通信原理实验--邓国辉

1、通 信 原 理 实 验内容1实验一 常用信号的观察 3实验二 信号的抽样与恢复 4实验三 ASK 调制与解调实验 8实验四 FSK 调制与解调实验 11实验五 脉冲编码调制与解调 142实验一 常用信号的观察一、实验目的 1了解常用信号的波形和特点； 2了解相应信号的参数； 3学习示波器的应用；二、实验设备1 THBCC-1 型 信号与系统控制理论及计算机控制技术试验平台。 2双踪慢扫描示波器 1 台。3PC 机（安装数字信号发生器的软件） ，串口通信线一根。三、实验内容1、观察常用信号，如：正弦波、方波、三角波、锯齿波及一些组织函数波形如y sin（ nx） cos（mx）2、用示波器测量信

2、号，读出信号的幅度和频率，并用坐标纸记录信号的波形四、实验原理说明描述信号有多种方法，可是是数学表达式（时间的函数） ，也可以是函数图形（即为信 号的波形）对于各种信号可分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号。五、实验步骤1. 连接数字信号发生器的串口通信线，打开数字信号发生器的电源。2. 运行上位机的波形发生器软件，选择串口和波特率，然后选择波形，点击发送数据， 用示波器观察输出的波形3. 选择不同的频率，观察输出波形的变化五、实验报告根据实验测得的数据，绘出各种信号波形图，并写出相应数学函数表达式。实验二 信号的抽样与恢复、实验目的1. 了解电信号的抽样方法与过程以及信号恢复的方法。

3、2. 观察连续时间信号经抽样后的波形图，了解其波形特点。3. 验证抽样定理并恢复原信号。、实验内容1. 用示波器观察不同的抽样频率抽样得到的抽样信号。2. 用示波器观察各抽样信号经低通滤波器恢复后的信号并验证抽样定理。三、实验仪器1. 信号与系统实验箱一台2. 3000XH-5 实验模块一块3. 双踪示波器或虚拟示波器一台4. 连接线若干四、实验原理利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样， 抽样后的信号称为脉 冲调幅( PAM )信号。在满足抽样定理条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且 从抽样信号中可以无失真的恢复出原始信号。抽样定理在通信系统、 信息传输理论方面占有

4、十分重要的地位。 数字通信系统是以此定 理作为理论基础。 抽样过程是模拟信号数字化的第一步， 抽样性能的优劣关系到通信设备整 个系统的性能指标。抽样定理指出：一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh,则可以唯一的由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。抽样信号的时域与频域变化过程如图3-1所示：5-10-TsTstf0(t)图2-1抽样信号的时域与频域变化过程信号的抽样与恢复方框图和电路原理图分别如图2-2、2-3所示。6图2-2信号的抽样与恢复电路框图图2-3信号的抽样与恢复电路原理图7五、实验步骤本实验使用 3000XH-5 实验模块中的信号的抽样与恢复部分。1. 熟悉信号的抽样与

5、恢复的工作原理。接好电源线，将 3000XH-5 实验模块固定于信号 系统实验平台上，连接好实验模块电源，打开实验箱电源开关，按下模块电源按钮，检 查模块灯亮，实验箱开始正常工作 .2. 将同步信号源单元产生的 Vpp= 2V、fo= 1KHz的正弦波和fo= 2KHz的方波分别送入待抽样信号输入点 S_IN 和抽样脉冲信号输入点 SQU_IN ，将 PAM_OUT 端信号送入 Lp_IN 端，用示波器分别观察抽样信号输出点 pAM_OUT 和恢复后的信号输出点 S_OUT 的波形并将实验数据记录下来（实验中低通滤波器的截止频率fC= 1KHz）。3. 改变抽样脉冲信号的频率， 分别将 f0=

6、8KHz、 16KHz 的方波送入抽样脉冲信号输入点SQU_IN ，重复实验步骤 2，比较在不同的抽样频率下恢复后的信号波形之间的差别并得 出结论。4. 将同步信号源单元产生的 Vpp= 2V、 f0= 1KHz 的三角波作为待抽样信号送入S_IN ，重复上述实验步骤。注：由于电路设计原因，本模块输出点波形含有一定量的直流分量。六、输入、输出点参考说明1. 输入点参考说明S_IN :原信号（待抽样信号）输入点。Lp_IN ：恢复后的信号输入点。SQU_IN :抽样脉冲信号输入点。2. 输出点参考说明pAM_OUT :抽样信号输出点。S_OUT :恢复后的信号输出点。七、实验报告要求1. 整理并

