通信系统原理实验

1、通信系统原理实验2013-2014通信系统原理实验报告学院 实验学院 专业 电子信息工程 姓名1 高一 学号1 11521312 姓名2 段然 学号2 11521104 班级 11电信1 日期 2014年5月29日 指导教师 殷卫真老师 20第一类实验实验一 基于DDS的调制波形产生一、实验要求及目的：构建DDS以及m序列，并在此基础上设计FSK,ASK,PSK等调制波形，了解通信系统原理的相关知识，学习采用第三方软件MODELSIM对ALTERA平台的设计进行仿真。并且修改testbench，并仿真出FSK，ASK,PSK等调制波形。二、实验环境:ALTERA Quartus II 8.0平

2、台和第三方软件MODELSIM C:UsersAdministratorDesktopasd通源实验截图psk图2.bmp se 6.5进行仿真。三、实验原理:DDS全称Direct Digital Frequency Synthesizer（直接数字频率合成），是根据奈奎斯特采样定律，从连续信号的相位出发将一个正弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表，存于ROM中。合成时，通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量。相位增量（步长）不同，一个正弦周期内的采样点数不同。在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位增量的改变来实现输出频率的改变。我们知道，对于正弦信号发生器，它的输出可以用下

3、式来描述：其中Sout是指该信号发生器的输出信号波形，fout指输出信号对应的频率。上式的表述对于时间t是连续的，为了用数字逻辑实现该表达式，必须进行离散化处理。用采样时钟clk进行抽样，令正弦信号的相位：在一个clk周期Tclk内，相位的增量为：其中指clk的频率，把分割成份，每个clk的相位增量：称k为频率控制字，得到输出频率：ASK:幅移键控 (Amplitude Shift Keying) ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度。 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波

4、出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断， 此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。FSK:频移键控（Frequency-shift keying）。就是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要

5、优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。 它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。PSK:相移键控 (phase-shift keying) 在某些调制解调器中用于数据传输的调制系统，在最简单的方式中，二进制调制信号产生0和1。载波相位来表示信号占和空或者二进制1和O。对于有线线路上较高的数据传输速率，可能发生4个或8个不同的相移，系统要求在接收机上有精确和稳定的参考相位来分辨所使用的各种相位。利用不同的连续的相移键控，这个参考相位被按照相位改变而进行的编码数据所取代，并且通过将相位与前面的位进行比较来检测。四

6、、实验内容：首先在Quartus II上把电路连接好：图1-3-1再生成.vho文件在modelsim SE 6.5中打开，配置并修改testbench文件，将工程中的work库以及cycloneii库配置好相应的路径，从而使在quartusII上编写好的工程可以在modelsim中进行功能仿真，从而达到预期的效果。为了能够更好的解释系统，我们分别将ASK、FSK、PSK的部分程序代码展示如下：FSK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FSK ISport(-FW_0

7、:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); -FW_1 :in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); x :in std_logic; FWORD : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0) ); END FSK;architecture EVEN of FSK isCONSTANT A:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="0000000001111111"CONSTANT B:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="00000000000

8、11111"BEGIN FWORD<=A WHEN X='0' ELSE B;END;PSK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PSK ISport( X:in std_logic; A:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); B:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END PSK;architect

9、ure EVEN of PSK isBEGIN DOUT<=A WHEN X='0' ELSE B;END;ASK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ASK ISport( X:in std_logic; A:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END ASK;architecture EVEN of ASK isCONSTANT b:

10、STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="10000000"BEGIN DOUT<=A WHEN X='0' ELSE B;END;五、实验结果：FSK结果图展示：ASK和PSK结果展示：实验二、仿真实现HDB3 或 CMI编解码 或 曼彻斯特码一、实验要求及目的：选用m序列作为基带码，对其查找或编写HDB3或 CMI编解码或曼彻斯特码的VHDL程序，并编写相应的VHDL testbench,用MODELSIM进行仿真。二、实验环境:ALTERA Quartus II 8.0平台和第三方软件MODELSIM se 6.5进行仿真。三

