通信原理实验指导书

1、通信原理实验指导书通信原理实验指导书信息工程系信息工程系目录实 验 一 数字信号源实验3实 验 二 数字调制实验7实 验 三 2ASK、2FSK数字解调实验.1 7实 验 四 PCM编译码及TDM时分复用实验. 23实验一实验一数字信号源实验数字信号源实验一、一、 实验目的实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。2、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。3、掌握数字信号源电路组成原理。二、二、 实验内容实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ） 、帧同步信号（FS） 、位同步时钟（BS） 。 2、用示波器观察 NRZ、FS、BS 三信号的对应关

2、系。 3、学习电路原理图。三、三、 基本原理基本原理 本模块是实验系统中数字信号源，即发送端，其原理方框图如图 1-1 所示。本单元产生 NRZ 信号，信号码速率约为 170.5KB，帧结构如图 1-2 所示。帧长为 24 位，其中首位无定义，第 2 位到第 8 位是帧同步码（7 位巴克码 1110010） ，另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。 本模块有以下测试点及输入输出点： CLK-OUT时钟信号测试点，输出信号频率为4.433619MHz BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点，频率

3、为 170.5KHz FS信源帧同步信号输出点/测试点,频率为 7.1KHz NRZ-OUTNRZ 信号输出点/测试点 图 1-3 为数字信源模块的电原理图。图 1-1 中各单元与图 1-3 中的元器件对应关系如下： 晶振 CRY：晶体；U1：反相器 7404 分频器 US2：计数器 74161；US3：计数器 74193； US4：计数器 40160 并行码产生器 KS1、KS2、KS3：8 位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据 1、数据 2 相对应；发光二极管左起分别与一帧中的 24 位代码相对应 八选一 US5、US6、US7：8 位数据选择器 4512 三选一 US8：8 位数据选

4、择器 4512 倒相器 US10：非门 74HC04 抽样 US9：D 触发器 74HC74BSS5S4S3S2S1 BS-OUT NRZ-OUTCLK并 行 码 产 生 器八选一八选一八选一分 频 器三选一NRZ抽 样晶振FS倒相器图 1-1 数字信源方框图0100111数据 2数据 1帧同步码无定义位图 1-2 帧结构 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 74161 进行 13 分频，输出信号频率为 341kHz。74161 是一个 4 位二进制加计数器，预置在 3 状态。 74193 完成2、4、8、16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。B

5、S 为位同步信号，频率为 170.5kHz。S1、S2、S3 为 3 个选通信号，频率分别为 BS 信号频率的 1/2、1/4 和 1/8。74193 是一个 4 位二进制加/减计数器，当CD= PL =1、MR=0 时，可在 Q0、QB、QC 及 QD 端分别输出上述 4 个信号。 40160 是一个二一十进制加计数器，预置在 7 状态，完成3 运算，在 Q0和 Q1端分别输出选通信号 S4、S5，这两个信号的频率相等、等于 S3 信号频率的 1/3。 分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如图 1-4（a）和 1-4（b）所示。 （2）八选一 采用 8 路数据选择

6、器 4512，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表 1-1 所示。US5、US6 和 US7 的地址信号输入端A、B、C 并连在一起并分别接 S1、S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端x0 x7 分别 K1、K2、K3 输出的 8 个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出US5、US6、US7 输出信号都是码速率为 170.5Kbit/s、以 8 位为周期的串行信号。 （3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5 信号分别输入到 US8 的地址端 A 和 B，US5、US6、US7 输出的 3 路串行信号分别输入到 US8 的数据端x3、x0、

7、x1，U8 的输出端即是一个码速率为 170.5KB 的 2 路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ） 。S3S2S1(a)S5S4S3(b)图 1-4 分频器输出信号波形 （4）倒相与抽样图 1-1 中的 NRZ 信号的脉冲上升沿或下降沿比 BS 信号的下降沿稍有点迟后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使 NRZ-OUT 及 BS-OUT 信号满足码变换电路的要求。表 1-1 4512 真值表CBAINHDISZ0

8、0000 x000100 x101000 x201100 x310000 x410100 x511000 x611100 x71001高阻 123456ABCD654321DCBAP015P11P210P39CU5CD4Q03QB2QC6QD7TCU12TCD13PL11MR14US374LS19312US1A74LS04P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1US274LS161RS2100kP03P14O-014P25O-113P36O-212O-311CET10CEP7CP2TC15PE9MR1US440160X01X12X2

