通信原理实验2016NI

1、通信原理实验NI EmonaDATEx实验台简介DATEx说明：1、 本系统中每一方块图都代表着一基本电子电路功能，如振荡器、滤波器、加法器、乘法器等。2、 模块上的控制旋钮是没有刻度的，必须依据实际的测量变量来确认理论的计算值。3、 每一模块的前面板功能规划相同：面板左边为输入，右边为输出；所有输入和输出都以形状来表示信号形态，圆圈代表模拟信号，方块代表数字信号。基本固定模块详细介绍1、 主振荡器（Master Signals）1) 100kHz载波振荡器（Carrier oscillator），正交正弦波输出和数字输出；2) 8kHz正弦信息信号（数字信号）；3) 2kHz正弦信息信号（数

2、字、模拟信号）。2、 音频放大器和3kHz低通滤波器（Headphone Amplifier）1) 音频放大器，具耳机信号输出孔。2) 3kHz五阶椭圆形低通滤波器。3、 放大器（Amplifier）可调增益的放大器，放大倍数为0.2-10倍，反相放大。4、 可变DC（Variable DC）+，提供可变正输出电压输出；-，提供可变正输出电压输出。5、 示波器选择器（Scope Selector）切换选择欲显示的信号，于示波器上显示。6、 加法器（ADDER）两路模拟输入信号A(t)和B(t)可以相加在一起，其中G和g部分为可调增益，结果总和显示在输出端，为GA+gB。增益可调（02），反相放

3、大，带宽600kHz7、 音频振荡器（Audio oscillator）音频振荡器是一低失真，具有500Hz到10kHz频率可调范围的正弦波源。提供三组输出：两组正交正弦波和一组TTL准位信号。8、 公用模块（UTILITIES）,包含4个独立的功能模块(1) 信号比较器(可用REF提供判决门限)(2) 整流器(3) 二极管和RC低通滤波(4) RC低通滤波9、 乘法器（Multiplier）两组模拟输入信号X(t)和Y(t)可相乘在一起。10、 移相器（Phase Shifter）移相器介入于一组输入和输出之间做相位移，此相位移可以由旋钮调节。11、 序列产生器（Sequence gener

4、ator）使用外接时钟信号，序列产生器输出两组独立的伪随机序列X和Y，有模拟与TTL准位两种信号模式。同步信号输出（SYNC output）与序列信号的开始是一致的，并可供重置信号输入。12、 可调低通滤波器（Tuneable LPF）低通滤波器的截至频率可由前面板旋钮改变。滤波器的截止频率由前面板的按钮调整(200Hz to 12kHz)。增益（GAIN）也是可由前面板的旋钮调整（01.6倍）。13、 双脉冲产生器（Twin Pulse Generator）TWIN模式输出两组序列脉波（Sequential pulses）Q1和Q2，脉波宽度和与脉波之间的延迟，都可由使用者自己调整。14、

5、线性编码器（Line-code encoder）可产生不归零绝对码NRZ-L，不归零相对码NRZ-M，单极性归零码RZ，双极性归零码RZ，AMI码和Machester码。15、 线性译码器（Line-code decoder）可将产生的不归零绝对码NRZ-L，不归零相对码NRZ-M，单极性归零码RZ，双极性归零码RZ，AMI码和Machester码等码型译为原始的二进制信息。16、 M进制编码器（M-Level encoder）提供六种编码格式：4-QAM，8-QAM，16-QAM，4-PSK，8-PSK和16-PSK。17、 M进制译码器（M-Level decoder）提供七种译码格式：B

6、PSK，4-QAM，8-QAM，16-QAM，4-PSK，8-PSK和16-PSK。18、 定标模块（Decision-maker module）1) 进入到任何眼图的相交处，做硬判决（hard decision）的效能观察及测量；2) 连续可变的决定点，可调整位宽的交叉；3) 最多可同步转换两组噪声线码（数字）信号，转成清晰线码（数字）信号，同时并输出一组同相的（in-phase）位时脉（bit clock）。可调整定标以一亮点显示在眼图上。供所有的TIMS线编码实验做图标。19、 噪声产生器（Noise Generator）（1）提供3个等级的白噪声（0dB/-6dB/-20dB）（2）最

7、大噪声幅值为：4.8V20、 双模拟开关（Dual Analog Switch）两组单极性模拟开关，由具TTL准位信号做数字控制，两组开关的输出是在内部相加并显示在模块输出端。NI ELVISmx 测试软件说明：1、 DMMDigital Multimeter，数字万用表2、 ScopeOscilloscope，示波器3、 FGENFunction Generator，信号发生器4、 VPSVariable Power Supplies，可变电压源5、 DSADynamic Signal Analyzer，动态信号分析（可分析频谱）实验一DSB调制与解调（Double Side Band mo