11、、实验原理:M序列：M序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是一种伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。可以预先确定并且可以重复实现的序列称为确定序列；既不能预先确定又不能重复实现的序列称随机序列；不能预先确定但可以重复产生的序列称伪随机序列。对于一个n级反馈移位寄存器来说，最多可以有2n 个状态，对于一个线性反馈移位寄存器来说，全“0”状态不会转入其他状态，所以线性移位寄存器的序列的最长周期为 2n-1。当n级线性移位寄存器产生的序列ai的周期为T= 2n-1时，称ai为n级m序列。当反馈函数f（a1,a2,a3,an）为非线性函数时，便构成非线性移位寄存器，其输出序列为非线性序列。输出序列

12、的周期最大可达 2n ，并称周期达到最大值的非线性移位寄存器序列为M序列。四、实验内容：首先，与实验一相同，需要在QuartusII上连接好电路，而且需要将所给的工程文件中的电路进行一部分的修改并且进行编译：图2-3-1生成.vho文件并且在modelsim SE 6.5中打开，配置并修改testbench文件，并且在modelsim中生成由该.vho文件产生的新文件.vhd，以保证M序列能够正确的被仿真出来，同时将工程中的work库以及cycloneii库配置好相应的路径，从而使在quartusII上编写好的工程可以在modelsim中进行功能仿真，从而达到预期的效果。该实验代码如下：M序列

13、：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY m isport (-DATA_IN: in STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); clr,clk, LOAD: in STD_LOGIC; DATA_OUT: OUT STD_LOGIC);END m;ARCHITECTURE five of m is Signal rq: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);constant DATA_IN:STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0):="00101" BEGINP1

14、: PROCESS(clr,clk,LOAD)BEGIN IF (clr='1') then rq <= (others=>'1'); ELSIF clk'EVENT AND clk='1' THEN IF (load='1') then rq<=DATA_IN; ELSE DATA_OUT<=rq(0); rq(4)<=rq(0) XOR rq(3); rq(3 downto 0)<=rq(4 downto 1); END IF;END IF;END PROCESS P1; END f

15、ive;五、实验结果：M序列结果图展示：图2-4-1第二类实验实验一 采用5001实验箱测试BPSK系统眼图一、实验要求及目的：采用5001实验箱测试BPSK系统眼图及调制波形，了解通信系统的系统性能。并且针对BPSK系统眼图测试结果对系统型性能进行定性、定量分析。二、实验环境:ZH5001实验箱、示波器三、实验原理：首先对ZH5001实验箱做一个简单的介绍：通信原理综合实验系统中，涉及有数字调制解调技术、纠错编译码技术、语音编码技术、数字复接技术、基带传输技术、电话接口技术、数字接口技术等。该系统将当今的核心技术和新器件融入通信原理课程，其具有以下特点：先进性：数字信号处理（DSP）技术+P

16、FGA技术。全面性：通过这些测试接口，可以对每一种电路模块的功能和性能有一个全面的了解。系统性：每个电路测试模块可以放入多个系统中进行综合实验。基础性：与当今通信原理课程和教学大纲结合紧密。使用性：便于老师对实验内容的组织和实施。（接下来的实验便不再赘述该实验箱简述）BPSK：二进制相移键控（BPSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。通常，两个载波相位相差弧度，故有时又称为反相键控PSK。以二进制调相为例，取码元为“0”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“1”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差。图3-3-1四

17、、实验内容：（一）BPSK调制基带信号眼图观测1. 选择不激活“匹配滤波”方式（未打勾），以TPM01作同步，观测TPi03的波形。2. 菜单选择激活“匹配滤波”方式（打勾），此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机，重复上述实验步骤。仔细观察和区别与上述两种方式下发送信号的眼图（TPi03）的波形。（二）I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号观察1. 测量TPi03和TPi04的李沙育（x-y）波形，将示波器设置在（x-y）,通过菜单选择不同的输入码型下进行测量；结合BPSK调制器原理分析测试结果。 2. 通过菜单选择“匹配滤波”方式设置，重复上述实验步骤仔细观察和区别两种方式下矢量图信号。 五

