《通信系统基础实验》实验指导书1精.docx
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《通信系统基础实验》实验指导书1精
《通信系统基础实验》
实验指导书
通信系统基础实验
计算机与通信学院
2011年3月
课程说明
一、先修课程:
《模拟电路》、《数字电路》、《高频电子线路》、《通信原理》等
二、课程的性质和任务:
本课程是与《通信原理》等课程配套的一门实验课程,通过本课程的学习,使学生进一步加深对通信原理基本概念的理解和基本理论的掌握,培养学生通信系统原理实验的基本技能,提高学生的专业综合素质和工程实践的能力,为深入学习通信后续各门课程打下良好基础。
兰州理工大学
2011年春季学期
《通信系统基础实验》课程
实验报告资料袋
姓名:
胡家琪学号:
08250405专业班级:
通信工程(08级(4班
指导教师:
陈昊成绩:
内装资料:
目录
实验一通信原理多种信号的产生和通信话路终端语音信号传输实验(1
实验二脉冲幅度调制(PAM及系统实验(5
实验三脉冲编码调制(PCM及系统实验(8
实验四FSK调制解调实验(11
实验五通信系统综合实验(15
第一部分增量调制编译码系统实验(编码部分(16
第二部分增量调制编译码系统实验(译码部分(19
第三部分二相BPSK(DPSK调制解调实验(调制部分(21
第四部分二相BPSK(DPSK调制解调实验(解调部分(25
实验六数字同步技术(29
实验七基本锁相环、锁相式数字频率合成器系统实验(35
兰州理工大学学生实验报告
课程名称:
通信系统基础实验
实验名称:
专业:
通信工程
学生姓名:
学生学号:
指导教师:
陈昊
实验一通信原理多种信号的产生和通信话路终端语音信号传输实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.多种数字信号产生及形成实验
2.帧同步信号识别、提取与分析实验
3.伪随机码观察测量分析实验
4.正弦波信号产生实验
一.实验目的
1.了解多种时钟信号的产生方法。
2.掌握用数字电路产生伪随机序列码的实现方法。
3.了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程。
4.了解通信话路终端语音信号的传输过程
5.掌握滤波器电路在通信话路终端接收电路中的作用
二.多种信号产生电路工作原理
时钟信号乃是其它各级电路的重要组成部分,在通信电路及其它电路中,若没有时钟信号,则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。
(一电路组成
信号发生器电路是供给实验箱各实验系统的各种时钟信号和其他有用信号与测试信号,由以下电路组成:
1.内时钟信号源。
2.多级分频及脉冲编码调制PCM系统收发帧同步信号产生电路。
3.伪随机序列码产生电路。
4.简易正弦信号发生器电路。
图理原电路电器生发号信2
-1图
三.通信话路终端语音信号传输实验电路工作原理
在本实验中,话路终端语音传输电路方框图如图1-3可知:
1.PAM脉冲幅度调制电路
2.PCM脉冲编码调制电路
3.增量调制编译码电路
三部分都共用一个发送通道和接收通道,其中PAM、PCM、△M三部分电路在后面实验中分别介绍。
四.实验报告要求
1.绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。
并列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据,对所测数据做简要分析说明、解释通信话路终端语音信号的传输过程。
2.绘出通信话路终端接收滤波器的带宽与幅频特性曲线。
3.若实验内容做不出来,请将其原因、现象、处理的过程在实验报告中加以说明。
有何实验体会?
五.讨论思考题
1、实验电路中内时钟信号源产生是由两级非门、晶振、电阻电容元件组成反馈式振荡器。
能否用其它形式的电路产生时钟信号,举例说明。
2、时钟信号的分频电路能否用其它方法产生,要求电路尽量简要、清楚。
有哪些方法?
画出原理图。
3、理解并分析正弦波信号发生器电路后,试再用其它方法产生正弦波信号。
举例说明,并画出电路图
实验二脉冲幅度调制(PAM及系统实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.抽样定理实验
一.
二.
