探頭菜單衰減系數(shù)設(shè)定為 10X ,并將示波器探頭與通道 1 連接。將探頭端部與探頭補(bǔ)償器的信號輸出連接器相連,基準(zhǔn)導(dǎo)線夾與探頭補(bǔ)償器的地線連接器相連,打開通

5、道1 ,然后按 AUTO 。 檢查所顯示波形的形狀。 如必要,用非金屬質(zhì)地的改錐調(diào)整探頭上的可變電容,直到屏幕顯示的波形如圖 8.3 ( b )“補(bǔ)償正確”。 必要時(shí),重復(fù)步驟。(2 )自動(dòng)設(shè)置。 DS 5000 系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器具有自動(dòng)設(shè)置的功能,根據(jù)輸入的信號,可自動(dòng)調(diào)整電壓倍率、時(shí)基以及觸發(fā)方式至最好形態(tài)顯示。應(yīng)用自動(dòng)設(shè)置要求被測信號的頻率大于或等于 50Hz ,占空比大于 1% 。具體操作是按界面右上角 AOTU 按鈕。圖 8.2 DS 5000 的面板和顯示界面功能說明圖 8.3 補(bǔ)償過度、正確、不足波形圖3. 垂直系統(tǒng)在垂直控制區(qū)( VERTICAL )有五個(gè)按鈕和兩個(gè)旋鈕。垂直

6、 POSITION 旋鈕用于調(diào)整波形垂直方向上的移動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)垂直 SCALE 旋鈕改變 Volt / div (伏/格)垂直擋位。按鈕CH1 、 CH2 分別用于通道一、通道二的選擇, MATH 為數(shù)學(xué)運(yùn)算, REF 為參考波形, OFF則用于關(guān)閉菜單或關(guān)閉當(dāng)前選擇通道。4. 水平系統(tǒng)在水平控制區(qū)( HORIZONTAL )有一個(gè)按鈕和兩個(gè)旋鈕。水平 SCALE 旋鈕用于改變S / div (秒/格)水平擋位設(shè)置,旋鈕 POSITION 用于調(diào)整信號在波形窗口內(nèi)的水平位置。按鈕 MENU 用于顯示 TIME 菜單。在這個(gè)菜單下可以開啟/關(guān)閉延遲掃描或切換 YT 、X Y 顯示模式,也可以設(shè)置水平

7、 POSITION 旋鈕的觸發(fā)位移或觸發(fā)釋抑模式。5. 觸發(fā)系統(tǒng)在觸發(fā)控制區(qū)( TRIGGER )有一個(gè)旋鈕和三個(gè)按鈕。使用 LEVEL 旋鈕改變觸發(fā)電平設(shè)置。在觸發(fā)耦合為交流或低頻抑制時(shí),觸發(fā)電平以百分比顯示。 MENU 按鈕用于調(diào)出促發(fā)操作菜單,改變觸發(fā)位置, 50% 按鈕用于設(shè)定觸發(fā)電平在觸發(fā)信號幅值的垂直中間;FORCE 按鈕用于強(qiáng)制產(chǎn)生一觸發(fā)信號,主要應(yīng)用于觸發(fā)方式中的普通和單次模式。8. 1. 3 DS 5000 數(shù)字示波器用戶指南1. 垂直系統(tǒng)(1 )通道 CH1 和 CH2 功能。 CH1 和 CH2 各有自己獨(dú)立的垂直菜單,可以進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)置。按下 CH1 或 CH2 按鈕,

8、其操作菜單說明如表 8.1 及圖 8. 4 所示。圖 8.4 通道設(shè)置說明圖 8.5 通道設(shè)置中的數(shù)字濾波及頻率設(shè)置( 2 )數(shù)學(xué)運(yùn)算 MATH 功能。數(shù)學(xué)運(yùn)算 MATH 功能是顯示 CH1 、 CH2 通道波形相加、相減、相乘、相除以及 FFT 運(yùn)算的結(jié)果。數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果同樣可以通過柵格或游標(biāo)進(jìn)行測量。其功能菜單說明如表 8.3 所示。(3 ) REF 功能。在實(shí)際測試過程中,用 DS 5000 示波器測量、觀察有關(guān)組件的波形,可以把波形和參考波形樣板進(jìn)行比較,從而判斷故障原因。此法在具有詳盡電路工作點(diǎn)參考波形條件下尤為適用。該按鈕的功能菜單說明如表 8.5 所示。(4 )選擇和關(guān)閉通道。

