四脉冲编码调制与解调

1、通信原理实验指导书前 言通信原理课程是通信、电子、信息领域中最重要的专业基础课之一。通信原理实验课对巩固和加深课堂教学内容， 提高学生实践动手操作能力和分析解决通信工程中实际问题的能力具有重要的作用。本指导书以通信原理第6 版（樊昌信、曹丽娜编著）的教学内容为基础。实验内容的安排遵循由浅到深，由易到难的规律，力求讲解的原理清楚，重点突出；实验的内容安排合理、丰富，并具有一定的代表性。同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践来验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力及动手能力。由于编者水平所限，错误及欠缺之处恳请批评指正。电子信息工程系通信原理实验指导书实验要求1实验

2、前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：（ 1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验原理。（ 2）完成各实验“预习要求”中指定的内容。（ 3）熟悉实验任务。（ 4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。（ 5）撰写 实验预习报告 。2使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。3实验时接线要仔细检查，确定无误后才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。5实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。6实验结束后

3、，必须关断电源 、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理归位。7实验后按要求独立完成实验报告 。通信原理实验指导书目录实验一信号源实验1实验二信道模拟实验4实验三FSK 调制解调实验10实验四脉冲编码调制与解调实验14通信原理实验指导书实验一信号源实验一、实验目的1、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2、了解 NRZ码、方波、正弦波等各种信号的频谱。3、理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。4、熟练掌握信号源模块的使用方法。二、实验内容1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7 段数码管的显示。2、观察点频方波信号的输出。3、观察点频正弦波信号的输出。4、拨

4、动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出。5、观察位同步信号和帧同步信号的输出。6、观察 NRZ码、方波、正弦波、三角波、锯齿波的频谱。三、实验仪器1、信号源模块2、 20M双踪示波器3、连接线四、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分模拟信号源部分可以输出频率和幅度任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz 10KHz）、三角波（频率变化范围 100Hz 1KHz）、方波（频率变化范围 100Hz 10KHz）、锯齿波（频率变化范围 100Hz 1KHz）以及32KHz、64KHz的点频正弦波（幅度可以调节） ，各种波形的频率和幅度的调节

5、方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1 所示。在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U04, 并存放在固定的地址中。当单片机 U03 检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U01 中分频器的分频比 ( 分频后的信号频率由数码管SM01 SM04显示 ) ；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U04 中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A转换器 U05和开关电容滤波器U06后得到所需模拟信号。图 1-1模拟信号源部分原理框图2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点

6、频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW01、 SW02、SW03改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U01来完成，通过拨码开关SW04、SW05可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2 所示。1通信原理实验指导书BCD码分频设置2BSBSFS24MHz晶振3分频可预置2分频2分频分频器NRZ码NRZ分频器产生器分频器PN序列24位NRZ码型设置产生器1024K256K64K32K8KPN15PN31PN511图 1-2数字信号源部分原理框图晶振出来的方波信号经3 分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到 10

7、24KHz、 256KHz、 64KHz、 32KHz、 8KHz的方波。可预置分频器的分频值可通过拨码开关SW04、 SW05来改变，分频比范围是1 9999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生以24 位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW01、 SW02、 SW03来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA等实验中， NRZ码将起到十分重要的作用。五、实验步骤1、将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER1

8、、POWER2，发光二极管LED01、LED02发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、模拟信号源部分观察“ 32K 正弦波”和“ 64K 正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。按下“复位”按键使U03 复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED07灭，数码管SM01 SM04显示“ 2000 ”。按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭） ，此时信号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按

9、下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度最大可达5V 以上。（注意 : 发光二极管 LED07熄灭，转动旋转编码器时，频率以1Hz 为单位变化；按一下旋转编码器，LED07亮，此时旋转旋转编码器，频率以 50Hz 为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07熄灭，频率再次以 1Hz 为单位变化）将波形分别选择为三角波、锯齿波