9、3X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US54512X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US8451234US1B74LS0489US1D74LS0412345678161514131211109K1123456789RES1BSS1S2S3X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US6451212345678161514131211109K2123456789RES2X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH

10、10Z14US7451212345678161514131211109K3123456789RES3BS-OUTBS-OUTCLKS4S5FSCRYS14.433MCS122pRS11k56US1C74LS041011US1E74LS041213US1F74LS04selfself11223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020LED1LED1011223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020LED2LED1011223344556677889

11、910101111121213131414151516161717181819192020LED3LED10VCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCVCC NRZ-OUT12US10A7404CLK3D2SD4CD1Q5Q6US9A7474信信信信信 图 1-3 数字信源电原理图FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便观察 2DPSK 等信号。 FS 信号、NRZ-OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 NRZ-OUT的无定义位为 0，帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为00001111。FS 信号的低电平、高电平分别为 4 位和 8 位数字信

12、号时间，其上升沿比 NRZ-OUT 码第一位起始时间超前一个码元。FSNRZ-OUT帧同步码数据 1数据 2图 1-5 FS、NRZ-OUT 波形四、实验步骤四、实验步骤1、熟悉信源模块的工作原理以及时分复用的原理与应用。2、打开电源开关及模块电源开关，用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。 3、用同轴电缆将 FS 输出与示波器外同步信号输入端相连接，把 FS 作为示波器的外同步信号，进行下列观察：（1） 示波器的两个通道探头分别接 NRZ-OUT 和 BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1 码对应的发光管亮，0 码对应的发光管熄） ；（2） 用拨码 K

13、1 产生代码1110010（为任意代码，1110010 为 7 位帧同步码） ，K2、K3 产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和 NRZ 码特点。 4、 （选做）用另外一种方法实现本实验中的时分复用。四、实验报告四、实验报告1、说明时分复用的原理与应用。2、记录并说明光栅上亮暗的位置、拨码开关、信源信号三者之间的关系。3、记录时钟信号、信源信号、帧同步信号与位同步信号的波形，并说明三者之间的关系。实验二实验二 数字调制实验数字调制实验一、实验目的一、实验目的 1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。 2、掌握用键控法产生 2ASK、2FSK、2PSK

14、、2DPSK 信号的方法。 3、掌握相对码波形与 2PSK 信号波形之间的关系、绝对码波形与 2DPSK信号波形之间的关系。 4、了解 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。二、实验内容二、实验内容 1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。 2、用示波器观察 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 信号波形。 3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 信号的频谱。三、基本原理三、基本原理本实验使用数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供位同步信号和数字基带信号（NRZ 码） 。调制模块将输入的 NRZ

15、绝对码变为相对码、用键控法产生 2ASK、2FSK、2DPSK 信号。（A）二进制数字调制原理）二进制数字调制原理一一2ASK1产生 m(t)tcosctcos) t (m) t (ecoNRZ模拟法键控法电子开关tcosceo(t)m(t)10信息代码2ASK2频谱)t (Cos)t (m) t (cos) t (m)t (e ) t (e)(Rccooeo ee)(R41cos)(R21)t (costcos)t (m) t (mccjjmcmcc)ff (P)ff (P41)f (Pcscseo式中 Ps(f)为 m(t)的功率密度ps(f)-fs0fsPeo(f)-fc0fc谱零点带宽

16、 B=2fs=2RB发滤波器最小带宽可为 fs(理论值)也可将基带信号处理后再进行 2ASK 调制二二2FSK1产生2频谱键控法 2FSK )ff (P)ff (P41)ff (P)ff (P41)f (P2c2s1c2s2c1s1c1seo 式中是 m(t)的功率谱，是的功率谱当 p(1)=p(0)时，)(1fps)(2fps)(tm=)f (p1s)f (p2ss2c1cf2|ff |s2c1cf2|ff | 2FSK 信号带宽s2c1cf2|ff |B三三2PSK（BPSK） （绝对调相）（绝对调相）0, tcos1, tcostcos) t (m) t (ecccofc2fc2+fsf

17、c1fc1+fs或fc2fc1fc2fc110升余弦滚降滤波器发滤波器升余弦滚降信号fccosct滤除谐波fc-fs/2fc+fs/22VCO相位连续dt) t (mKtcosA) t (eFco相位不连续cosc1tcosc2tm(t)电子开关tcostmtcostmte2c1c0Ts) 1kt2(tkT2,BNRZ:) t (ms1产生 信息代码2PSK 规律：信息代码 1 对应一种初相，信息代码 0 对应另外一种初相。从另外一个角度而言，为“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，本码元内 2PSK 信号的初相相对于前一码元内 2PSK 信号的相位变化 180，相同时则不变。2频谱 ，P