调制电路见图2-2,图中的BG601这是一种单管调制器,采用场效应管3DJ6F,利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性,能很好的满足调制要求。
取样脉冲由该管的S极加入,D极输入音频信号,由于场效应管良好的开关特性,在TP602处可以测到脉冲幅度调制信号,该信号为双极性脉冲幅度信号,不含直流分量。
3DJ6的G极为输出负载端,接有取样保持电路,由R601、C601以及R602等组成,由开关K601来控制,在做调制实验时,K601的2端与3端相连,能观察其取样定理的波形。
在做系统实验时,将K601的1端与2端相连,即与解调滤波电路连通。
3.脉冲发生电路
主要由555振荡器及其它元件组成,这是一个单谐振荡器电路,能产生极性、脉宽、频率可调的方波信号,可通过改变CA601的电容来实现输出脉冲振荡频率的变化,以便用来验证取样定理。
可在TP606处观测到脉冲振荡频率变化情况和输出的脉冲波形。
4.解调与滤波电路
解调滤波电路由集成运放电路TL084组成一个二阶有源低通滤波器,其截止频率设计在3.4KHz左右,因为该滤波器有着解调的作用,因此它的质量直接影响着系统的工作状态。
该电路还用在接收通道电路中,即PCM译码、增量调制译码电路中,可在TP605处观测滤波器解调后的信号波形。
T
U
O
三.实验内容
1.抽样定理实验
2.脉冲幅度调制(PAM及系统实验
四.实验步骤及注意事项
1.在S201处,送2KHz正弦波信号。
将K601的1端和2端相连,用示波器观测TP601~TP606各点波形。
2.将输入信号频率固定在2KHz,然后改变CA601的电容,即改变抽样频率fsample,使fsample>2f、fsample=2f、fsample<2f,用双踪示波器同步观察TP601处与TP605处的信号波形比较,以判断和验证取样定理在系统中的正确性,同时做详细记录和绘图,记下在系统通信状态下的奈奎斯特速率。
并分析比较。
五.测量点说明
1.TP601:
在S201输入端输入一个2000Hz的小幅度正弦波信号,若幅度过大,则被限幅电路限幅成方
波了,因此信号波形幅度尽量小一些。
2.TP602:
抽样脉冲波形输出,其抽样脉冲波形由抽样电路(测量点TP606决定,在抽样电路里,在CA601
中插上电容,可改变抽样频率。
3.TP603:
抽样脉冲波形保持输出。
4.TP604:
收端PAM信号,由发端PAM调制信号送入,由开关K601的1脚与2脚相接。
5.TP605:
收端PAM解调信号输出,由通信话路终端接收滤波器输出,输出幅度的大小可由通信话路终
端接收滤波器电路中的电位器W003进行调节。
6.TP606:
抽样信号输出,其抽样频率由CA601上的电容决定。
六.实验报告要求
1.绘出下表中所列的各观测点的波形、频率等有关数据,并对所测数据做简要分析说明。
2.从频域的角度分析说明实验电路中调制与解调的过程。
实验三脉冲编码调制(PCM及系统实验
验证性实验实验2学时
实验内容
1.脉冲编码调制(PCM及系统实验
2.PCM编码时分多路复用时序分析实验
—.实验目的
1.加深对PCM编码过程的理解。
2.熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法。
3.了解PCM系统的工作过程。
二.实验电路工作原理
(一PCM基本工作原理
脉冲编码调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化、编码的过程。
脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。
PCM的原理如图3-1所示。
话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号,然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码,转换成二进制码。
对于电话,ITU规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
为解决均匀量化时小信号量化误
三.
