实验一、 调制解调通信系统实验

1、实验一、 调制解调通信系统实验一、 实验目的：1、 掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；2、 掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路的工作原理及特点；3、 学习调制系数及调制特性的测量方法，了解调制系数m大于、小于、等于1时调幅波的波形特点；4、 掌握集成电路实现同步检波的方法；二、 预习要求：1、 预习幅度调制的有关知识；2、 认真阅读实验指导书，分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理，并分析计算各引脚的直流电压；3、 了解调制系数的意义及测量方法；4、 分析全载波调幅信号的特点；5、 了解实验电路中各元件的作用；6、 复习用集成模拟乘法器构成同步检波工作原理；7、 了解检波器电压传输系数

2、的意义及测量方法。三、 实验仪器：1、 双踪示波器2、 万用表四、 实验内容及步骤：1、 实验连线：a) 调制实验连线；源端口目的端口正弦信号源：2M-OUTAM调制单元：B-IN 正弦信号源：OUT1 或OUT2AM调制单元：A-INb) 解调实验连线：保持调治实验连线不变，增加以下连线源端口目的端口正弦信号源：2M-OUTAM解调单元：B-IN AM调制单元：AM-OUTAM解调单元：A-IN2、 打开电源开关和开关PW2、PW8；3、 调整低频正弦信号源OUT1输出频率范围为726HZ2.26K HZ,通过电阻RP6进行调整，幅度范围为0PP通过电阻RP8进行调整。OUT2输出频率范围为

3、2.332 K6.79 0K HZ通过电阻RP7进行调整，幅度范围为0PP通过电阻RP9进行调整。4、 高频信号发生器输出2MOUT接到电路输入端B-IN，使产生2M HZ的载波频率，输出幅度为2V，可通过正弦信号源模块的RP5来任意调整。从正弦信号源输出频率为1 K HZ （OUT1）的正弦调制信号到A-IN，频率可通过调节电阻RP6或RP7来任意调整，示波器接电路输出端AMOUT；5、 反复调整正弦信号源模块的RP5 、RP6 、RP7及AM调制单元的RP1和RP3（调制信号幅度调节）使之出现合适的调幅波，观察其波形并测量调制系数；6、 观察并记录调制系数m大于、小于、等于1时的调幅波形；

4、7、 在保证一定fc、f和Ucm的情况下m-Ucm测量曲线；8、 将载波加至AM解调单元B-IN端，将调幅波加至AM解调单元AM-IN端观察并记录解调输出波形，并与调制信号进行比较；五、 实验报告要求：1、 整理各步实验所的的数据和波形，绘制出m-Ucm调制特性曲线；2、 分析各步实验所得的结果实验二 数字信号的基带传输实 验 内 容 1、AMI/HDB3码型变换编码观察实验 2、AMI/HDB3码型变换译码观察实验一、实验目的1、熟悉AMI / HDB3编译码的工作过程。2、观察AMI / HDB3码型变换编译码电路的测量点波形。二、实验工作原理在分析HDB3数字基带信号传输及HDB3码型变

5、换线路编译码工作原理之前，首先对本实验电路中使用的HDB3专用集成电路CD22103芯片作一介绍：（一） HDB3专用集成电路CD221031、 CD22103引脚功能说明第1脚：NRZI 发端非归零码输入脚 欲需进行HDB3编码的非归零输入数据，它被编码时钟CP1的下降沿定位。第2脚：CP1发端编码时钟输入脚 对NRZI数据编码的输入时钟。第3脚：AMIHDB3码变换方式选择输入脚，若AMI / HDB3=L，为NRZAMI编译码；若AMIHDB3H,为HDB3编译码。第4脚：NRZO 收端非归零码输出脚译码后非归零数据，它定位于CP2上升沿。第5脚：CP2 收端解码时钟输入脚对AIN、BI

6、N数据进行解码的时钟信号。第6脚： 输入HDB3码连零告警置位端。第7脚：AIS HDB3码连零告警输出端。当 L时，译码计数器清零，此后若 AIS=L，表示前段在 = H期间译码过程中出现不少于3个“0”；若AIS=H，表示出现少于3个“0”。当= H时，使译码计数器工作，进行连“0”统计。第8脚：GND 地。第9脚：ERR 收端误码检测输出端。它以违反HDB3编码规律为标准，统计接收HDB3 码的错误情况。若HDB3码出现同极性的3个“1”时，则ERR = H。 第10脚：CP3 收端时钟输出端 提供为位同步需要的时钟信息，若 = L，CP3 = AIN+BIN； 若 = H，则 CP3