18、eo(f)中无离散谱 fc)ff (p)ff (p41)f (Pcscseo为 m(t)的频谱)( fps当 p(1)=p(0)时 ps(f)中无直流， B=2fs四四2DPSK（差分相位键控，相对调相）（差分相位键控，相对调相） 1产生 码变换2PSK 调制法绝对码 ak相对码 bk变化规律：“1 变 0 不变”。bk=ak+bk-1，设 bk初始值为 1，各点波形如图所示： 1 2DPSK(ak) 2PSK(bk) 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ak bk bk-1 cosct k: 0 1 2 3 4 5 6 第一个码元内信号的初相可任意假设。

19、ak2DPSK 规律：“1 变 0 不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内 2DPSK 信号的初相相对于前一码元内 2DPSK 信号的未相变化 180，信息代码为“0”时，则本码元内 2DPSK 信号的初相相对于前一码元内 2DPSK 信号的末相不变化。 2频谱 同 2PSK电子开关180！m(t)BNRZcosct2PSKcosctm(t)NRZpe0(f)fc-fsfcfc+fs2PSK 调制Ts2PSK(bk)2DPSK(ak)akbkbk-12PSK（B）电路原理）电路原理 数字调制单元的原理方框图及电路图分别如图 2-1，图 2-2 所示。 晶振 放大器 2 (A) 滤波器

20、A 2PSK调制 射随器 CAR 2 (B) 滤波 器B 2FSK调制 2ASK调制 码变换 BK 2ASK 2FSK-OUT NRZ-IN BS-IN AK2DPSK-OUT 图 2-1 数字调制方框图 本单元有以下测试点及输入输出点： BS-IN位同步信号输入点 NRZ-IN数字基带信号输入点 CAR2DPSK 信号载波测试点 AK绝对码测试点（与 NRZ-IN 相同） BK相对码测试点 2DPSK（2PSK）-OUT2DPSK（2PSK）信号测试点/输出点，VP-P0.5V 2FSK-OUT2FSK 信号测试点/输出点，VP-P0.5V 2ASK-OUT2ASK 信号测试点，VP-P0.

21、5V图 2-1 中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与图 2-2 中的主要元器件对应关系如下： 2（A）UM2：双 D 触发器 74HC74 2（B） UM2：双 D 触发器 74LS74 滤波器 AUM5：运放 LF347，调谐回路 滤波器 BUM5：运放 LF347，调谐回路 码变换UM1：双 D 触发器 74LS74；UM3：异或门 74LS86 2ASK 调制UM6：三路二选一模拟开关 4053 2FSK 调制UM6：三路二选一模拟开关 4053 2DPSK（2PSK 调制） UM6：三路二选一模拟开关 4053 放大器QM4：三极管 9013 射随器QM1：三极管 901

22、3将晶振信号进行 2 分频、滤波后，得到 2ASK 的载频 2.2165MHZ。放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK 的两个载波，2FSK 信号的两个载波频率分别为晶振频率的 1/2和 1/4，也是通过分频和滤波得到的。下面重点介绍 2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK 波形与信息代码的关系如图 2-3 所示。信息代码101102PSK波形2DPSK波形图 2-3 2PSK、2DPSK 波形图中假设码元宽度等于载波周期。2PSK 信号的相位与信息代码的关系是：前后码元相异时，2PSK 信号相位变化 180，相同时 2PSK 信号相位不

23、变，可简称为“异变同不变”。2DPSK 信号的相位与信息代码的关系是：码元为“1”时，2DPSK 信号的相位变化 180。码元为“0”时，2DPSK 信号的相位不变，可简称为“1 变 0 不变”。 应该说明的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。实际工程中，2PSK 或 2DPSK 信号载波频率与码速率之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系。但不管是哪种关系，上述结论总是成立的。 本单元用码变换2PSK 调制方法产生 2DPSK 信号，原理框图及波形图如图 2-4 所示。相对于绝对码 AK、2PSK 调制器的输

24、出就是 2DPSK 信号，相对于相对码、2PSK 调制器的输出是 2PSK 信号。图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与 AK、BK 的关系当然也是符合上述规律的，即对于 AK来说是“1 变 0 不变”关系，对于 BK 来说是“异变同不变”关系，由 AK 到 BK 的变换也符合“1 变 0 不变”规律。图 2-4 中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK 也可能具有相反的序列即“00100”，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。2DPSK 通信系统可以克服上述 2PSK 系统的相位模糊现象，故实际通信中采用 2DPSK 而不用 2PSK（多进制下亦如此，采用多进制差分