9、DS 5000 的 CH1 、 CH2 為信號輸入通道。此外,對于數(shù)學(xué)運(yùn)算MATH 和 REF 的顯示和操作也是按通道的等同觀念來處理。因此,在處理 MATH 和REF 時(shí),也可以理解為是在處理相對獨(dú)立的通道。打開或選擇某一通道時(shí),只需按其對應(yīng)的通道按鈕。若關(guān)閉一個(gè)通道,首先,此通道必須在當(dāng)前處于選中狀態(tài),然后按 OFF 按鈕即可將其關(guān)閉,如圖 8.6 所示。圖 8.6 REF 功能說明示意圖2. 水平系統(tǒng)水平 POSITION 和水平 SCALE 旋鈕的用法與垂直旋鈕的用法相似。水平系統(tǒng)菜單功能如表 8.6 所示。3. 觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)決定了示波器何時(shí)開始采集數(shù)據(jù)和顯示波形。一旦觸發(fā)被正確設(shè)定,

10、它可以將不穩(wěn)定的顯示轉(zhuǎn)換成有意義的波形。示波器在開始采集數(shù)據(jù)時(shí),先收集足夠的數(shù)據(jù)在觸發(fā)點(diǎn)的左方畫出波形。示波器在等待觸發(fā)條件發(fā)生的同時(shí)連續(xù)地采集數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到觸發(fā)后,示波器連續(xù)地采集足夠的數(shù)據(jù)以在觸發(fā)點(diǎn)的右方畫出波形。觸發(fā)控制區(qū)包括觸發(fā)電平調(diào)整旋鈕 LEVEL (設(shè)定觸發(fā)點(diǎn)對應(yīng)的信號電壓);設(shè)定觸發(fā)電平在信號垂直中點(diǎn)處, 50% 處強(qiáng)制觸發(fā)按鍵 FORCE ;觸發(fā)菜單按鍵 MENU ,其功能如表 8.7 所示。4.MANU 常用功能鍵(1 )采樣系統(tǒng)功能。 MENU 控制區(qū)的 ACQUIRE 為采樣系統(tǒng)的功能按鍵,其功能說明如表 8.8 所示。(2 )顯示系統(tǒng)功能。 MENU 控制區(qū)的 DIS

11、PLAY 為采樣系統(tǒng)的功能按鍵,其功能說明如表 8.9 所示。(3 )存儲(chǔ)和調(diào)出功能。MENU 控制區(qū)的 STORAGE 為存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能按鍵,其功能說明如表 8.10 所示。(4 )輔助系統(tǒng)功能。 MENU 控制區(qū)的 UTILITY 為輔助系統(tǒng)功能按鍵,其功能說明如表 8.11 所示。(5 )自動(dòng)測量。 MENU 控制區(qū)的 MEASURE 為自動(dòng)測量功能按鍵,顯示系統(tǒng)自動(dòng)測量操作菜單。該示波器具有 20 種自動(dòng)測量功能,包括峰 峰值、最大值、最小值、頂端值、底端值、幅值、平均值、均方根值、過沖、預(yù)沖、頻率、周期、上升時(shí)間、下降時(shí)間、正占空比、負(fù)占空比、延遲 1-2 、正脈寬、負(fù)脈寬的測量,共

12、 10 種電壓測量和 10 種時(shí)間測量。(6 )光標(biāo)測量。 MENU 控制區(qū)的 CURSOR 為光標(biāo)測量功能按鍵。光標(biāo)模式允許用戶通過移動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行測量。光標(biāo)測量分為三種模式:手動(dòng)方式、追蹤方式、自動(dòng)測量方式。5. 執(zhí)行按鍵執(zhí)行按鍵包括 AUTO (自動(dòng)設(shè)置)和 RUN / STOP (運(yùn)行/停止)。 AUTO (自動(dòng)設(shè)置)自動(dòng)設(shè)定儀器各項(xiàng)控制值,以產(chǎn)生適宜觀察的波形顯示。按 AUTO (自動(dòng)設(shè)置)鍵,可以快速設(shè)置和測量信號。8. 2 數(shù)字通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目8. 2. 1 PAM 實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )驗(yàn)證抽樣定理。(2 )觀察 PAM 信號的抽樣過程。(3 )了解混疊效應(yīng)產(chǎn)生的原因。(4 )學(xué)

13、習(xí)抽樣的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。(3 )函數(shù)信號發(fā)生器。三、實(shí)驗(yàn)原理利用抽樣脈沖把一個(gè)連續(xù)信號變?yōu)闀r(shí)間上離散的樣值序列,這一過程稱為抽樣,抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅(PAM )信號。抽樣定理指出,一個(gè)頻率受限信號 m (t ),如果它的最高頻率為 f h ,則可以唯一地由頻率等于或大于 2 f h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。在抽樣定理實(shí)驗(yàn)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(gè)信號,通過改變函數(shù)信號發(fā)生