7、绘出原信号、抽样信号及恢复后的信号波形。2. 比较在几种不同抽样频率情况下原信号与恢复后的信号波形，并得出结论。1 比较原信号分别为正弦波和三角波，其抽样信号波形的特点。实验三 ASK 调制与解调实验一、实验目的1、掌握用键控法产生 ASK 信号的方法；2、掌握 ASK 非相干解调的原理。二、实验内容1、观察 ASK 调制信号波形；2、观察 ASK 解调信号波形。三、实验仪器1、信号源模块2、模块 3、4、 73、连接线若干4、20M 双踪示波器一台四、实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。 由于被调载 波有幅度、 频率、相位三个独立的可控参量， 当用二进制信号分别调

8、制这三种参 量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控(2FSK)、二进制移相 键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两 种离散变换状态。1、2ASK 调制原理在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。 使载波在二进制基 带信号 1 或 0 的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“ 1”或 “0”，这样就可以得到 2ASK 信号，这种二进制振幅键控方式称为通断键控 ( OOK)。2ASK信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通 断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通 /断控制门，由二进制序列 s

9、(t) 控制门的通断,s(t) = 1时开关导通；s(t) = 0时开关截止，这种调制方式称为通 断键控法。 其次， 2ASK 信号可视为 s(t) 与载波的乘积， 故用模拟乘法器实现 2ASK 调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。2、2ASK 解调原理2ASK 解调有非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)两种方 法。五、实验框图I图3.1 ASK调制原理图3.2 ASK解调原理六、实验步骤（一） ASK调制实验1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧, 确保电源接触良好。2、按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（ 8K）模块

10、3： ASK-NRZS4拨为“ 1100”，PN是8K伪随机码信号源：64K同步正弦波模块3： ASK载波提供ASK调制载波，幅度为4V*检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、以信号输入点“ ASK-NRZ ”的信号为内触发源，用示波器观察点“ASK-OUT”输出的波形，即为PN码经过ASK调制后的波形。4、通过信号源模块上的拨码开关 S4控制产生PN码，改变送入的基带信号, 同时改变载波频率，重复上述实验。实验结束关闭电源。（二） ASK解调实验1、接着上面ASK调制实验继续连线：源端口目的端口连线说明模块 3: ASK-OUT模块 4： ASKINASK解调输入模块 3: ASK-DOU

11、T模块7： DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7: BS模块 4: ASK-BS提取的位同步信号*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源2、 将模块7上的拨码开关S2拨为“ 1000”观察模块4上信号输出点“ ASK-DOUT ”处的波形，把电位器 W3顺时针拧到最大，并调节的电位器 W1 （改变判决门限），直到在“ ASK-DOUT ”处观察到稳定的PN码。3、观察ASK解调输出“ OUT1 ”处波形，并与信号源产生的 PN码进行比 较。调制前的信号与解调后的信号应相同，相位有一定偏移。4、通过信号源模块上的拨码开关 S4控制产生PN码，改变送入的基带信号， 同时改变载波频率，重复上述实

12、验。5、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据与波形，完成实验报告。图3.3部分试验结果图七、实验报告要求整理实验数据与波形，完成实验报告11实验四 FSK 调制与解调实验一、实验目的1、掌握用键控法产生 FSK 信号的方法；2、掌握 2FSK 过零检测解调的原理。二、实验内容1、观察 FSK 调制信号波形；2、观察 FSK 解调信号波形；3、观察 FSK 过零检测解调器各点波形。三、实验仪器1、信号源模块2、模块33、模块44、模块7可选5、20M双踪示波器一台6、连接线若干四、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

13、 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 信号的产生通常有两种方式： （1）频率选择法； （2）载波调频法。在这里，我们 采用的是频率选择法。2、 2FSK 解调原理FSK 有多种方法解调，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FSK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

14、测法的基本 思想。五、实验框图图4.1 FSK调试原理框图图4.2 FSK解调原理框图六、实验步骤（一） FSK调制实验1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保 电源接触良好。2、按照下表进行实验连线表4.1连线源端口目的端口连线说明信号源：PN（8K）模块 3: FSK-NRZS4拨为“1100”，PN是8K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3 :载波A提供FSK调制A路载波，幅度为4V信号源：64K同步正弦波模块3:载波B提供FSK调制B路载波，幅度为4V*检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、将模块3上拨码开关S1都拨上。以信号输入点“ FSK-NR