8、dulation and demodulation）一、 实验目的1、 了解DSB调制和解调的基本工作原理。2、 了解噪声对信号传输的影响。二、 模块可编程信号源（FGEN）、主振荡器、加法器乘法器、低通滤波器、噪声源。三、 实验内容1、 画出DSB调制的原理图；2、 根据原理图将模块之间正确连线，并画出连线图；3、 调制信号的频率为2kHz，载波频率可根据需求自行设置（正弦和余弦均可，可以使用主振荡器的载波信号）；4、 观察调制后已调信号的波形并记录，观察相位反转点；5、 观察已调信号的频谱频谱（用DSA模块，注意选择通道和调整截至频率）；6、 对已调DSB信号采用相干解调，画出解调框图，将

9、模块之间正确连线；7、 观察解调波形和频谱并记录（需分别观测通过乘法器以及低通滤波器后的信号的波形）；8、 将噪声加入信道，观察解调后的波形与原输入信号之间的关系并记录，与系统未加入噪声时的信号进行比较。四、 思考1、 DSB解调能否使用包络检波？2、 噪声对信号的传输有无影响？实验二幅度调制与解调（Amplitude modulationand demodulation）一、 实验目的1、 了解振幅调制器的基本工作原理。2、 了解调幅波调制系数的意义和求法。二、 模块可编程信号源（FGEN）、可变直流电压（VPS）、主振荡器、加法器、乘法器、低通滤波器、噪声模块。三、 实验内容1、 画出AM

10、调制的原理图；2、 根据原理图将模块之间正确连线，并画出连线图；3、 调制信号的频率为2kHz，载波频率可根据需求自行设置（正弦和余弦均可，可以使用主振荡器的载波信号）；4、 打开VPS模块，调整直流电压的输出（负电压）；5、 调整加法器的增益G和g，分别调整AC振幅和DC值，在不同情况下（正常调制、100调制、过调制），用示波器观察乘法器的输出，并记录调制的波形，记录读出振幅的最大值和最小值，算出调制系数；表一：不同调制系数时的AM调制调制系数DC(V)AC(峰值)表达式波形0.511.56、 观察不同调制度时已调信号的频谱（用DSA模块，注意选择通道和调整截至频率）；7、 对AM调幅波采用

11、相干解调，画出解调框图，将模块之间正确连线，观察表一中不同调制指数时的解调波形，并记录解调后的波形及频谱，分析解调波形与原输入信号之间的关系，验证幅度调制不失真的条件；8、 将噪声加入信道，观察解调后的波形与原输入信号之间的关系并记录，与系统未加入噪声时的信号进行比较。四、 思考1、 振幅调制调制系数的作用；振幅调制有哪些优点和缺点。2、 AM调制的解调方式有哪几种？DSB调制能否使用包络检波？实验三取样与重建(Sampling and reconstruction)一、 实验目的了解采样定理的原理，采样后的信号如何恢复以及取样时钟应该如何选取。二、 模块主振荡器、乘法器、可调低通滤波器、信号

12、发生器（FGEN）三、 实验步骤1、 画出采样定理的原理图，写出数学表达式。2、 画出模块连线图。3、 将主振荡器中的2KHz模拟信号作为取样信号。4、 信号发生器（FGEN）中的波形选择为方波，调整方波占空比、频率、幅度和基准电压，以获得合适的脉冲信号。5、 根据采样定理的原理图，进行连线。6、 用示波器观察采样后的输出信号并记录。7、 将采样后的输出信号接到可调低通滤波器的输入端，再用示波器进行观察并记录。8、 观察采样频率为8kHz时采样信号的频谱（用DSA模块，注意选择通道和调整截止频率）。9、 调整脉冲信号的频率，观察正常抽样、临界抽样和不满足抽样定理时信号的恢复情况，并记录波形。四

13、、 思考：1、 为什么要从取样信号中恢复原信号，需要低通滤波器画出取样后的信号频谱。2、 为什么取样脉冲的频率要大于两倍信号频率，而不是等于。实验四PCM编译码(PCM coding & decoding)一、 实验目的了解PCM编码的原理。二、 模块主振荡器、序列产生器、PCM编码器、PCM译码器、低通滤波器三、 实验步骤1、 将主振荡器100KHz数字信号输入到PCM编码模块的CLK端，将FGEN的FUNC OUT输入到PCM编码模块的IN端，FGEN按照如下的参数设置：Waveshape:SineFrequency:500Hz(也可以设置为其他频率)Amplitude:4VppD