14、器的頻率,觀察抽樣序列和重建信號,檢驗(yàn)抽樣定理的正確性。抽樣定理實(shí)驗(yàn)各點(diǎn)間波形如圖 8.7 所示。圖 8.7 抽樣定理實(shí)驗(yàn)原理框圖圖 8.8 抽樣定理實(shí)驗(yàn)電路組成框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“外部”(即“2 3 ”連接); K701 置“測試”(即“ 2 3 ”連接); KQ02 置“右端”(即“2 3 ”連接); K702 置“濾波”。調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器,選擇正弦波輸出,頻率 f =1kHz ,輸出電平 v pp =2V ,并接入實(shí)驗(yàn)箱面板的 J005 端口上。2. 自然抽樣脈沖序列測量(1 ) TP701 和 TP703 兩個(gè)測試點(diǎn)的波形比較(輸入模擬信號與抽樣

15、后信號比較)。建議數(shù)一數(shù)一個(gè)正弦波周期內(nèi)有幾個(gè)抽樣點(diǎn),從而辨識(shí)抽樣頻率 f c 與信號頻率 f 之間的關(guān)系是否滿足抽樣定理要求。(2 ) TP701 和 TP704 兩個(gè)測試點(diǎn)的波形比較(輸入模擬信號與抽樣后進(jìn)行重建還原信號比較)。3. 信號混疊觀測將跳線 K702 置“直通”(即無濾波器),僅僅改變函數(shù)信號發(fā)生器正弦波頻率 f =7. 5kHz 左右,觀察 TP701 和 TP704 兩個(gè)測試點(diǎn)的波形。4. 平頂抽樣脈沖序列測量除了將 KQ02 置“左端”(即“ 1-2 ”連接)外,其他步驟與上面 2-3 方法一樣。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (1 )整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫出測試波形。 (2 )采集采用抗混疊

16、濾波器(即 K702 置“濾波”)時(shí)輸出波形的性能(見表 8. 12 ),并解釋為什么。(4) 總結(jié)一般規(guī)律。8. 2. 2 PCM 實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )了解語音編碼的工作原理,驗(yàn)證 PCM 編、譯碼原理。(2 )熟悉 PCM 抽樣時(shí)鐘、編碼數(shù)據(jù)和輸入/輸出時(shí)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(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。(3 )函數(shù)信號發(fā)生器。三、實(shí)驗(yàn)原理圖 8.9 為 PCM 實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路組成框圖, PCM 編、譯碼器模塊由語音編譯碼集

17、成電路U502 ( MC145540 )、運(yùn)放 U501 ( TL082 )、晶振 U503 ( 2. 048 MHz )組成,對模擬信號進(jìn)行PCM 編、譯碼。圖 8.9 PCM 實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路組成框圖在 PCM 編、譯碼模塊中,發(fā)送信號經(jīng) U501A 運(yùn)放放大后,送入 U502 的 2 腳進(jìn)行 PCM編碼。編碼輸入時(shí)鐘為 BCLK (256kHz ),編碼數(shù)據(jù)從 U502 的 20 腳輸出( DT _ ADPCM ), FSX為編碼抽樣時(shí)鐘(8kHz )。譯碼之后的模擬信號經(jīng)運(yùn)放 U501B 放大緩沖輸出。PCM 編、譯碼模塊中的各跳線功能如下:跳線開關(guān) K501 用于選擇輸入信號,當(dāng) K50

18、1 置于測試位置時(shí)(右端)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)置在信號模塊內(nèi)的跳線開關(guān) K001 設(shè)置在 1 2 位置(左端)時(shí),選擇內(nèi)部1kHz 測試信號;當(dāng)設(shè)置在 2 3 位置(右端)時(shí)選擇外部測試信號。測試信號從測試端口輸入。跳線器 K504 用于設(shè)置 PCM 譯碼器的輸入數(shù)據(jù)選擇,當(dāng) K504 置于左端時(shí)譯碼器數(shù)據(jù)來自 MC145540 的編碼模塊。圖 8.9 模塊中各測試點(diǎn)的定義如下:TP501 :發(fā)送輸入模擬信號的測試點(diǎn);TP502 : PCM 發(fā)送碼字;TP503 : PCM 編碼器輸入/輸出時(shí)鐘;TP5

19、04 : PCM 編碼抽樣時(shí)鐘;TP505 : PCM 接收碼字;TP506 :接收模擬信號的測試點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“測試”(左端); KQ01 置“PCM ”(左端); K501 置“測試”(右端);K504 置“正”(左端)。調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器,選擇正弦波輸出,頻率 f =1kHz ,輸出電平 vpp =2V ,并接入實(shí)驗(yàn)箱面板的 J005 端口上。2.PCM 編碼及時(shí)鐘觀察及測試(1 ) TP502 與 TP504 波形比較,并讀出 12 個(gè)以上樣值數(shù)的 PCM 編碼,找出重復(fù)編碼的周期。(2 ) TP502 與 TP505 波形比較,發(fā)現(xiàn)其差異。(3