1.用同步信号源TP106的输出波形观察A律PCM八比特编码的实验
2.脉冲编码调制(PCM及系统实验
3.PCM编码时分多路复用时序分析实验
具体内容方法如下:
a.在不加信号的情况下,用二踪示波器测量TP501-TP508各点处的波形,仔细观察。
b.从实验一中的信号发生器TP106输入一单音频正弦信号至S201,单音频正弦信号的幅度大小可由W102、W001进行调节,再测量TP501-TP508各点波形,仔细测量TP505的输出PCM数字信号,观察PCM输出的8比特码并作详细记录,画出各点波形并分析其相位关系。
c.外加信号输入一正弦信号至S201中,重复上述“2”的过程及步骤进行实验。
d.用音频夹子线连接,将外加广播信号源接入S201信号插座中,用二踪示波器观察输入、输出波形。
喇叭接在K001的1、2脚,仔细鉴别话音传输质量与效果。
四.测量点说明
1.TP501:
在S201输入端输入一个300~3400Hz的正弦波信号,若幅度过大,则被限幅电路限幅成方波
了,因此信号波形幅度尽量小一些,方法是改变外部信号源的幅度大小。
2.TP502:
波形同TP501,但幅度可能被放大,也可能被减小,幅度可由通信话路终端发送滤波器电路中
的电位器W001进行调节。
3.TP503:
频率为2.048MHz的主时钟信号。
TP503=TP101。
4.TP504:
频率为8KHz的分帧同步信号,TP504=TP104。
5.TP505:
PCM编码输出数字信号,数据的速率是64KHz,为8比特编码,其中第一位为语音信号编码后
的符号位,后七位为语音信号编码后的电平值。
6.TP506:
PCM译码输入数字信号,波形同TP505,由开关K501的1与2相连。
7.TP507:
PCM译码输出模拟信号,波形同TP501。
8.TP508:
PCM译码输出模拟信号,波形同TP507,但幅度可能被放大,也可能被减小,幅度可由通信话
路终端接收滤波器电路中的电位器W003进行调节。
五.实验报告要求
1.画出实验电路的实验方框图,并叙述其工作过程。
2.画出实验过程中各测量点的波型图,注意对应相位关系。
实验四FSK调制解调实验
综合性实验实验2学时
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
图4-1FSK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。
本实验电路中,由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号,则为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4-1;图4-2是它的调制电路电原理图。
由图4-1可知,输入的基带信号由转换开关K904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。
电路中的两路载频(f1、f2由内时钟信号发生器产生,经过开关K901,K902送入。
两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B(4066。
图4-2FSK调制电路原理图。
(二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,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。
解调电路电原理图如图4-3所示。
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(PDⅠ、PDⅡ、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。
图4-3中R917、R918、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。
R919、C904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、
图4-3FSK解调电路原理图。
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。
由图4-3可知,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PDⅡ输出端(引脚13为低电平,锁定指示输出(引脚1为高电平,鉴相器PDⅠ输出(引脚2为低电平,PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A(74LS32和U904∶B(74LS04后输出为低电平,再经积分电路和非门U904∶C(74LS04输出为高电平。
再经过U904∶D(74LS04整形电路反相后从输出信号插座S902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PDⅠ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,PDⅠ输出和锁定指示输出经或非门U903∶A与U904∶B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U904∶C后输出为低电平。
可见,环路对32KHz载频锁定时输出高电平,对16KHz载频失锁时就输出低电平。
只要适当选择环路参数,使它对32KHz锁定,对16KHz失锁,则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。
三.实验内容
1.测试FSK调制电路TP901—TP907各测量点波形,并作详细分析。
2.测试FSK解调电路TP908—TP910各测量点波形,并作详细分析。
设置K9041–2接通,随机码码序列为:
1110010,数字基带信号的速率2KHz。
(一FSK调制实验
(1按下按键开关:
K2、K100、K900。
(2按一下“开始”与“FSK”功能键,显示代码“3”。
(3跳线开关设置:
K1011–2、K9011–2、K9021–2。
(4在CA901上插电容,使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz,电容在1800Pf2400pf之间。
(二FSK解调实验
1.接通跳线开关K9031–2脚,输入FSK信号给解调电路,注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。
2.观察FSK解调输出TP910波形,并作记录。
并同时观察FSK调制端的基带信号,比较两者波形,观察是否有延迟、失真。
四.讨论思考题
1.
2.改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响?