10、、方波，重复上述实验。电位器 W02用来调节开关电容滤波器U06 的控制电压，电位器 W01用来调节 D/A 转换器U05 的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4、数字信号源部分拨码开关 SW04、 SW05的作用是改变分频器的分频比（以4 位为一个单元，对应十进制数的1 位，以 BCD码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为 2MHz，分频比变化范围是1 9999，所以位同步信号频率范围是200Hz 2MHz。例如，若想信号输出点“ BS”输出的信号频率为15.625KHz ，则需将基频信号进行128 分频，将拨码开关SW0

11、4、SW05设置为 00000001 00101000，就可以得到15.625KHz 的方波信号。 拨码开关 SW01、SW02、SW03的作用是改变NRZ码的码型。1 位拨码开关就对应着NRZ码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为1，往下拨时，对应的码元为0。将拨码开关 SW04、SW05设置为 00000001 00101000，SW01、SW02、SW03设置为 01110010 0011001110101010，观察 BS、 2BS、 FS、NRZ波形。2通信原理实验指导书改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。观察 1024K、256K、 64K、32K、8K 各点波形

12、（由于时钟信号为晶振输出的24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、 250K、62.5K 、31.25K 、7.8125K 信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。将拨码开关SW04、SW05设置为 00000001 00101000 ，观察伪随机序列PN15、PN31、PN511 的波形。改变拨码开关SW04、 SW05的设置，重复观察以上各点波形。六、输入、输出点参考说明1、输出点说明模拟部分输出：24M：晶振 24MHz时钟信号输出点，峰峰值约为2.3V 。模拟输出：波形种类、波形幅度、波形频率均可调。正弦波： 100Hz 10KHz，幅度最大可达4V；三角波： 10

13、0Hz 1KHz，幅度最大可达4V；锯齿波： 100Hz 1KHz，幅度最大可达4V；方波： 100Hz 10KHz，幅度最大可达4V；数字部分输出：方波占空比：50%8K：7.8125KHz方波输出点。32K：31.25KHz 方波输出点。64K：62.5KHz方波输出点。256K：250KHz方波输出点。1024K：1000KHz方波输出点。BS：位同步信号输出点，方波，频率可通过拨码开关SW04、 SW05改变。2BS：2 倍位同步信号频率的方波输出点，频率可通过拨码开关SW04、 SW05改变。FS：帧同步信号输出点，窄脉冲，频率是位同步信号频率的1/24 。NRZ：24 位 NRZ码

14、输出点，码型可通过拨码开关SW01、SW02、SW03改变，码速率和位同步信号频率相同。PN15：N 24 1 15 的 m序列输出点。PN31：N 25 1 31 的 m序列输出点。PN511：N 29 1 511 的 m序列输出点。32KHz 正弦波：31.25KHz 正弦波输出点。 （幅度最大可达4V）64KHz 正弦波：62.5KHz 正弦波输出点。 （幅度最大可达4V）七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3通信原理实验指导书实验二信道模拟实验一、实验目的1、观察噪声对信道的影响，比较理想信道

15、与随机信道的区别，加深对随机信道的理解。2、比较编码信号与未编码信号在随机信道中的传输，加深对纠错编码原理的理解。3、掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。二、实验内容1、将信号源输出的NRZ码（未编码）输入信道，调节噪声功率大小，观察信道输出信号。2、输出的 NRZ码（未编码）输入本模块，编码后再输入信道，并经过解码，观察通过编解码后的信号。3、观察眼图并作分析记录。三、实验仪器1、信号源模块2、信道模拟模块3、终端模块（可选）4、 20MHz双踪示波器5、连接线四、实验原理1、信道广义信道按照它包含的功能，可以划分为调制信道与编码信道。所谓调制信道是指调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制和

16、解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调信号进行某种变换。我们只需要关心变换的最终结果，而无需关心其详细物理过程。因此，研究调制和解调时，采用这种定义是方便的。同理，在数字通信系统中，如果我们仅着眼于讨论编码和译码，采用编码信道的概念是十分有益的。所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入端的部分。这样定义是因为从编译码的角度看来，编码器的输出是某一数字序列，而译码器的输入同样也是某一数字序列，他们可能是不同的数字序列。因此，从编码器输出端到译码器输入端，可以用一个对数字序列进行变换的方框来加以概括。我们这里主要用的是编码信道，接下来介绍