20、 )比較 TP503 與 TP504 兩個(gè)時(shí)鐘信號的頻率差異及特點(diǎn),如: 一個(gè)抽樣脈沖( TP504 )中可容納幾個(gè)位脈沖( TP503 ); 兩個(gè)抽樣脈沖(讀取在 TP504 處兩個(gè)以上周期波中)間可容納幾個(gè)( TP503 處)位脈沖。3. 觀察 PCM 譯碼性能及測試比較 TP501 與 TP505 波形,觀察 PCM 譯碼恢復(fù)效果好壞,測試譯碼恢復(fù)信號的質(zhì)量、電平、延時(shí)等性能。4.PCM 頻率響應(yīng)測量將測試信號電平固定在 v pp =2V ,調(diào)整測試信號頻率,定性地觀測解碼恢復(fù)出的模擬信號電平。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。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1 )整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫出相

21、應(yīng)的曲線和波形,由此定性描述 PCM 編、譯碼的特性。(2 )描述 PCM 集成芯片的串接同步接口的時(shí)序關(guān)系,即 TP503 與 TP504 之間的關(guān)系。(3 )填寫表 8. 14 的測試數(shù)據(jù),并畫出 PCM 的頻響特性。8. 2. 3 基帶傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(眼圖)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )了解奈奎斯特基帶傳輸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。(2 )熟悉升余弦基帶傳輸信號的特點(diǎn)。(3 )掌握眼圖信號的觀察方法。(4 )學(xué)習(xí)評價(jià)眼圖信號的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理基帶傳輸是調(diào)制傳輸(俗稱頻帶傳輸)的基礎(chǔ),也是頻帶傳輸?shù)牡刃У屯ㄐ盘柋硎尽?/p>

22、基帶傳輸系統(tǒng)的框圖如 8.10 所示。如果認(rèn)為信道特性是理想的,其整個(gè)傳輸系統(tǒng)的傳輸函數(shù)H ( f )為圖 8.10 基帶傳輸系統(tǒng)的框圖圖 8.11圖 8.12 眼圖主要的性能指標(biāo)示意圖圖 8.13 基帶傳輸框圖基帶傳輸模塊中各測試點(diǎn)的定義如下:TPM01 :發(fā)送的時(shí)鐘用做同步;TPM02 :實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部產(chǎn)生的輸入數(shù)字信號;TPM03 :經(jīng)過差分后的輸入數(shù)字信號;TPi03 :濾波器輸出基帶傳輸后的信號(眼圖觀測點(diǎn));TPi04 :濾波器輸出基帶傳輸后的信號。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“內(nèi)部”; KG01 置“下端”; KP01 置“12 ”(右端); KG03 置“ 1

23、2(32 位置); KG02 測試數(shù)據(jù)選擇依據(jù)如表 8. 15 所示。 ”2. 眼圖觀察并測試內(nèi)容(1 )當(dāng) KG04 選擇 =0 (非歸零碼)時(shí),分別觀察 KG02 取“全 1 碼”“全 0 碼”“ 0 / 1 碼”“更長 m 序列”這 4 種情況下,觀察 TPi03 (或 TPi04 )測試點(diǎn)的波形,并測量所觀察到的波形眼圖的各項(xiàng)指標(biāo),如上眼皮的電壓值(信號失真)、下眼皮的電壓值、左眼皮的電壓值(過零點(diǎn)失真)、右眼皮的電壓值、垂直最大張角的電壓值(噪聲容限)、水平最大張角的電壓值(定時(shí)抖動(dòng)靈敏度)。(2 )當(dāng) KG04 選擇 =0. 3 (升余弦濾波)時(shí),重復(fù)上面的觀察和測試。(3 )當(dāng)

24、KG04 選擇 =0. 4 (升余弦濾波)時(shí),重復(fù)上面的觀察和測試。(4 )當(dāng) KG04 選擇 =0. 4 (開根號升余弦濾波)時(shí),重復(fù)上面的觀察和測試。在上面 4 種情況下的 16 個(gè)波形中,凡是可看到眼圖波形的請測試眼圖指標(biāo),對于看不到眼圖的波形請測量其他參數(shù)(如電壓、頻率等參數(shù))。特別提示:眼 圖是在動(dòng) 態(tài)情況下 觀 測,所 以 在 測 試 過 程 中 切 記 不 可 用 示 波 器 中“STOP ”鍵。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1 )詳細(xì)整理 4 種情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并畫出對應(yīng)的波形和數(shù)據(jù)。(2 )根據(jù)比較 4 種情況下眼圖的數(shù)據(jù),指出其不同點(diǎn)。(3 )敘述奈奎斯特濾波作用,歸納升余弦濾波對基帶傳