7、= OUT1+OUT2第11脚：AIN 解码输入端（）第13脚：BIN 解码输入端（一） 表示接收的欲解码两路单极性HDB3（）、（一）码序列，它输入后被解码时钟CP2的上升沿抽样。第12脚： 工作自环控制输入脚 自环/工作控制信号，当：= L，为正常工作状态，编解码器独立，异步地工作：当= H，内部将OUT1与AIN，OUT2与BIN短接，CP3 = OUT1+OUT2 ，电路处于环路测试状态，此时NRZ相对于NRZ0延时6、5个时钟周期。第14脚：OUT1 发端编码输出端（一）第15脚：OUT2 发端编码输出端（） 表示编码后HDB3的两路单极性码序列，通常经变压器合成三电平HDB3码。H

8、DB3码输出。第16脚：V 正电源，电压通常为+5V±5。2、 集成电路CD22103功能框图 集成电路CD22103功能框图如图6-1所示。415217编码器相 加解码器误码检测工作/自环告警电路开关GNDV+9715141061311123CP3SET2CPBINAINLTE1CPINRZ3AMI/HDBAISERR0NRZOUTOUT1 图6-1 CD22103功能框图（二） HDB3电路的工作原理AMI码的全称是传号交替反转码。其编码规则是：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

9、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1B1T码型。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，人们提出了许多种类的改进AMI码，HDB3码就是其中有代表性的码。 HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（

10、如前所述），HDB3编码HDB3码OUT2OUT1还可将连码限制在3个以内，克服了AMI码如果长连“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。取代节中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，000

11、V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码和B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“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。虽然HDB3码的编码规则比较复杂，

12、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个连0码，再将所有1变成1后便得到原消息代码。（三）电路的工作过程译码是编码的逆过程。其波形如图62所示。但CP2应比译码输入（AIN、BIN）稍有延时。环路测试由LTE控制，若LTEH，则OUT1、OUT2内部短接到对应的AIN、BIN，此时NRZ0应为NRZi，但延后8个时钟周期左右。CP3为AIN、BIN相加波形，供收端提取时钟用。（四）实验电路工作原理输入的码流由3UA01的1脚在2脚时钟信

13、号的推动下输入，HDB3与AMI由KA选择。编码之后的结果在3UA01的14、15脚输出。而后在电路上直接由3UA01的11、13脚返回，再由3UA03进行译码。正确译码之后3TPA01与3TPA04的波形应一致，但由于HDB3的编译码规则较复杂，当前的输出HDB3码字可能与前4个码字有关，因而HDB3的编译码时延较大。0 0 0 0 0 0 1 11 1 1 1 1 1AMI与HDB3的选择可通过3KA01设置，当3KA01设置在23状态时，3UA01完成HDB3编译码过程；当3KA01设置在12状态时，3UA01完成AMI编译码过程。AMIHDB3的编译码工作波形如图6-2所示:图6-2

14、AMIHDB3编译码工作波形三、实验内容AMI / HDB3码型变换编码与译码观察实验四、实验步骤 将3KA01放在1-2 / 2-3状态，观察AMI / HDB3编译码的各点波形。五、测量点说明1、3TPA01：发端数字基带信码输入，码型为：2、3TOA02：HDB3编译码的64KHz时钟输入。 3、3TPA03：AMI编码时的OUT1输出波形。4、3TPA04：AMI编码时的OUT2输出波形。 5、3TPA05：HDB3编码输出波形。六、实验报告要求1、根据实验结果，画出AMI/HDB3编译码电路的测量点波形图，在图上标上相位关系。根据实验结果，写出AMI / HDB3编译码的工作过程。实

15、验三 数字调制技术PSK调制实 验 内 容 1、二相BPSK调制实验 2、二相DPSK调制实验一、实验目的 1、掌握二相BPSK（DPSK）调制的工作原理及电路组成。 2、了解载频信号的产生方法。 3、掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。二、实验电路工作原理 在本实验中，绝对移相键控（PSK）是采用直接调相法来实现的，也就是用输入的基带信号直接控制输入载波相位的变化来实现相位键控。图2-1是二相PSK（DPSK）调制电路框图。 3TP301 3TP302 3TP305相加器开关1 1024K方波 0相载波 1 2载波反相器 PSK调制输出开关2 相载波 3 4 3TP303 3K303 工作时