25、相位调制MDPSK） ，此问题将在数字解调实验中再详细介绍。+2PSK 调制2DPSK(AK)2PSK(BK)TSAKBKBK-1图 2-4 2DPSK 调制器2PSK 信号的时域表达式为 S(t)= m(t)Cosct式中 m(t)为双极性不归零码 BNRZ，当“0”、 “1”等概时 m(t)中无直流分量，S(t)中无载频分量，2DPSK 信号的频谱与 2PSK 相同。2ASK 信号的时域表达式与 2PSK 相同，但 m(t)为单极性不归零码NRZ，NRZ 中有直流分量，故 2ASK 信号中有载频分量。2FSK 信号（相位不连续 2FSK）可看成是 AK 与 AK 调制不同载频信号形成的两个

26、 2ASK 信号相加。时域表达式为ttmttmtScc21cos)(cos)()(式中 m(t)为 NRZ 码。图 2-2 数字调制原理图fc-fs fc fc+fs ffc-fs fc fc+fsff fc1-fs fc1 fc2 fc2+fs2ASK2PSK（2DPSK）2FSK图 2-5 2ASK、2PSK（2DPSK） 、2FSK 信号功率谱设码元宽度为 Ts，fS=1Ts 在数值上等于码速率，2ASK、2PSK（2DPSK） 、2FSK 的功率谱密度如图 2-5 所示。可见，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率谱是数字基带信号 m(t)功率谱的线性搬移，故常称 2ASK、2PSK（

27、2DPSK）为线性调制信号。多进制的MASK、MPSK（MDPSK） 、MFSK 信号的功率谱与二进制信号功率谱类似。本实验系统中 m(t)是一个周期信号，故 m(t)有离散谱，因而2ASK、2PSK（2DPSK） 、2FSK 也具有离散谱。四、实验步骤四、实验步骤1、熟悉数字信源单元及数字调制单元的工作原理。2、连线连线：数字调制单元的 CLKIN、BSIN、NRZIN 分别连至信源单元CLKOUT、BSOUT、NRZOUT。打开电源开关和模块电源开关。3、示波波 CH1 接 AK，CH2 接 BK，信源模块的 KS1、KS2、KS3 置于任意状态（非全 0） ，观察 AK、BK 波形，总结

28、绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。4、示波器 CH1 接 2DPSK-OUT，CH2 分别接 AK 及 BK，观察并总结2DPSK 信号相位变化与绝对码的关系以及 2DPSK 信号相位变化与相对码的关系（此关系即是 2PSK 信号相位变化与信源代码的关系） 。注意：2DPSK 信号的幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。5、示波器 CH1 接 NRZ_IN、CH2 依次接 2FSK-OUT 和 2ASK-OUT；观察这两个信号与 NRZ_IN 的关系（注意“1”码与“0”码对应的 2FSK 信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的） 。6、用频谱议观察 AK、2A

29、SK、2FSK、2DPSK 信号频谱（条件不具备时不进行此项观察） 。应该注明的是：由于示波器的原因，实验中可能看不到很理想的2FSK、2DPSK 波形。 五、实验报告要求五、实验报告要求 1、熟悉本实验所使用的 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 产生方法的总体框架思路，得出自己的结论。2、2ASK 与 2FSK说明 2ASK 与 2FSK 的原理以及产生的主要方法，并根据实验记录进行验证。3、2PSK 与 2DPSK（1）设绝对码为全 1、全 0 或 1001 1010，求相对码。 （2）设相对码为全 1、全 0 或 1001 1010，求绝对码。 （3）设信息代码为 1001 10

30、10，载频分别为码元速率的 1 倍和 1.5 倍，画出 2DPSK 及 2PSK 信号波形。 （4）总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由绝对码至相对码以及一个由相对码至绝对码的变换电路。（5）总结 2DPSK 信号的相位变化与绝对码的关系以及 2DPSK 信号的相位变化与相对码的关系（即 2PSK 的相位变化与信息代码之间的关系） 。实验三实验三 2ASK、2FSK 数字解调实验数字解调实验一、实验目的一、实验目的 1. 掌握 2ASK 过零检测解调原理。2. 掌握 2FSK 过零检测解调原理。二、实验内容二、实验内容 1. 用示波器观察 2ASK 过零检测解调器

