通信实验二报告.docx
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通信实验二报告
通信原理实验报告
（二）
院系：
专业名称：
学号：
学生姓名：
第二部分数字调制解调实验
一、实验目的
1．掌握FSK（ASK）调制器的工作原理及性能测试；
2.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；
3．掌握FSK（ASK）锁相解调器、二相相位键控调制解调工作原理及性能测试；
4.学习FSK（ASK）、2（D）PSK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
2．FSK调制模块，位号APSK调制模块，位号A
3．FSK解调模块，位号CPSK解调模块，位号C
4．噪声模块，位号B复接/解复接、同步技术模块，位号I
5．20M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5-1FSK调制解调电原理框图
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
17P01
17P02
成形电路
图5-2FSK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。
（三）PSK调制电路工作原理
二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。
相位键控调制解调电原理框图，如图6-1所示。
1．载波倒相器
模拟信号的倒相通常采用运放来实现。
来自1.024MHz载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即相载波信号。
为了使0相载波与相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01和37W02调节。
2．模拟开关相乘器
对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。
0相载波与相载波分别加到模拟开关A：
CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：
CD4066的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关B的输入控制端（12脚）。
用来控制两个同频反相载波的通断。
当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出0相载波，而模拟开关B的输入控制端为低电平，模拟开关B截止。
反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。
而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。
输出相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02合路叠加后输出为二相PSK调制信号。
另外，DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列an，通过码型变换器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。
本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01点的绝对码信号（PSK），也可以送入相对码基带信号（相对4P01点的数字信号来说，此调制即为DPSK调制）。
图6-1相位键控调制电原理框图
（二）相位键控解调电路工作原理
二相PSK（DPSK）解调器的总电路方框图如图6-2所示。
该解调器由三部分组成：
载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。
载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：
N次方环、科斯塔斯环（Constas环）、逆调制环和判决反馈环等。
近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。
但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。
1．二相（PSK，DPSK）信号输入电路
由整形电路，对发送端送来的二相（PSK、DPSK）信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。
图6-2解调器原理方框图
2．科斯塔斯环提取载波原理
经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。
这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。
得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud,Ud经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制VCO压控振荡器74S124。
它的中心振荡输出频率范围从1Hz到60MHz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74S124的输出频率表达式为：
f0=5×10-4/Cext，在实验电路中，调节精密电位器38W01（10KΩ）的阻值，使频率控制输入电压（74LS124的2脚）与范围控制输入电压（74LS124的3脚）基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：
f0=5×10-4/Cext,再改变4、5脚间电容,使74S124的7脚输出为2.048NHZ方波信号。
74S124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74S124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048MHz时，此时可调节38W01，用频率计监视测量点38TP02上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048MHz的同步时钟信号。
该2.048MHz的载波信号经过分频（÷2）电路：
一次分频变成1.024MHz载波信号，并完成π/2相移相。
这样就完成了载波恢复的功能。
从图中可看出该解调环路的优点是：
①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。
②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。
但该解调环路的缺点是：
存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。
DPSK调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。
四、实验内容、步骤及结果记录
（一）FSK实验
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。
6．FSK调制信号和巳调信号波形观察：
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。
8．FSK解调参数调节：
调节17W01电位器，使压控振荡器锁定在32KHz（16KHz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。
11．ASK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。
（二）PSK实验
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”、“PSK调制模块”、“噪声模块”、“PSK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“G、A、B、C、I”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．PSK、DPSK信号线连接：
绝对码调制时的连接（PSK）：
用专用导线将4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01连接。
相对码调制时的连接（DPSK）：
用专用导线将4P03、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、39P01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．基带输入信号码型设置：
拨码器4SW02设置为“00001“，4P01产生32K的15位m序列输出；