25、輸?shù)挠绊憽?4 )畫出 TPM02 和 TPi03 (或 TPi04 )測試點(diǎn)的工作波形。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理AMI 碼的全稱是傳號極性反轉(zhuǎn)碼。其編碼方法:“ 0 ” 零電平;“ 1 ” 正、負(fù)交替脈沖。一般在傳輸前需對信息序列進(jìn)行“隨機(jī)化”(偽隨機(jī)化)處理,以避免長“0 ”串出現(xiàn),如圖8. 14 所示。圖 8.14 AMI 碼的編碼波形示意圖AMI 碼具有編、譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點(diǎn),是一種基本的線路碼,但是 AMI 碼有一個(gè)重要的缺點(diǎn),就是信號中出現(xiàn)連“ 0 ”時(shí)會(huì)造成提取定時(shí)信號困難。為了

26、保持 AMI 碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn),提出了許多改進(jìn)方法,其中 HDB3 碼就是其中具有代表性的一種。HDB3 碼的全稱為 3 階高密度雙極性碼。它的編碼原理是:先把消息代碼變換成 AMI碼,然后去檢查 AMI 碼的連 0 串情況,當(dāng)沒有 4 個(gè)以上連 0 串時(shí),則這時(shí)的 AMI 碼就是HDB3 ;當(dāng)出現(xiàn)連 0 狀態(tài)數(shù) 3 ,則對每 3+1=4 位連“ 0 ”,用特定的碼組取代之,該碼組稱為取代節(jié)。其取代節(jié)的編碼方式,每個(gè)取代節(jié)占 4 個(gè)脈沖的時(shí)間寬度,取代節(jié)的形式為“B00V ”或“ 000V ”,其中: B 脈沖符合極性交替的規(guī)律; V 脈沖破壞極性交替的規(guī)律(以便接收端識(shí)別), V 脈沖所

27、在的位置稱為“破壞點(diǎn)”。而譯碼方法是每遇到一個(gè)取代節(jié),用 4 個(gè)連“0 ”替代之。圖 8. 15 所示為 HDB 3 碼的編碼示意圖。圖 8.15 HDB 3 碼編碼示意圖圖 8.16 AMI / HDB 3 編、譯碼模塊組成框圖在圖 8.16 中,輸入的碼流進(jìn)入 UD01 的 1 腳,在 2 腳時(shí)鐘信號的推動(dòng)下輸入 UD01 的編碼 單 元, HDB3與 AMI 由 跳 線 開 關(guān) KD03 選 擇。編 碼 之 后 的 結(jié) 果 在 UD01 的 14( TPD03 )、 15 ( TPD04 )腳輸出。輸出信號在電路上直接返回到 UD01 的 11 、13 腳,由UD01 內(nèi)部譯碼單元進(jìn)行譯

28、碼。通常譯碼之后, TPD07 與 TPD01 的波形應(yīng)一致,但由于當(dāng)前的輸出 HDB3 碼字可能與前 4 個(gè)碼字有關(guān),因而 HDB3 的編、譯碼時(shí)延較大,運(yùn)算放大器 UD02A 構(gòu)成一個(gè)差 分放大器,用來將線 路輸出的 HDB3碼 變 換 為 雙 極 性 碼 輸 出( TPD05 )。運(yùn)算放大器 UD02B 構(gòu)成一個(gè)相加器,用來將線路輸出的 HDB3 碼變換為單極性碼輸出( TPD08 )。各跳線開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)不同功能的連接。該模塊內(nèi)各測試點(diǎn)的安排如下:TPD01 :編碼輸入數(shù)據(jù)( 256kb / s );TPD02 :編碼輸入時(shí)鐘( 256kHz );TPD03 : HDB 3 輸出 + ;

29、TPD04 : HDB 3 輸出 - ;TPD05 : HDB 3 輸出(雙極性碼);TPD06 :譯碼輸入時(shí)鐘( 256kHz );TPD07 :譯碼輸出數(shù)據(jù)( 256kb / s );TPD08 : HDB 3 輸出(單極性碼)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“內(nèi)部”; KG01 置“下端”; KQ01 置“左端”; KD01 置“12 ”(左端); KD02 置“1 2 ”(左端), KD03 置“ 12 ”為 HDB 3 編、譯碼;置“ 2 3 ”為 AMI 編、譯碼。 KQ03 開關(guān)的選擇與“眼圖”實(shí)驗(yàn)中“KG02 ”跳線含義一樣。即 KQ03 跳線連接選擇如表8

30、. 17 所示。2. 觀察并驗(yàn)證 AMI 編、譯碼觀察和記錄分別在輸入“全 1 碼”“全 0 碼”和“更長 m 序列”三種情況下的波形:(1 ) TPD01 和 TPD05 (編碼波形)波形比較,觀察 10 個(gè)以上的碼元波形,并估計(jì)延時(shí)多少個(gè)碼元值。(2 )對 TPD01 和 TPD07 波形(譯碼后的波形)進(jìn)行比較,觀察還原效果及延時(shí)情況。3. 觀察并驗(yàn)證 HDB 3 碼的編、譯碼觀察和記錄分別在輸入“全 1 碼”“全 0 碼”和“更長 m 序列”三種情況下的波形:(1 ) HDB 3 觀察 3 個(gè)以上的替代節(jié),記錄編碼,找出替代節(jié),并指出替代節(jié)的屬性,即是“000V ”還是“ B00V ”