31、各点波形。2. 用示波器观察 2FSK 过零检测解调器各点波形。三、基本原理三、基本原理（A）2ASK 解调解调（1）包络检波实际系统中 x（t）迟后于 eo(t)，进行数学抽象时认为系统是物理不可实现的，是否有码间串扰决定于滤波器和信道的频率特性。LPF 用来滤除高频，一般对码间串扰无影响。（2） 相干解调BPF整流LPF抽样判决位同步器x(t)r(t)cp(t)BPFLPF抽样判决位同步器x(t)r(t)cp(t)载波同步coscte0(t)x(t)r(t)cp(t)无码间串扰r（t）与（1）中不同，有正、负值，其它同（1）（3）过零检测 具体波形可以参考 2FSK 过零检测波形。 判决准

32、则：10)BA(21)kTs(f 在本实验中，2ASK 解调采用过零检测的方法。 （B）2FSK 解调解调（1）包络检波条件：。 判决准则：s2c1cf2|ff |10)kTs(b)kTs(a （2）相干解调判决准则同（1）（3）过零检测 abcdefcp(t)数字信号101波形图如上所示。 判决准则：10)BA(21)kTs(fBPF1BPF2整流LPF整流LPF位同步抽样判决fc1fc2a(t)b(t)BPF1BPF2LPFLPF位同步抽样判决a(t)b(t)载波同步cosc1t载波同步cosc2tg限幅微分整流单稳低通抽样判决位同步器abcdefcp(t)g限幅微分整流单稳低通抽样判决位

33、同步器abcdefcp(t)（C）电路原理）电路原理本实验采用过零检测法解调 2FSK 信号。图 3-1、图 3-2 分别为解调器的方框图和电路原理图。图 3-1 2FSK 过零检测解调方框图 2FSK 解调模块上有以下测试点及输入输出点： 2FSK-IN 2FSK 信号输入点/测试点 BS-IN 位同步信号输入点 FD 2FSK 过零检测输出信号测试点 LPF 低通滤波器输出点/测试点 NRZ（B） 位同步提取输出测试点 NRZOUT 解调输出信号的输出点/测试点 2FSK 解调器方框图中各单元与电路图中元器件对应关系如下： 整形 1 UF1:A：反相器 74HC04 单稳 1、单稳 2 U

34、F2：单稳态触发器 74LS123 相加器 UF3：或门 74LS32 低通滤波器 UF4：运算放大器 LM318；若干电阻、电容 整形 2 UF1:B：反相器 74HC04 抽样器 UF5:A：双 D 触发器 74HC74 在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。 2FSK 解调器工作原理及有关问题说明如下： 图 3-3 为 2FSK 过零检测解调器各点波形示意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，

35、“0”码载频等于码速率。图 3-3 2FSK 过零检测解调器各点波形示意图 整形 1 和整形 2 的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V 上。74HC04 的状态转换电平约为 2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形 1 将正弦 2FSK 信号变为 TTL 电平的 2FSK 信号。整形 2 和抽样电路共同构成一个判决电平为 2.5V 的抽样判决器。 单稳 1、单稳 2 分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一图 3-2 2FSK 数字解调电路图起共同对 TTL 电平的 2FSK 信号进行微分、整流处理。LPF 不是 TTL 电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样

36、判决处理。UF1 对抽样判决输出信号进行整形。必须说明一点，2FSK 解调的信号码不能为全 0 或全 1，否则抽样判决器不能正常工作。 四、实验步骤四、实验步骤本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK 解调模块及 2FSK 解调模块，它们之间的信号连结方式如图 3-4 所示。实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元，本实验中这个信号直接来自数字信源。数字信源数字调制CLK_OUTBS_OUTNRZ_OUTCLK_INBS_INNRZ_IN2FSK_OUT2FSK_IN2FSK解调BS_IN图 3-4 数字解调实验连接图1、按图 5-4 将五个模块的信号输出、输

37、入点连在一起。打开交流电源开关和各使用模块的电源开关。2、检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否已在工作正常。3、2FSK 解调实验示波器探头 CH1 接数字调制单元中的 AK，CH2 分别 2FSK 解调单元中的FD、LPF、NRZ（B）及 NRZ-OUT，观察 2FSK 过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形 2 都有倒相作用） 。LPF 的波形应接近图 3-3 所示的理论波形。4、2ASK 解调实验实验方式与 2FSK 一样五、实验报告要求五、实验报告要求1、说明 2ASK 以及 2FSK 的解调原理，并详细阐述过零检测法的原理，再结合原理说明本实验所采用的过零检测法的特点