4P03输出为4P01波形的相对码。
5.跳线开关设置：
跳线开关37K021-2、3-4相连。
6．载波幅度调节：
37W01：
调节0相载波幅度大小，使37TP02峰峰值2～4V。
（用示波器观测37TP02的幅度，载波幅度不宜过大，否则会引起波形失真）
37W02：
调节π相载波幅度大小，使37TP03峰峰值2～4V。
（用示波器观测37TP03的幅度）。
7.相位调制信号观察：
（1）PSK调制信号观察：
双踪示波器，触发测量探头测试4P01点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察BPSK调制输出波形，记录实验数据。
（2）DPSK调制信号观察：
双踪示波器，触发测量探头测试4P03点，另一测量探头测试37P02，调节示波器使两波形同步，观察DPSK调制输出波形，记录实验数据。
8．噪声模块调节：
调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，使3P02信号峰峰值2～4V。
9．PSK解调参数调节：
调节38W01电位器，使压控振荡器工作在2048KHZ，同时可用频率计鉴测38TP01点。
注意观察38TP02和38TP03两测量点波形的相位关系。
10．相位解调信号观测：
（1）PSK调制方式
观察38P02点PSK解调输出波形，并作记录，并同时观察PSK调制端37P01的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38W01）。
（2）DPSK调制方式
“同步提取模块”的拨码器39SW01设置为“0010”。
观察38P02和37P01的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39P07和4P01的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。
作记录。
11．加入噪声相位解调信号观测：
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。
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。
项目名称：
编码实验
一、实验目的
1．熟悉AMI/HDB3码编译码规则；了解AMI/HDB3码编译码实现方法；
2．了解PCM、HDB3、及PCM传输系统的基本结构。
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．PCM/ADPCM编译码模块，位号：
H
4．20M双踪示波器1台
5．信号连接线4根
三、实验原理
（一）AMI/HDB3编译码实验
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。
AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。
但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。
为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。
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”码限制在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。
如何由二进制码转换成HDB3码呢？
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+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。
下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。
二进制码序列10000101000001110000000001
HDB3码码序列:
V+-1000V-+10–1B+00V0–1+1–1000V-B+00V+0–1
从上例可以看出两点：
（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V
（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。
从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。
这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有－1变成＋1后便得到原消息代码。
本模块是采用SC22103专用芯片实现AMI／HDB3编译码的。
在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现AMI／HDB3码的变换，而是采用TL082对HDB3码输出进行变换。
图1AMI／HDB3编译码电路原理
编码模块中，输入的码流由SC22103的1脚在2脚时钟信号的推动下输入，HDB3码与AMI码功能由20K01选择。
专用芯片的14、15脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成AMI／HDB3码。
译码模块中，译码电路接收正负电平的AMI／HDB3码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码，送往译码电路的SC22103专用芯片的11、13脚。
正确译码之后21TP01与20P01的波形应一致，但由于HDB3码的编译码规则较复杂，当前的输出HDB3码字与前4个码字有关，因而HDB3码的编译码时延较大。
（二）PCM、HDB3传输系统实验
本实验中，将PCM编译码模块、AMI/HDB3编译码模块综合起来，进行语音信号的变换传输。
为了实验者能够看清信号变换波形过程，实验时先用同步正弦波代替电话语音信号进行测量。
其简化结构图，见图2所示。
图2PCM基带传输系统结构框图
四、实验内容、步骤及结果记录
（一）AMI/HDB3编译码实验
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将AMI/HDB3编译码模块、时钟与基带数据发生模块，分别插到通信原理底板插座上（位号为：
F、G）。
（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、20P01连接。
注意连接铆孔箭头指向，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．AMI码测试：
1）跳线开关20K01选择1-2脚连，即实现AMI功能。
2）拨码器4SW02：
设置为“01110”，拨码器4SW01设置“11111111”。
即给AMI编码系统送入全“1”信号。
观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。
3）拨码器4SW02：
设置为“01110”，拨码器4SW01设置“00000000”。
，即给AMI编码系统送入全“0”信号。
观察有关测试点波形，特别注意20TP04点编码波形，分析原因。
4）拨码器4SW02：
设置为“00001”，即给AMI编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。
对照20TP01点时钟读出4P01点的码序列，根据AMI编码规则，画出其编码波形。
再观察有关测试点波形，验证自己的想法。
记录有关波形。
5．HDB3码测试：
1）跳线开关20K01选择2-3脚连，即实现HDB3功能。
2）拨码器4SW02：
设置为“01110”，拨码器4SW01设置“11111111”。
即给HDB3编码系统送入全“1”信号。
观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。
3）拨码器4SW02：
设置为“01110”，拨码器4SW01设置“00000000”。
，即给HDB3编码系统送入全“0”信号。
观察有关测试点波形，特别注意20TP04点编码波形，分析原因。
4）拨码器4SW02：
设置为“00001”，即给HDB3编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。
对照20TP01点时钟读出4P01点的码序列，根据HDB3编码规则，画出其编码波形。
再观察有关测试点波形，验证自己的想法。
记录有关波形。
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。
注：
因AMI或HDB3码的编码时钟固定为64KHZ，所以送入的基带数据速率必须是2的n次方，且不能超过64Kb/s。
另外，低于64Kb/s码元将本编码模块识别成64Kb/s的码元。
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