31、。 .(2 )對 TPD01 和 TPD07 波形(譯碼后的波形)進(jìn)行比較,觀察還原效果及延時(shí)情況。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1 )詳細(xì)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并畫出對應(yīng)的波形圖和數(shù)據(jù)。(2 )根據(jù)測量結(jié)果,分析 AMI 碼和 HDB 3 碼接收時(shí)鐘提取電路受輸入數(shù)據(jù)影響的關(guān)系。(3 )總結(jié) HDB3 碼的信號特征。8. 2. 5 FSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )了解 FSK 調(diào)制的基本工作原理。(2 )驗(yàn)證 FSK 解調(diào)還原信號過程。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理FSK 是通過改變載波信號的頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)制,即將信息信號(或基帶信號

32、)攜帶到載波信號的頻率之中。在二進(jìn)制頻移鍵控中, FSK 的工作原理如圖 8.17 所示。圖 8.17 FSK 的工作原理示意圖在 JH5001 ( )通信原理綜合實(shí)驗(yàn)箱中, FSK 調(diào)制框圖如圖 8. 19 所示。在該板塊中,用數(shù)字基帶信號的電平高低不同控制 UE01 ( CD4046 )內(nèi)部的壓控振蕩器的振蕩頻率。當(dāng)輸入碼元為 0 時(shí),振蕩頻率為 69kHz ;當(dāng)輸入碼元為 1 時(shí),振蕩頻率為2024kHz 。這些頻率范圍的調(diào)整是通過 WE01 、WE02 來獲取的。其中, WE01 調(diào)整輸入 1 、0 信號的幅度,從而達(dá)到控制傳號頻率的間隔。 WE02 是調(diào)整送入到 VOC 輸入端信號的

33、直流偏移,通過調(diào)整 WE02 達(dá)到控制 FSK 中心頻率的作用。圖 8.19 FSK 調(diào)制框圖注意: FSK 的數(shù)據(jù)輸入信號來源于基帶成形模塊的測試序列,其通過KG02 來選擇不同的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)速率受 KG03 控制,在 FSK 實(shí)驗(yàn)中, KG03 設(shè)置在 500b / s ( KG03 處于23 狀態(tài))。FSK 解調(diào)框圖如圖 8. 20 所示。 FSK 的解調(diào)工作原理是:用一個(gè)模擬鎖相環(huán) UE02(CD4046 )對輸入的 FSK 信號進(jìn)行鑒頻。在解調(diào)模塊中采用一個(gè) PLL 環(huán),當(dāng)輸入的 FSK頻率出現(xiàn)變化時(shí),鎖相環(huán)也緊隨之變化,它是通過控制環(huán)路的輸入電壓 TPE04 來達(dá)到的。這樣當(dāng)輸入信號

34、頻率為 2024kHz 時(shí),鎖相環(huán)的 VCO 控制電壓為高電平,輸出碼元為 1 ;反之,當(dāng)輸入信號頻率為 69kHz 時(shí),鎖相環(huán)的 VCO 控制電壓為低電平,輸出碼元為 0 。壓控振蕩器( VCO )的控制電壓直接反映了 FSK 信號中的碼元變化。將該 VCO 的輸入控制電壓送入比較器中之后就能得到 FSK 接收解調(diào)的數(shù)字信號。圖 8.20 FSK 解調(diào)框圖FSK 模塊中兩個(gè)特別跳線 KE01 和 KE02 的功能分別為: KE01 用于選擇 UE01 的鑒相輸出,當(dāng) KE01 設(shè)置于 1-2 時(shí)(右端),選擇異或門鑒相輸出;當(dāng) KE01 設(shè)置于 2-3 時(shí)(右端),選擇三態(tài)門鑒相輸出。 KE

35、02 用于選擇輸入鎖相信號,當(dāng) KE02 置于 2-3 時(shí)(右端),輸入信號來自 FSK 調(diào)制端;當(dāng) KE02 置于 1 2 時(shí)(左端),選擇外部的測試信號。模塊內(nèi)各測試點(diǎn)的安排如下:TPE01 : FSK 調(diào)制端的電平變換輸出;TPE02 :調(diào)制之后的 FSK 調(diào)制輸出;TPE03 :解調(diào)端的 PLL 壓控振蕩器輸出;TPE04 : FSK 解調(diào)的鑒頻輸出;TPE05 :鎖定指示(鎖定時(shí)為高電平);TPE06 : FSK 解調(diào)輸出;TPE07 : FSK 解調(diào)輸入信號。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“內(nèi)部”; KG01 置“下端”; KG03 置“右端”; KE01 和K