38、。1、设信息代码为 1001101，2FSK 的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的规律，画出 2FSK 过零检测解调器输入的 2FSK 波形及FD、LPF、AK 波形（设低通滤波器及整形 2 都无倒相作用） 。2、画出实验中的信源信号，2ASK 以及 2FSK 调制信号以及最终的解调信号，并进行说明。实验四实验四PCM 编译码及编译码及 TDM 时分复用实验时分复用实验一、实验目的一、实验目的 1. 掌握 PCM 编译码原理。 2. 掌握 PCM 基带信号的形成过程及分接过程。 3. 掌握语音信号 PCM 编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。二、实验内容二、实验内

39、容 1. 用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察 PCM 基群信号。 2. 改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。3. 改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。三、基本原理三、基本原理（A）非线性）非线性 PCM 原理原理 一、A 律 PCM 原理1、A 律 13 折线压缩特性实际电路中，抽样，量化，编码是一次完成的。以 A 律 13 折线压缩特性为例说明 PCM 原理正信号：8 段，7 个斜率负信号：8 段，7 个斜率 整个信号范围内共 16 段，13 个斜率的折线 每一段再等分为 16 份m (t) PAM PCM 信号 信号 （线性或非线性）

40、抽样 量化 编码128164132116181412111y x 最小量化间隔 =1/1281/16=1/211，等效于 12 位均匀量化x 最大量化间隔 =1/25，等效于 6 位均匀量化 压缩特性表 段落 1 2 3 4 5 6 7 8量化间隔（） 1 1 2 4 8 16 32 64起始电平（） 0 16 32 64128 256 5121024 斜率 16 16 8 4 2 1 1/2 1/4 Q (dB) 24 24 18 12 6 0 -6 -122、 A 律 PCM 编码 例：抽样值 xk =1270 ()，求 PCM 码 x k 0 C1 = 1 x k 128 C2 = 1

41、手工编码时合为一步 x k 512 C3 = 1 x k 1024 x k 1024 C4 = 1 C2C3C4=111 x k 1024 + 864 = 1536 C5 = 0 x k 1024 + 264 =1152 C7 = 1 x k 1024 + 264 + 64 = 1216 C8 = 1 编码结果 11110011 eq =54= 32)64(21量化误差大，不是最佳量化，但电路易于实现，此为逐次比较编码法PCM 码为折叠码，相等的两个抽样值编码结果仅 c1不同。kx 3、A 律 PCM 译码8/13 变换：收 8 位对数 PCM 变为 13 位线性 PCM， 可将量化减少为最小

42、值。 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8极性码 段落码 段内码 1 正 0 0 0 0 0 0 0 0 负 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 8 4 2 1 权值 x Q (x) = x i x i x x i+1 Q()模拟信号对数 PCM 码8/13 变换D/A 孔径补偿 LPF V k x i x i y i= y i + v i /2 y i y e qiv i / 2 编码 译码 例：xk =1270 () A 律 PCM 11110011 （yi）=1216 （）12 位线性 PCM 1 1 0 0 1 1 0 0 0

43、0 0 0 权 值 1024 128 64 权值电流 1024 128 64 译码结果 1216() 量化误差 5413 位线性 PCM 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 权 值 2048 256 128 64 权值电流 1024 128 64 32 译码结果 1248（） 量化误差 22（）)64(21 A 律 PCM 与线性 PCM 变换关系 线性 PCMb12b11b10 b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 A 律对数 PCMC1C2C3C4C5 C6 C7 C800 00 00 0w xy z10 00 w x yz00 00 00 1w xy

44、 z10 01 w x yz00 00 01 w x yz 10 10 w x yz00 00 1w xy z10 11 w x yz00 01 w x yz 11 00 w x yz00 1w xy z11 01 w x yz01 w X yz 11 10 w x yz1w yz 11 11 w x yz 为任意值 二、PCM 系统抗噪性能 eq(t),nq(t)为量化噪声，Ne(t),ne(t)为误差噪声 Ne(t)为矩形脉冲 mq(t)、Ne(t)的宽度都为 TS（抽样间隔） 它的频率范围为 0 fS（抽样频率） mq(t) m0(t)m(t) pe eq(t) nq(t) Ne(t)

45、ne(t)编码器编码信道 译码孔径补偿 LPFeq(t)mq(t) pi (f) p0 (f) HL(f) 孔径补偿 LPF pi (f) 1 0 fS f HL (f) 1 0 fH f 可认为：HfdffpN000)( Sfidffp0)( iN 即孔径补偿输出噪声功率等于输入 噪声功率 N0 =Ni =Nq+Ne 设 m(t)为均匀分布，动态范围为（-a,a） ，N 位线性 PCM 则 S0 = = Nq=231a2)2(31VM22)(12VM2)(121V 求 Ne： 设 pe较小，N 位中只可能出现一位错误，某码组的错误概率为 Npe。 一个 PCM 码组中第 i 位错误产生的错误