17、一下编码信道模型。编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。因此，有时把编码信道看成是一种数字信道。编码信道模型可以用数字的转移概率来描述。例如，最常见的二进制数字传输系统的一种简单的编码信道模型如图 10-1 所示。这个模型之所以是“简单的”，因为这里假设解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的。或者说，这种信道是无记忆的，即一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关。在这个模型里，P(0/0) 、P(1/0) 、P(0/1) 及 P(1/1)称为信道转移概率， 其中，P(0/0)与 P(1/1) 是正确转移的概率。 而 P(1/0)与 P(0/1)是错误转

18、移概率。0P(0/0)0P(1/0)P(0/1)112P(1/1)图 4-1二进制编码信道模型4通信原理实验指导书根据概率的性质可知P(0/0)1 P(1/0)P(1/1)1 P(0/1)转移概率完全由编码信道的特性所决定。一个特定的编码信道，有确定的转移概率。但应该指出，转移概率一般需要对实际编码信道作大量的统计分析才能得到。如果我们对一正态分布白噪声取样，若取样值为正，记为“” ，若取样值为负，记为“” ，则将每次取样所得极性排成序列，可以写成： 这是一个随机序列，它具有如下基本性质：列中“”和“”的出现概率相等。序列中长度为1 的游程约占1/2 ；长度为2 的游程约占1/4 ；长度为3

19、的游程约占1/8 ； 。一般说来，长度为k 的游程约占1/2 k ；而且在长度为k 的游程中，“”游程和“”游程约各占一半。由于白噪声的功率谱为常数，功率谱的逆傅里叶变换，即自相关函数为一冲激函数 ( ) 。当 0 时， ( ) 0；仅当 0 时， ( ) 是个面积为 1 的脉冲。2、信道噪声非理想信道中必然存在噪声，而其中又以高斯白噪声最为普遍。在本实验中我们用伪随机序列模拟高斯白噪声。伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛的实际应用。目前广泛应用的伪随机噪声都是由数字电路产生的周期序列（经滤波等处

20、理后）得到的。我们把这种周期序列称为伪随机序列。通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为 m序列。由于 m序列的均衡性、游程分布、自相关特性和功率谱与上述随机序列的基本性质很相似，所以通常认为m序列属于伪噪声序列或伪随机序列。m序列的功率谱密度的包络是(sin x / x)2 形的。设 m序列的码元宽度为 T1 秒，则大约在零至 (1/ T 1) × 45%赫兹的频率范围内，可以认为它具有均匀的功率谱密度。所以，可以用 m 序列的这一部分频谱作为噪

21、声产生器的噪声输出，虽然这种输出是伪噪声，但是多次进行某一测量，都有较好的重复性。将m序列进行滤波，就可取得上述功率谱均匀的部分作为输出。3、纠错编码在随机信道中，错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。例如，由高斯白噪声引起的错码就具有这种性质。因此，当信道中加性干扰主要是这种噪声时，就称这种信道为随机信道。由于信息码元序列是一种随机序列，接收端是无法预知的，也无法识别其中有无错码。为了解决这个问题，可以由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。这些监督码元和信码之间有一定的关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。在信息码元序列中加入监督码元就称

22、为差错控制编码，有时也称为纠错编码。不同的编码方法有不同的检错或纠错能力。有的编码就只能检错不能纠错。那么，为了纠正一位错码，在分组码中最少要增加多少监督位才行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致汉明码的诞生。汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。下面我们介绍汉明码的构造原理。一般说来，若码长为 n，信息位数为 k，则监督位数 r n- k。如果希望用 r 个监督位构造出 r 个监督关系式来指示一位错码的 n 种可能位置，则要求2r - 1 n或 2 r k + r + 1（10 1）下面我们通过一个例子来说明如何具体构造这些监督关系式。设分组码 (n ，k

23、) 中 k 4，为了纠正一位错码，由式（101）可知，要求监督位数r 3。若取 r=3 ，则n= k + r =7。我们用 6 50 表示这 7 个码元，用S1 、 S2 、 S3 表示三个监督关系式中的校正子，则S1 S2S3 的值与错码位置的对应关系可以规定如表4-1 所列。5通信原理实验指导书表 4-1S SS3错码位置S SS3错码位置1212001 0101 4010 1110 5100 2111 6011 3000无 错由表中规定可见，仅当一错码位置在2、 456时，校正子1为 1；否则1为 0。这就意味、 或 SS着 2 、 4 、 5 和 6 四个码元构成偶数监督关系S1 65