36、E02 置“右端”; KG02 測試數(shù)據(jù)選擇依據(jù)如表 8.8 所示。3. 觀察 KG02 選“ 0 / 1 ”時(shí), K 調(diào)制與解調(diào)波形(1 )先通過 TPM02 檢查輸入模塊信號是否為 0 / 1 波形;(2 )觀察 TPE02 端 FSK 調(diào)制輸出;(3 )觀察 TPE06 端 FSK 解調(diào)輸出和 TPM02 波形比較;(4 )觀察 TPE07 端 FSK 解調(diào)輸入信號和 TPE02 波形比較。8. 2. 6 漢明碼系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^糾錯(cuò)編、譯碼實(shí)驗(yàn),加深對糾錯(cuò)編、譯碼理論的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱;(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理差

37、錯(cuò)控制編碼的基本做法:在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┍O(jiān)督碼元,這些多余的碼元與信息之間以某種確定的規(guī)則建立校驗(yàn)關(guān)系。接收端按照既定的規(guī)則檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系,一旦傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò),則信息碼元與監(jiān)督碼元之間的校驗(yàn)關(guān)系將受到破壞,從而可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,乃至糾正錯(cuò)誤。在 JH5001 ( )通信原理綜合實(shí)驗(yàn)箱中的糾錯(cuò)碼系統(tǒng)采用漢明碼( 7 , 4 )。其漢明編碼器和譯碼器的電原理圖如圖 8.21 所示。圖 8.21 漢明編、譯碼器電原理圖漢明編、譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路功能組成框圖如圖 8.22 所示。漢明編譯碼模塊中的各測試點(diǎn)定義如下:TPC01 :輸入數(shù)據(jù);TPC02 :輸入時(shí)鐘;TPC0

38、3 :錯(cuò)碼指示(無加錯(cuò)時(shí),該點(diǎn)位為低電平);TPC04 :編碼模塊輸出時(shí)鐘( 56kHz / BPSK / DBPSK );TPC05 :編碼模塊輸出數(shù)據(jù)( 56kHz / BPSK / DBPSK );TPW06 :檢測錯(cuò)碼指示;圖 8.22 漢明編、譯碼模塊實(shí)驗(yàn)電路功能組成框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 準(zhǔn)備工作跳線連接: K001 置“內(nèi)部”; KG01 置“下端”; KG03 置“右端”; KQ01 置“ADPCM ”; KC01 置“ 2 3 ”; KW03 置“ 2 3 ”;SWC01 中設(shè)置 H EN 連接,如圖 8. 23 所示。2. 觀察編譯碼規(guī)則驗(yàn)證(1 ) SWC01 中 M SE

39、L1 連接, m 序列為 1110 時(shí);(2 ) SWC01 中 M SEL2 連接, M SEL1 拔下, m 序列為1010 時(shí);圖 8.23 SWC01 設(shè)置(3) SWC01 中 M SEL1 和 M SEL2 拔下, m 序列為 0011 時(shí)。觀察上述三種情況下:TPC01 和 TPC05 的關(guān)系;TPC01 和 TPC07 的關(guān)系。對照表 8 19 ,驗(yàn)證是否正確,一共 6 個(gè)波形。3. 編碼輸入時(shí)鐘和輸出時(shí)鐘編碼輸入時(shí)鐘 TPC02 和輸出時(shí)鐘 TPC04 比較。4. 譯碼數(shù)據(jù)輸出測量(1 )觀測 TPC01 和 TPW07 ,以 TPC01 同步。(2 )設(shè)置不同的 m 序列方

40、式,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。5. 譯碼同步過程觀測(1 )插入 SWC01 中 H _ EN 、 ADPCM 。 KW01 、 KW02 設(shè)置在 2 3 位置。(2 )檢測 TPW03 。斷開 SWC01 中的 H _ EN ,觀測 TPW03 變化;然后插入 H _ EN ,觀測漢明譯碼的同步過程,記錄測量結(jié)果。(3 )將 ADPCM 數(shù)據(jù)換為 m 序列,重復(fù)上述測量步驟。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1 )畫出輸入為 0011 碼、 1010 碼和 1110m 序列碼的漢明編碼輸出波形。(2 )分析整理測試數(shù)據(jù)。(3 )分析討論漢明編碼系統(tǒng)的性能及應(yīng)用的局限性。8. 2. 7 BPSK 傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1