18、、实验结果：BPSK调制基带信号眼图（匹配滤波）BPSK调制基带信号眼图（不匹配滤波）可以看出眼图信号并不是十分的良好，可能与信号干扰有关。I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号图（匹配滤波）I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号图（不匹配滤波） 可以看出匹配滤波与否对波形影响并不大。实验二 采用5001实验箱测试FSK 正交信号及调制波形一、 实验要求及目的：采用5001实验箱测试fsk及调制波形，了解通信系统的系统性能。并且针对fsk系统李萨茹测试结果对系统型性能进行定性、定量分析。二、实验环境:ZH5001实验箱、示波器三、实验原理：一般FSK调制方式产生FSK信号的方法是根据输入的

19、数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。而FSK正交调制方式产生FSK信号的方法是，首先产生FSK基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。在二进制ASK系统中，其频带利用率是1bitsHz，若利用正交载波调制技术传输ASK信号，可使频带利用率提高一倍。如果再把多进制与其它技术结合起来，还可进一步提高频带利用率。李萨如图形就是利用一个示波器，在X 轴和Y轴上输入不同的正弦信号，把他们有机的叠加起来所形成的一种图形。由于输入信号是加在X方向偏转电压和Y方向的偏转电压上，从电子枪里头喷出的电子

20、就会在这两个电压的影响下，向不同的方向偏转，然后打在屏上，显示出不同的波形。所以，通过对波形的研究，我 们就可以了解到两个方向所加的信号得特征，如果已经知道一个方向的型号特征，就可以通过对比，得出另一个信号的特征，再根据这些特征来求出一些需要的值。要想通过一个信号的特征推出另一个信号特征，那么就必须了解影响李萨如图形的一些 关键因素，通过比较这些因素，才能得出结果。通常情况下能够影响图形形状的有输入信号的振幅大小，两个输入信号的初始相位的不同，两个信号的频率的不同等。四、实验内容：将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育应为一个圆。通过菜单测量。选

21、择在不同的输入码型下进行五、实验结果：示波器上显示的李萨茹图形如下：我们使用不同输入码型来观察输出的李萨茹图形，并无过多区别，因此在这里只列举以上一张图片作为示例。实验三 采用5001实验箱测试M序列的CMI编码二、 实验要求及目的：采用5001实验箱测试M序列的CMI编码，了解通信系统的编码原理，并且根据CMI编码规律对测试结果进行定性、定量分析。二、实验环境:ZH5001实验箱、示波器三、实验原理：CMI又称传号反转码，是一种二电平非归零码。其中“0”码用固定的负、正电平表示，“1”码用交替的正、负电平表示。具有以下优点：(1)不存在直流分量，且低频分量较小；(2)信息码流中具有很强的时钟

22、分量，便于从信号中提取时钟信息；(3)具有一定的检错能力。因此，在高次群的PCM系统中作为接口的码型，在速率低于8 848 kb/s的光纤数字传输系统中被推荐为线路传输码型。CMI码是一种1B2B码(一位信息码，二位码元)，即将过来的一位码子用两位码子来表示。当过来“0”码时，编码输出固定的“01”码；当过来的是“1”码时，编码输出“00”或者“11”码，并且交替出现。根据上边所述CMI编码原理可知，首先要把过来的PCM码流中的“0”和“1”码分开，然后分别进行编码。当输入码为“1”码时，编码输出交替出现“00”和“11”码。因此，在电路中必须设置一个状态来记忆上一次的关于“1”码的编码输出，这一功能由JK触发器来实现。四、实验内容：1. 观测TPX01和TPX05，用TPX01同步，分析编码输出数据是否与编码理论一致。2.将KX02设置在1_2位置，重复上一步骤测量。五、实验结果：CMI编码与输入的M序列对比演示图如下：按照CMI的编码规则：“0”码用固定的负、正电平表示，“1”码用交替的正、负电平表示，可以看出输出的CMI编码规则正确，但是当输入信号有长时间的0信号或者长时间的1信号时，就会产生一定时间的延时，导致输出码型不规整。实验四 采用5001实验箱的HDB3编码三、 实验要求及目的：采用5001实验箱测试HDB3编码，了解通