14、C offset:0V2、 观察原信号与编码后的信号的波形并记录。3、 将编码后的信号输入到PCM译码模块，PCM译码模块的CLK与PCM编码模块的CLK相同，将PCM编码模块的FS与PCM译码模块的FS相连。4、 将此信号通过缓冲放大器，作为模拟信道，用示波器观察通过放大器后的波形，并记录。5、 将译码后的信号通过可调低通滤波器，观察输出波形并与输入波形相比较并记录。6、 若将输入信号变为直流信号（正负2V之间），观察编码后的波形和译码后的波形；改变输入直流信号的正负极性，试观察编码后波形的区别。四、 思考：1、 PCM编码的原理是什么？2、 目前在通信系统中，PCM的使用状况如何？实验五线

15、性编码与译码(Line coding & decoding)一、 实验目的了解信道编码和解码的种类和格式，它们的优缺点和信道编码和解码器的作用，并用示波器进行各种情况下的波形分析。二、 模块序列产生器、线性编码器、噪声模块三、实验步骤1、根据编码的原理画出模块连线图。2、用序列码产生器产生一个数字信号，再加入线性编码器进行编码，分别产生不归零绝对码（NRZ-L），曼彻斯特码（Bi-），单极性归零码（UNT-RZ），AMI码（RZ-AMI），画出产生的数字信号和经过线性编码以后的各种码型的波形，和理论的分析结果相比较。3、将此信号通过缓冲放大器，作为模拟信道，其带宽可以调整，用示波器观察

16、通过放大器后的波形，并分别记录。4、将编码后的信号叠加噪声后通过缓冲放大器，作为模拟信道，其带宽可以调整，用示波器观察通过放大器后的波形。四 、思考：1、 线性编解码的目的是什么？2、目前在通信系统中，哪些信道编码在被使用。实验五 眼图(Eye patterns)一、 试验目的了解眼图产生的原因及其作用。二、 模块序列产生器、可调低通滤波器。三、 实验步骤1、眼图的原理图如图一所示。图一 眼图原理2、根据原理图画出模块连线图。3、从示波器上可以观察出实验结果，并画出图形。4、将信道中加入噪声，通过调整噪声的大小，观察眼图的形状（即从清晰到不清晰到模糊的过程），并画出图形。四、 思考观察眼图，可

17、以得到哪些信息？增大数据速率，直到从眼图的观察中你能估计出误差已发生。或者，使用一个固定速率的数据，改变滤波器带宽。估计可能的最大数据速率。你能将这个速率和滤波器带宽联系起来吗？实验六幅度键控的调制与解调（ASK modulation and demodulation）一、 实验目的了解幅度键控调制与解调的基本组成和原理。二、 模块主振荡器、乘法器、双模拟开关、序列产生器、可调低通滤波器、比较器（相当于抽样判决）、噪声模块、可调直流电压三、 实验步骤1、 画出2ASK调制的原理图；2、 根据原理图将模块之间正确连线，并画出连线图；3、 将主振荡器模块2KHz正弦信号加至序列码产生器的CLK输入

18、端并将其输出的X作为数字信号序列，加至乘法器（或者用双模拟开关实现）的输入端；4、 用FGEN模块产生频率为8kHz的载波（峰峰值约为2V）加至乘法器的输入端；5、 用示波器观察乘法器的输出信号（ASK信号）并记录，分析载波频率和输入码元宽度之间的关系并记录；6、 观察已调信号的频谱（用DSA模块）；7、 画出采用相干解调的框图并进行连线；8、 对2ASK信号进行解调，比较解调结果与输入信号并记录；9、 若信道中加入噪声，通过改变噪声的大小，试分析和观察并记录解调后的信号。四、 思考：1、 幅度键控在通信系统中的优缺点（与FSK、PSK比较）。2、 幅度键控的解调方式，举出两种以上，说明原理。

19、实验七 相移键控的调制与解调(BPSK-modulation and demodulation)一、 实验目的了解二进制相移键控调制与解调的基本组成和原理。二、 模块主振荡器、乘法器、双模拟开关、序列产生器、可调低通滤波器、比较器（相当于抽样判决）、噪声模块三、 实验内容1、 画出2PSK调制的原理图；2、 根据原理图将模块之间正确连线，并画出连线图；3、 将主振荡器模块2KHz正弦信号加至序列码产生器的CLK输入端并将其输出的Line Code（编码类型调整为00）作为数字信号序列，加至乘法器的输入端；4、 用FGEN模块产生频率为4kHz的载波（峰峰值约为2V）加至乘法器的输入端；5、 用示波器观察乘法器的输出信号（PSK信号）并记录，分析载波频率和输入码元宽度之间的关系并记录；6、 观察已调信号的频谱（用DSA模块）；7、 画出采用相干解调的框图并进行连线；8、 对2PSK信号进行解调，比较解调结果与输入信号并记录（判决门限选择为零）；9、 若信道中加入噪声，通过改变噪声的大小，试分析和观察并记录解调后的信号。四、 思考：1、 PSK和DPSK的区别