16、钟 反相器 加载噪声输入电路绝对码与相对码转换电路 1 绝对码 TPN32 1 3 2 2 相对码64KHz TODATAP 5 3 3K301 6 3TP304 7 3K302 CVSDCVSD3DOU3P TC64A 图21 二相PSK调制电路框图数字相位调制又称为移相键控。它是利用载波相位的变化来传递数字信息的。通常又可把它分成绝对相移与相对相移两种方式。绝对移相就是利用载波不同相位的绝对值来传递信息。那么，怎样才能让载波不同相位的绝对值来传递信息呢？如果让所传输的数字基带信号控制载波相位的改变，而载波的幅度和频率都不变，那么就得到载波相位发生变化的已调信号。这种调制方式称为数字相位调制

17、。即移相键控PSK调制。 PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。当传送的消息为一随机序列时，例如话音信号经过编码后的数字信号或其它数据信号，则传送的调相信号也相应的为一随机振荡序列，其相位与传送消息相对应，图2-2（a）为输入信码波形，（b）为二相PSK调制信号波形。图2-2 二相PSK调制信号波形在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛

18、应用在实际通信系统中。上面已对绝对相移作了分析，那么相对移相的含义是什么？所谓相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到了广泛的应用。在绝对相移方式，由于发端是以两个可能出现的相位之中的一个相位作基准的。因而在收端也必须有这样一个相同的基准相位作参考，如果这个参考相位发生变化（0相变p相或p相变0相），则恢复的数字信息就会发生0变1或1变0，从而造成错误的恢复。在实际通信时

19、参考基准相位的随机跳变是有可能发生的，而且在通信过程中不易被发现。如，由于某种突然的骚动，系统中的触发器可能发生状态的转移，锁相环路稳定状态也可能发生转移，等等，出现这种可能时，采用绝对移相就会使接收端恢复的数据极性相反。如果这时传输的是经增量调制的编码后话音数字信号，则不影响话音的正常恢复，只是在相位发生跳变的瞬间，有噪声出现，但如果传输的是计算机输出的数据信号，将会使恢复的数据面目全非，为了克服这种现象，通常在传输数据信号时采用二相相对移相（DPSK）方式。DPSK是用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式。绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电

20、平代表“1”，低电平代表“0”。 相对码（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。图22（b）(c)分别为BPSK与DPSK的已调波波形。三、实验内容 1、二相BPSK调制实验 用内载波发生器产生的信号作输入载波信号来观察3TP3013TP305各测量点的波形。 2、二相DPSK调制实验 加入差分编码器电路来传输二相DPSK信号，即将开关3K302置成2脚与3脚相连， 其它开关设置不变，重做上述内容。四、实验步骤及注意事项 跳线开关设置功能如下：3K3012-3：来自实验平台上的数字基带信号，速率为32KHz的相对码。

21、3K3021-2：来自3K301上的输入信号。 3K3022-3：由绝对码转换相对码后的数字基带信号。3K3025-6：来自实验平台上的64KHz1010数字码。3K3026-7：来自数字卡上的增量调制编码电路的输出数字信号。3K3031-2：PSK 0相载波输出波形。3K3033-4：PSK相载波输出波形。做BPSK实验时，K302的1-2相连，做DPSK实验时，K302的2-3相连。五、测量点说明1、3TP301：输入1024KHz正弦波0相载波，当波形不好时，可调节电位器3W301。2、3TP302：输入1024KHz正弦波相载波，当波形不好时，可调节电位器3W302。3、3TP303：

22、输入32KHz工作时钟（方波信号）。4、3TP304：PSK调制输入信码。a. 3K302的1与2相连，输入信码为32Kb/sPN码的绝对码。b. 3K302的2与3相连，输入信码为32Kb/sPN码的相对码。c. 3K302的5与6相连，输入信码为64KHz方波信号。d. 3K302的6与7相连，输入信码为CVSD编码器输出信码，码型为随机码。5、3TP305：PSK调制器输出已调波信号。 3K303只接12时，只有0相载波输出 ，3K303只接34时，只有相载波输出 同时接1、2、3、4时，0相载波与相载波同时输出，合成PSK已调波。六、实验报告要求 1、简述DPSK调制电路的工作原理及工

23、作过程。 2、根据实验测试记录（波形、频率、相位、幅度以及时间对应关系）依此画出调制器 各测量点的工作波形，并给以必要的说明。PSK解调 实 验 内 容1、二相BPSK/DPSK解调实验2、载波提取实验一、实验目的 1、掌握二相(PSK、DPSK)解调器的工作原理与系统电路组成。 2、熟悉二相相对移相与绝对移相的转换方法。 3、掌握二相(PSK，DPSK)系统的主要性能指标的测试方法。二、实验电路工作原理二相PSK(DPSK)解调电路方框图如图3-1所示。二相PSK(DPSK)的载波频率为1、024MHz，数字基带信号的码元速率为32Kbit/s。 3TP703 3TP702开关1低通1判决1