46、电压为 2i 1(V) 错一个码组时，产生的误码噪声平均功率为 =NiiVN121)2(122)(312VNN22)(3VNL 33)(2222VpLNVLNpNeee eepLMVpLVVMNS22222220041)(3)(121)(12 最大信噪比（L=M） S0/N0=epLL2241NeNp222412 S0/Nq=6N dB S0/Ne=ep41 实践表明，非线性 PCM 中，当 pe10 6时可忽略误码对输出信噪比的影响。（B）电路原理）电路原理 1. 点到点 PCM 多路电话通信原理 脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(M)技术已经在数字通信系统中得到 p0 (f) 1 0

47、fH f广泛应用。当信道噪声比较小时一般用 PCM，否则一般用 M。目前速率在155MB 以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在 A 解和 律两种 PCM 编译码标准系列，在 155MB 以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而 M 在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。 点到点 PCM 多路电话通信原理可用图 20-1 表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。低通滤波器PCM 编码器复接器低通滤波器PCM 编

48、码器分接器混合电路广义信道图 20-1 点到点 PCM 多路电话通信原理框图 本实验模块可以传输两路话音信号。采用 TP3057 编译器，它包括了图 20-1 中的收、发低通滤波器及 PCM 编译码器。编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的 PCM 信号直接送给分接器。 2. PCM 编译码模块原理本模块的原理方框图及电路图如图 20-2 及图 20-3 所示。4096KHz晶 振分频器 1分频器 2帧同步信号产生器正弦信号源 AS1 S2 S3 S4PCM 编译码器 A复接

49、器抽样信号产生信号PCM 编译码器 BPCMPCM-ASRBSRAPCM-B256KHzS3S2S18KHz2048KHz CLKSLA(SL2)SLBSTA-INK5SLASLBSL7SL5SL2、2SL1、2SL0、2K8、2正弦信号源 BSTB-INSTBK6STA-SSTASTB-S图 20-2 PCM 编译码原理方框图 该模块上有以下测试点和输入点： BS-TX，BS-RXPCM 基群时钟信号(位同步信号)测试点（发、收） FS-TA，FS-RA信号 A 的抽样信号及时隙同步信号测试点（发、收） FS-TB，FS-RA信号 B 的抽样信号及时隙同步信号测试点（发、收） RB-OUT信

50、号 B 译码输出信号测试点 SA-IN输入到编码器 A 的信号测试点 RA-OUT信号 A 译码输出信号测试点 SB-IN输入到编码器 B 的信号测试点 PCM-OUT，PCM-INPCM 基群信号测试点 本模块上有 SPCM1 用来选择 SLB 信号为时隙同步信号 SL1、SL3 中的任一个。图 20-2 各单元与图 20-3 中的元器件之间的对应关系如下： 晶 振 非门 74LS04；4096KHZ晶体 分频器 1 触发器 74LS74；计数器 74LS193 分频器 2 计数器 74LS193；：触发器 74LS74 抽样信号产生器 单稳 74LS123；移位寄存器 74LS164 PC

51、M 编译码器 APCM 编译码集成电路 TP3057 PCM 编译码器 BPCM 编译码集成电路 TP3057 帧同步信号产生器8 位数据产生器 74HC151 与门 7408 复接器 或门 74LS32 晶振、分频器 1、分频器 2 及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个 PCM 编译码器提供 2.048MHZ 的时钟信号和 8KHZ 的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。 由于时钟频率为 2.048MHZ，抽样

52、信号频率为 8KHZ，故 PCM-A 及 PCM-B的码速率都是 2.048MB，一帧中有 32 个时隙，其中 1 个时隙为 PCM 编码数据，另外 31 个时隙都是空时隙。 PCM 信号码速率也是 2.048MB，一帧中的 32 个时隙中有 29 个是空时隙，第 0 时隙为帧同步码(1110010)时隙，第 2 时隙为信号 A 的时隙，第 1(或第5、或第 7 由开关 K8 控制)时隙为信号 B 的时隙。 本实验产生的 PCM 信号类似于 PCM 基群信号，但第 16 个时隙没有信令信号，第 0 时隙中的信号与 PCM 基群的第 0 时隙的信号也不完全相同。由于两个 PCM 编译码器用同一个