24、 4 2（42）同理， 1 、 3 、 5 和 6 构成偶数监督关系2 6531（43）S以及 0 、 3 、 4 和 6 构成偶数监督关系S3 6 4 30（4 4）在发送端编码时， 信息位 6 、 5 、 4 和 3的值决定于输入信号， 因此它们是随机的。监督位 2 、 1 和0应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使上三式中123S 、 S 和 S 的值为零（表示变成的码组中应无错码）6 5 4 2065310（45）64300由上式经移项运算，解出监督位2 6541 65 3（46）0 436给定信息位后，可直接按上式算出监督位，其结果如表4-2 所列。表 4-2信息位监督位信

25、息位监督位 6 5 4 32 1 0 6 5 4 3 2 1 00000000100011100010111001100001010110100100011110101100101001101100001010110111010100110011111010001110001111111接收端收到每个码组后，先按式（4 2）（ 4 4）计算出 S 、 S 和 S ，再按表 10-2判断错码情况。123例如，若接收码组为0000011，按式（ 4 2）（ 4 4）计算可得 S1 0，S2 1，S31。由于 S1 S2 S3 等于011，故根据表 10-1可知在 3 位有一错码。按上述方法构造的码

26、称为汉明码。表10-2中所列的（ 7， 4）汉明码的最小码距d0 3，因此，这种码能纠正一个错码或检测两个错码。6通信原理实验指导书本实验模块的编码速率由编码方式控制开关S01 和编码码速率选择开关SW01共同控制，如表10-3 所示。编码方式控制开关S01 拨“ 1”时，汉明码在编码后，还需进行组帧处理，即每16bit信息在其后插入1 个“ 0” 和 7 位巴克码“ 1110010”；拨“ 0”时，汉明编码不进行组帧处理，直接输出编码。表 4-3速率 SW011000010000100001说明S0118/3KHz15.625/3KHz20/3KHz31.25/3KHz编码04KHz7.81

27、25KHz10KHz15.625KHz输入码速率18KHz15.625KHz20KHz31.25KHz编码08KHz15.625KHz20KHz31.25KHz输出码速率18/24KHz15.625/24KHz20/24KHz31.25/24KHz编码08/16KHz15.625/16KHz20/16KHz31.25/16KHz输出帧速率4、传输畸变和眼图一个实际的基带传输系统，尽管经过了精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。因此，码间干扰也就不可能避免。由前面的讨论可知，码间干扰问题与发送滤波器特性、信道特性、接收滤波器特性等因素有关，因而计算由于这些因素所引

28、起的误码率就非常困难，尤其在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析方法。眼图就是一种能够方便地估计系统性能的实验手段。这种方法的具体做法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。这时就可以从示波器显示的图形上观察出码间干扰和噪声的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。所谓眼图就是指示波器显示的图形，因为在传输二进制信号波形时，它很像人的眼睛。为了说明眼图和系统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型，如图10-2 所示。该图表述了下列意思：（ 1）眼图张开部分的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样、再生的时间间隔。显然

29、，最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；（ 2）对定时误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏； （ 3）图中的阴影区的垂直高度表示信号畸变范围；（ 4）图中央的横轴位置对应判决门限电平；（ 5）在抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限，即若噪声瞬时值超过这个容限，就有可能发生错误判决。图 4-2眼图模型7通信原理实验指导书五、实验步骤1、信道模拟实验（ 1）将信号源模块、信道模拟模块、终端模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。（ 2）插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，各模块对应的发光二极管

30、LED01、LED02发光，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）（ 3）将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为 00000101 00000000，按实验一的介绍，此时分频比千位、 十位、个位均为0，百位为 5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。相应地，信道模拟模块的编码方式控制开关拨“0”、码速率选择拨码开关设置为1000，与信号源的码速率相一致（见表 4-3 ）。用双踪示波器观察编码输入“数据”输出点、编码输出“数据”输出点波形。（ 4）将信号源的 NRZ码作为数据输出，连接到终端的DATA1端