15、Z”的信号为内触 发源，用双踪示波器同时观察点“ FSK-NRZ”和点“ FSK-OUT”输出的波形。4、单独将S1拨为“01”或“10”，在“ FSK-OUT ”处观测单独载波调制波形。5、通过信号源模块上的拨码开关 S4控制产生PN码，改变送入的基带信号，同 时改变载波频率，重复上述实验。6实验结束关闭电源。（二） FSK解调实验1、接着上面FSK调制实验继续连线：表4.2连线源端口目的端口连线说明模块 3: FSK-OUT模块 4： FSKINFSK解调输入模块 3： FSK-DOUT模块7 : DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7： BS模块 4 : FSK-BS提取的位同步信号*检

16、查连线是否正确，检查无误后再次打开电源2、将模块7上的拨码开关S2拨为“1000”观察模块4上信号输出点“ FSK-DOUT ” 处的波形，并调节模块4上的电位器 W5 （顺时针拧到最大），直到在该点观察 到稳定的PN码。3、用示波器双踪分别观察模块 3上的“ FSK-NRZ”和模块四上的“ OUT2”处 的波形，将“ OUT2”处FSK解调信号与信号源产生的PN码进行比较。4、通过信号源模块上的拨码开关 S4控制产生PN码，改变送入的基带信号，同 时改变载波频率，重复上述实验。5、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。 附：实验参考波形实验五 脉冲编码调制与解调一、实验

17、目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理；2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法；3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性；4、了解大规模集成电路 TP3067 的使用方法。二、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系；2、改变基带信号幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况；3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况；4、改变位同步时钟，观测脉冲编码调制波形。三、实验仪器1、信号源模块一块2、模块 2一块3、20M 双踪示波器一台4、立体声耳机一副5、连接线若干四、实验原理（一）基本原理模拟信号进行抽样后，

18、其抽样值还是随信号幅度连续变化的， 当这些连续变 化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估 值。如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值， 且电平间隔比干扰噪声 大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值， 从而有可能消除随机噪声的 影响。脉冲编码调制（PCM ）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成 数字信号的编码方式。 PCM 主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时 间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、 幅度连续的抽样信号转换成时间离散、 幅度离散的数字信号； 编码是将量化后的 信号编码形成一个二进制码组输出。

19、国际标准化的 PCM 码组（电话语音）是用 八位码组代表一个抽样值。编码后的 PCM 码组，经数字信道传输，在接收端， 用二进制码组重建模拟信号， 在解调过程中， 一般采用抽样保持电路。 预滤波是 为了把原始语音信号的频带限制在 300Hz3400Hz左右，所以预滤波会引入一 定的频带失真。在整个 PCM 系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。通常，用信噪比S/N来表示。国际电报电话咨询委员会（ITU-T ）详细规定了它 的指标，还规定比特率为64kb/s，使用A律或律编码律。1、量化y Q（x） Q xk x xk 1yk,k 1,2,3, L ,L （5.1）从数学上来看，

20、 量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅 度值的有限数集合。如图4-2所示，量化器Q输出L个量化值，k=1, 2, 3,， L。 yk 常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 x 落在 xk 与 xk+1 之间时，量化器输出电平为 yk 。这个量化过程可以表达为： k xk 1 xk ，这里 xk 称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定 不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信 号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。 通常，把满足信噪比要求的输入信号 取值范围定义为动态范围

21、， 可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。 为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。 对于信号取值小的区 间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的 优点。首先， 当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度 （实际中常常是这 样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比； 其次， 非均匀量化时， 量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。 因此量化 噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通

22、常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是卩压 缩律和A压缩律。美国采用卩压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。2、编码 所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然， 这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的， 前者是属于信源编码的 范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码 和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类： 逐次比较型、折叠级联型、混合型。本实验模块中的编码芯片TP3067采用的是逐次比较型。在逐次比较型编码方式中，无论采用

23、几位码，一般均按极性码、段 落码、段内码的顺序排列。下面结合 13折线的量化来加以说明。在 1 3折线法中，无论输入信号是正是负，均按 8段折线（ 8 个段落）进行编 码。若用 8 位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值， 其中用第一位表示量 化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体 的做法是：用第二至第四位表示段落码， 它的 8种可能状态来分别代表 8 个段落 的起点电平。其它四位表示段内码，它的 16种可能状态来分别代表每一段落的 16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27= 128个量化级。 可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体

24、的方法。（二）实验电路说明本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。TP3067 在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路， 是一个单路编译码器。其编码速率 为2.048MHz，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHz。模拟信号在编码电路 中，经过抽样、量化、编码，最后得到 PCM编码信号。在单路编译码器中，经 变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没 有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个 PCM帧（32个时隙）里，只 在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此 时隙应与发送时隙相同，否则接收不到 PCM编码信号）里才从外部接收 PCM 编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。五、实验框图图5.1实验框图六、实验步骤1、将信号源模块和模块2固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电 源接触良好。