24、 3TP701整形电路÷4分频环路滤波 PSK调制信号VCO振荡相乘器 1 2/2移相 3K701 3TP904 313开关2低通2判决2图3-1 PSK解调器电路方框图2RDATA 3K702 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。 当解调出的数字信息与发端的数字信息相位反相时，即相干信号相位和载波相位反相，则按一下按键开关3SW701，迫使它的置“1”端送入高电平，使电路Q端输出为“1”，迫使相干信号的相位与载波信号相位同频同相，以消除相

25、位误差。然而，在实际应用中，一般不用绝对移相，而用相对移相，采用相位比较法克服相位模糊。三、实验内容 1、二相BPSK解调实验 2、二相DPSK解调实验 3、PSK解调载波提取实验 图3-2 PSK解调电路各点波形图四、实验步骤及注意事项 从PSK已调载波中把信码恢复出来，要把通信原理卡上的PSK解调、数字基带信号传输、数字同步技术三部分联合实验，以下步骤仅指PSK解调部分。 1、PSK解调时：A. 首先要使PSK调制电路正常工作。即：按照3K301的1-2、3K302的2-3、3K303的1-2和3-4连接好这三个跳接开关。B、在3CA701上插上电容，使振荡器工作频率为4、096MHz，电

26、容在80Pf120Pf之间。2、这里再次强调一下，先把实验二中二相PSK(DPSK)调制器电路调整到最佳状态，才能做本实验系统中的实验内容。否则，本次实验无法进行。五、测量点说明 在PSK解调部分的测试点有4个（3TP7013TP704）。数字基带信号传输部分的测试点有5个（3TP7053TP709），数字同步技术部分的测试点有2个（3TP710,3TP711） 1、3TP701：PSK解调信号输入波形（当3K701的1与2相接）。 2、3TP702：压控振荡器输出4、096MHz的载波信号，用频率计监视测量点3TP704上 的频率值有偏差时，此时一方面可改变3CA701中的电容值，另一方面也

27、 可调节3W701和3W702，使其准确而稳定地输出4、096MHz的载波信号。 3、3TP703：频率为1、024MHz的0相载波输出信号。 4、3TP704：频率为1、024MHz的/2相载波输出信号。 其它测量点的功能见实验四。六、实验报告要求 根据实验结果，画出BPSK(DPSK)相干解调电路的波形图，在图上标上相位关系。 FSK调制解调实 验 内 容1、频率键控（FSK）调制实验2、频率键控（FSK）解调实验一、实验目的1、理解FSK调制的工作原理及电路组成。 2、理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。二、实验电路工作原理 3TP901 32KHz正弦波 D/A模拟开关相加器 3

28、TP904 32KHz方波 FSK信号 3TP902 16KHz正弦波 D/A模拟开关 16KHz方波 3K903 3TP9032KB/S伪随机码 PN码 反相PN码反相器图5-1 FSK调制解调电原理框图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，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源

29、提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。(一) FSK调制电路工作原理FSK调制解调电原理框图，如图5-1。 由图5-1可知，输入的基带信号由转换开关3K901转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。关于FSK调制电路工作波形见图5-2所示。FSK解调电路工作原理FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低

30、廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。 FSK集成电路模拟锁相环解调器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f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。 FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。 MC14046集成电路内有两个数字式鉴相器(PD、PD)、一个压控振荡器(VCO)，还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部。 压控振荡器的中心频率设计在32KHz。3R924、3W903与3R925、3R932、3CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。3R923

31、、3C903构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。124K9033144046包络检波判决输出鉴相PD132解调输出113鉴相PD2LF低通滤波器压控振荡器VCO振荡电路4697射随自CPU控制101211外接频率控制电路5图5-3 FSK解调电路原理框图 当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz载波(正弦波)经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴相器PD输出端(引

32、脚13)为低电平，锁定指示输出(引脚1)为高电平，鉴相器PD输出(引脚2)为低电平，PD输出和锁定指示输出经或非门3U903A(74LS32)和3U904B(74LS04)后输出为低电平，再经积分电路和非门3U904C(74LS04)输出为高电平。再经过3U904D(74LS04)整形电路反相后从3K904的1-2输出。当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两个比较信号存在频差，经鉴相器PD后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示(第1引脚)输出为低电平，PD输出和锁定指示输出经或非门3U903A与3U904B后，输出仍为无规则矩形脉冲，这些矩形脉冲经积分器和非门3U904C后输出为低电平。 可见，环路对32KHz载频锁定