31、，相应的位同步信号（ BS1）与帧同步信号（ FS1）分别相连，同时将信号源的 NRZ码连接到信道模拟的信道输入端，经过信道后从信道输出 1 端输入到终端的DATA2端， BS2 和 FS2 与信号源的位同步信号（BS）与帧同步信号（FS）分别相连。 则终端的发光二极管D01-D24 显示的是直接从信号源输出的数据，发光二极管D25-D48显示的经过信道传输后的数据。（也可用示波器双踪比较上述两组数据）2、差错控制编码实验（ 1）将信号源的NRZ码作为数据输出，连接到信道模拟的编码输入数据端，相应的位同步信号（BS）与帧同步信号（ FS）分别与信号源的 BS和 FS 相连。将信号源的 1024

32、K 连接到信道模拟的 1M_IN，同时将信道模拟的编码输出与解码输入的位同步信号与帧同步信号分别相连，编码输出的数据连入信道输入，经过信道后从信道输出1 端输入到解码输入数据端；解码输出端的数据、位同步与帧同步分别与终端的DATA1、BS1 和 FS1 相连，则终端的发光二极管D01-D24 显示的经过编解码及信道传输后的数据。（也可以将信号源NRZ码输出接入终端DATA1，BS 与 BS1相连， FS 与 FS1相连。经过解码后的数据接入终端DATA2，位同步与帧同步分别与终端的BS2 和 FS2 相连。注意：做实验时会发现解码后的信号有时候与编码不完全对应（或移动和闪动），在通过按复位键可

33、以达到一致，这是因为编解码后的信号有移相，通过按复位键可以使编解码信号与NRZ达成同步）（ 2）信道模拟模块的噪声功率调节电位器（P01）固定在噪声功率最小的位置处，用示波器观察信道输出 1 处的信号，观察编码后的信号是否符合表4-2 的规则（注意：为将（7， 4）汉明码补足为8位码，我们在每一个（7， 4）汉明码前添加了一位零。因此，1000 编码将得到01000111）。（ 3）任意将“误码”拨码开关的右七位中的一位拨为高，观察编码后信号及终端显示的解码的变化。（因为汉明编码可以纠错一位错码，因此终端显示的解码后码元与原NRZ码相同）（ 4）任意将 “误码” 拨码开关的右七位中的两位拨为高

34、，观察编码后信号及终端显示的解码的变化（因为汉明编码不能纠正两位或两位以上错码，因此终端显示的解码后的码元与原NRZ码不同）3、眼图实验（ 1）将信号源模块的位同步信号的频率设为7.8125KHz （码速率选择开关拨为00000010、 01010110，为 256 分频），用信号源模块的 PN31 信号作为输入信号，连接到信道模拟的信道输入。（ 2）用信号源模块的位同步信号作为示波器的外部触发信号，通过调节信道模拟模块上的噪声功率调节旋钮，观察从信道输出 2 端口输出的 NRZ 码眼图并记录下来。（ 3）通过改变信号源 SW04,SW05 来改变输入信号的码速率，从而观察“眼睛”的张开和闭合

35、，并记录相应的眼图状态。 （可以任意改变码速率，建议 SW04 ，SW05 依次由 256 分频 192 分频 160分频 128 分频 96 分频 64 分频，可以参考信号源实验步骤中分频比的说明）（ 4）根据不同码速率情况下眼图的不同状态验证整个信道的特性。六、输入、输出及测量点说明1、输入点参考说明信道输入：信道输入点。编码输入 - 数据：编码数据输入点。编码输入 - 位同步：编码位同步信号输入点。编码输入 - 帧同步：编码帧同步信号输入点。解码输入 - 数据：解码数据输入点。8通信原理实验指导书解码输入 - 位同步：解码位同步信号输入点。解码输入 - 帧同步：解码帧同步信号输入点。2、