41、 )學(xué)習(xí)觀察 BPSK 的調(diào)制信號。(2 )掌握 BPSK 調(diào)制原理。(3 )熟悉 BPSK 調(diào)制載波包絡(luò)的變化。(4 )掌握 BPSK 解調(diào)的基本原理。(5 )觀察 BPSK 解調(diào)數(shù)據(jù)反相的現(xiàn)象。(6 )掌握 BPSK 數(shù)據(jù)輸入過程,且熟悉典型電路。二、實(shí)驗(yàn)儀器(1 ) JH5001 ( )通信原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱。(2 ) 20MHz 雙蹤示波器。(3 )頻譜測量儀。三、實(shí)驗(yàn)原理理論上,二進(jìn)制相移鍵控(BPSK )可以用幅度恒定,而其載波相位隨著輸入信號 m ( 1 、0 碼)而改變,通常這兩個(gè)相位相差 180 。如果每比特能量為 Eb ,則傳輸?shù)?BPSK 信號為圖 8.24 數(shù)據(jù)碼流直接調(diào)制

42、后的 BPSK 信號圖 8.25 直接數(shù)據(jù)調(diào)制與成形信號調(diào)制的波形四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 跳線連接K001 置“內(nèi)部”; KG01 置“下端”(測試數(shù)據(jù)方式); KG02 置“最長 m 序列”(即 KG02的三個(gè)跳線器均插入); KG03 置“1 2 ”( 32K 位置); KG04 置 =0. 4 開根號升余弦響應(yīng)(即和 8.2. 3 節(jié)中 KG04 鏈接選擇一樣,兩個(gè)跳線器均插入); KP01 置“左邊”(相干解調(diào))。圖 8.26 BPSK 傳輸系統(tǒng)框圖2.BPSK 調(diào)制基帶信號眼圖觀測以發(fā)送時(shí)鐘( TPM01 )作同步,觀測發(fā)送信號眼圖(TPi03 )的波形。成形濾波器使用滾降系數(shù)為 =0.4

43、 開根號升余弦響應(yīng),判斷信號觀察的效果。思考:怎樣的系統(tǒng)才是最佳的? 匹配濾波器最佳接收機(jī)性能如何如何從系統(tǒng)指標(biāo)中反映出來?3.BPSK 調(diào)制信號 0 / 相位測量KG02 置成測試序列為 1 ,使輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為 0 / 1 碼。用示波器的一路觀察調(diào)制輸出波形( TPK03 ),并選用該信號作為示波器的同步信號;示波器的一路連接到調(diào)制輸出波形( TPK03 ,并選用該信號作為示波器的同步信號;示波器的一路連接到調(diào)制參考載波上( TPK06 /或 TPK07 ),以此信號作為觀測的參考信號。仔細(xì)調(diào)整示波器同步,觀察和驗(yàn)證調(diào)制載波在數(shù)據(jù)變化點(diǎn)發(fā)生相位 0 / 翻轉(zhuǎn)。4.I 路和 Q 路調(diào)制信號的相

44、平面(矢量圖)信號觀察測量 I 支路( TPi03 )和 Q 支路信號( TPi04 )李沙育( x-y )波形時(shí),應(yīng)將示波器設(shè)置在(x-y )方式,可從相平面上觀察TPi03 和 TPi04 的合成矢量圖,其相位矢量圖應(yīng)為 0 、 兩種相位。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測量;結(jié)合 BPSK 調(diào)制器原理分析測試結(jié)果。5.BPSK 調(diào)制信號包絡(luò)觀察 (1 ) KG02 置成輸出測試序列為 1 ,使輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為 0 / 1 碼。觀測調(diào)制載波輸出測試點(diǎn) TPK03 的信號波形。調(diào)整示波器同步,注意觀測調(diào)制載波的包絡(luò)變化與基帶信號( TPi03 )的相互關(guān)系,畫出測量波形。(2)用 m 序列其

45、他碼型重復(fù)上一步實(shí)驗(yàn),觀測載波的包絡(luò)變化。6.BPSK 調(diào)制信號頻譜測量(1 )準(zhǔn)備:通過 KG02 使輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為最長 m 序列,觀測 BPSK 信號頻譜。(2 )測量時(shí),用一條中頻電纜將頻譜儀連接到調(diào)制器的 KO02 端口。調(diào)整頻譜儀中心頻率為 1.024MHz ,掃描頻率為 10kHz / DIV ,分辨率帶寬為 110kHz ,調(diào)整頻率儀輸入信號衰減器和掃描時(shí)間為合適位置。測量調(diào)制頻譜占用帶寬、電平等,記錄實(shí)際測量結(jié)果,畫出測量波形。7. 接收端解調(diào)器眼圖信號觀測(1 )準(zhǔn)備:同步驟 1 ,并用中頻電纜連接 KO02 和 JL02 ,建立中頻自環(huán)(自發(fā)自收)。(2 )測量解調(diào)器 Q 支路眼圖信號測試點(diǎn) TPJ06 (在 A / D 模塊內(nèi))波形,觀測時(shí),用發(fā)送時(shí)鐘 TPM01 作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號 TPi03 進(jìn)行比較,觀測接收眼圖信號有何變化