53、时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A 和 PCM-B 进行线或。本模块中用或门 74LS32 对 PCM-A、PCM-B 及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对 PCM 进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。 3. TP3057 简介本模块的核心器件是 A 律 PCM 编译码集成电路 TP3057，它是 CMOS 工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚及内部框图如图 21-4、图 21-5 所示。引脚功能如下：图 20-3 PCM 编译码模块电原理图 (1)

54、V一接-5V 电源。(2) GND接地。(3) VFRO接收部分滤波器模拟信号输出端。(4) V+接+5V 电源。(5) FSR接收部分帧同信号输入端，此信号为 8KHZ脉冲序列。(6) DR接收部分 PCM 码流输入端。(7) BCLK/CLKSEL接收部分位时钟(同步)信号输入端，此信号将 PCM码流在 FSR 上升沿后逐位移入 DR 端。位时钟可以为 64KHZ 到 2.048MHZ 的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择 1.536MHZ、1.544MHZ 或2.048MHZ 用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。(8) MCLKR/PDN接

55、收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHZ、1.544MHZ 或 2.048MHZ。可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。(9) MCLKX发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHZ、1.544MHZ 或 2.048MHZ。可以和MCLKR 异步，但是同步工作时可达到最佳状态。(10) BCLKX发送部分位时钟输入端，此信号将 PCM 码流在 FSX信号上升沿后逐位移出 DX端，频率可以为 64KHZ到 2.04MHZ 的任意频率，但必须与 MCLKX同步。

56、(11) DX发送部分 PCM 码流三态门输出端。(12) FSX发送部分帧同步信号输入端，此信号为 8KHZ 脉冲 V_ VFXi+ GND VFXi_ VFRO GSX V+ TSX FSR FSX DR DXBCLKR/CLKSEL BCLKR MCLKR/PDN MCLKR1 162 153 144 135 126 117 108 9图 20-4 TP3057 引脚图序列。(13) TSX漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。(14) GSX发送部分增益调整信号输入端。 GSx 14 VFxi_ 15 比较器 VFxi+ 16 GND 发数字信号 收数字信号 抗混淆滤波器低通滤波器高通

57、滤波器D/A 阶梯波形成器符号比特提取逐次逼近寄存器并/串变换发参考电压发时钟 参考信号源收时钟收参考电压D/A寄存器串/并变换D/A 阶梯波形成器低通滤波器平滑滤波器VFRO3MCLKxDxBCLKxFSxTSxMCLKR/PDNFSRBCLKR/CLKSELDRV+V_1448579131012112图 20-5 TP3057 内部方框图 (15) VFXi-发送部分放大器反向输入端。(16) VFXi发送部分放大器正向输入端。 TP3057 由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。 发送部分： 包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D 转换器。抗混淆滤波器对采

58、样频率提供 30dB 以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。低通滤波器是 5 阶的、时钟频率为 128MHZ。高通滤波器是 3 阶的、时钟频率为 32KHZ。高通滤波器的输出信号送给阶梯波产生器(采样频率为 8KHZ)。阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（SAR） 、比较器以及符号比特提取单元等 4 个部分共同组成一个压缩式 A/D 转换器。SAR 输出的并行码经并/串转换后成 PCM 信号。参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为 5VP-P。 发帧同步信号 FSX为采样信号。每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在 8 比特位同步信号 BCLKX的作用下，将采样值进行 8

59、位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端 DX输出。在 8 比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。 接收部分： 包括扩张 D/A 转换器和低通滤波器。低通滤波器符合 AT&T D3/D4 标准和CCITT 建议。D/A 转换器由串/并变换、D/A 寄存器组成、D/A 阶梯波形成等部分构成。在收帧同步脉冲 FSR 上升沿及其之后的 8 个位同步脉冲 BCLKR 作用下，8 比特 PCM 数据进入接收数据寄存器(即 D/A 寄存器)，D/A 阶梯波单元对8 比特 PCM 数据进行 D/A 变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。此信号被送到时钟频率为 128KHZ 的开关电容低

60、通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真(sinx)/x 进行补尝。 在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明 PCM 编译码器的性能。 动态范围的定义是译码器输出信噪比大于 25dB 时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM 编译码器的动态范围应大于图 21-6 所示的 CCITT 建议框架（样板值） 。当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。TP3057 编译码系统不过载输入信号的最大幅度为 5VP-P。 -10 0 -20 -30 -40 -5034253128 S/N(db)输入电平（dbmo）图 20-6 P