36、输出点参考说明信道输出 1：无限带宽信道输出点。信道输出 2：带限（ 8K）信道输出点。编码输出 - 数据：编码数据输出点。编码输出 - 位同步：编码位同步信号输出点。编码输出 - 帧同步：编码帧同步信号输出点。解码输出 - 数据：解码数据输出点。解码输出 - 位同步：解码位同步信号输出点。解码输出 - 帧同步：解码帧同步信号输出点。3、测量点参考说明噪声：测量观察噪声波形及频谱。GND ：接地点。七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原

37、理图。八、实验思考题1、本实验中的噪声为加性噪声，试说明实际信道中的加性噪声有哪些，各有什么特点？2、本实验中使用的纠错码为汉明码，举出其它常用的纠错码并比较它们的优缺点。3、实验 2 差错控制编码实验中，步骤(3) 和(4) 得到的结果是否相同？如果不同，试说明原因。4、为什么利用眼图能大致估算接收系统性能的好坏程度？9通信原理实验指导书实验三FSK 调制解调实验一、实验目的3、掌握 FSK调制与解调的工作原理及电路组成。4、掌握 FSK信号的频谱特性。二、实验内容3、观察 FSK调制与解调信号波形。4、观察 FSK信号频谱。三、实验仪器1、信号源模块2、数字调制模块3、数字解调模块4、同步

38、提取模块5、频谱分析模块（可选）6、 20M双踪示波器7、连接线四、实验原理1、 2FSK调制原理2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1 状态而变化，即载频为 f0 时代表传 0，载频为 f1 时代表传 1。显然， 2FSK信号完全可以看成两个分别以 f0 和 f1 为载频、以 an 和 an 为被传二进制序列的两种 2ASK信号的合成。 2FSK信号的典型时域波形如图 6-1 所示，ar21011t0Ts2Ts3Ts4TsS2FSK(t)A0t-A图 6-1 2FSK信号的典型时域波形其一般时域数学表达式为S2 FSK (t)an g(tnTs

39、 )cos 0 tan g(t nTs ) cos 1t（ 61）nn式中，02f0 ，12f1 ， an 是 an 的反码，即10通信原理实验指导书0 概率为 Pan1概率为 1P1 概率为 Pan概率为 1 P0因为 2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为h f1f0 Tsf1f 0 / Rs（ 62）显然， h 与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK 信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说， 二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当 h<1 时， 2FSK信号的功率谱与2ASK的极为相似，呈单峰状；当h&g

40、t;>1 时， 2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为B2FSKf1 f 02Rs （ Hz）（ 63）2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（ 2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（ 01 或 10 ）时刻， 2FSK信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择

41、法，其调制原理框图如图6-2 所示。由图可知，从“ FSK基带输入”输入的基带信号分成两路，一路经U05 反相后接至 U06B的控制端，另一路直接接至U06A的控制端。从“ FSK 载波输入 1”和“ FSK 载波输入 2”输入的载波信号分别接至U06A和 U06B的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关U06A打开， U06B关闭，输出第一路载波；当基带信号为“ 0”时， U06A关闭， U06B打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK调制信号。载波1开关1基带信号倒相器相加器2FSK信号载波2开关2图 6-2 2FSK调制原理框图2、 2FSK解调原理2FSK 有多种方法解

42、调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等。这里采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。大家知道，2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对FSK 信号进行解调的原理框图如图5-8 所示。其中整形 1 和整形 2 的功能类似于比较器，可在其输入端将输入信号叠加在2.5V 上。2FSK调制信号从“ FSK-IN ”输入。 U04 的判决电压设置在2.5V ，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形 1 将 2FSK信号变为TTL 电平；整形2 和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为

43、“2FSK判决电压调节”的电位器进行调节。单稳1 和单稳2 分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器 U06 一起共同对TTL 电平的 2FSK信号进行微分、整流处理。电阻R15 与 R17 决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。抽样判决器的时钟信号就是2FSK基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。11通信原理实验指导书单稳1调制信号输入低通抽样解调信号输出整形1相加器整形2滤波器判决单稳2位同步信号图 6-3 2FSK解调原理框图五、实验步骤1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调模块、同步提取模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下五个模块中的开关 POWER1、POWER2，对应的发光二极管 LED01、 LED02 发光，按一下信号源模块的复位键，五个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、 FSK调制实验（ 1）将信号源模块产生