3.如有可能用Mutilsim软件仿真本次实验,并分析实验现象。
实验五通信系统综合实验
综合性实验实验4学时
实验内容
单台实验箱实现单工通信系统实验
一.实验目的
1.熟悉数字通信系统各级信号的波形。
2.理解信号在信道传输过程中的变换原理和方法。
3.了解数字通信系统性能的测试方法。
二.实验电路工作原理
图5-1单台实验箱实现单工通信系统实验
三.实验内容
单台实验箱实现单工通信系统实验。
四.实验步骤及注意事项
1.认真领会本次实验的指导思想,仔细分析实验电路的工作过程及原理。
在动手之前做到实验系统基本概念清楚。
综合实验目的明确。
2.对实验箱中的各部分电路元器件所在位置看准确、清楚。
3.根据实验内容中提到的步骤逐一进行。
五.实验报告要求
根据系统方框图,将2000Hz单音频信号作信号源输入,逐一进行通信系统综合实验。
根据实测记录,
第一部分增量调制编译码系统实验(编码部分
部分是MC34115大规模集成电路。
1芯片内部电路组成
由图5-1-2可知,MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成:
模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V-I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。
2编码电路的工作过程
由图5-1-3可知,音频模拟输入信号由输入插座S201进入,经过发送通道电路输出到电解电容E201,经过耦合至MC34115的模拟信号输入端,第1引脚,因为本实验是编码工作方式。
因此,CPU输出高电平送至本级U201(MC34115的第15引脚。
此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通,从第1引脚(ANI输入的音频模拟信号与第2引脚(ANF输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号,然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT输出。
该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。
检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。
一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时,表明积分运算放大器增益过小,检测逻辑电路从第11引脚(COIN端输出负极性一致脉冲,经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端,由内部电路决定,GC端电压与SYL端相同,这就相当于量阶控制电压加到GC端。
在没有音频模拟信号输入时,话路是空闲状态,则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码,这需要一最小积分电流来实现,该电流可通过增大调节电位器来获得。
由于极性开关的失配,积分运算放大器与
模拟输入运算放大器的电压失调,此电流不能太小,否则无法得到稳定的“1”、“0”交替码。
该芯片总环路失调电压约为1.5mv(注:
IGC=12⋅0μA,Vcc=12V,TA=25︒C,所以量阶可选择为3mv。
当本地积分时间常数1ms时,则最小积分电流取10μA,就可得到稳定的“1”、“0”交替码。
如果输出不要求有稳定的“1”、“0”交替码,量阶可减小到0.1mv,而环路仍可正常工作。
MC34115是采用3位数字检测控制的可变斜率方式,即通常所讲的三连“1”,三连“0”检测算法。
图5-1-2增量调制编码器电原理框图
三.实验内容
1.增量调制CVSD(∆M编码实验
2.工作时钟可变状态下∆M编码比较实验
详细内容具体如下:
1.从实验一中信号发生器实验电路的测量点TP106处输出一简易正弦信号,频率为2000Hz,加到信号输入插座S201上,再测量TP201~TP207各点波形,并画出波形。
2.改变工作时钟频率,即由开关K201来选择时钟信号,即:
1脚与2脚相连为64KHz;2脚与3脚相连为32KHz;
4脚与5脚相连为16KHz;5脚与6脚相连为8KHz;
再观测TP201~TP207各点波形。
并分析测试结果。
同时要注意时间相位关系。
图5-1-3CVSD编码电路电原理图
四.实验步骤及注意事项
1.按一下“开始”与“M编码”功能键,显示代码“1”。
2.跳线开关接通设置:
K101的1、2脚、K201的1、2脚或K201的2、3脚或K201的4、5脚或K201的5、6脚。
3.外加正弦波300Hz~3400Hz的信号从S201进入。
五.测量点说明
1.TP201:
在S201输入端输入一个300~3400Hz的正弦波信号,若幅度过大,则被限幅电路限幅成方波
了,因此信号波形幅度尽量小一些,方法是,可改变外部信号源的幅度大小,或调节通信话路
终端发送滤波器电路中的电位器W001。
2.TP202:
增量调制编码电路的本地译码信号输出波形。
其输出波形与TP201相近似,但它的上升斜率
和下降斜率不同。
它是由一次积分电路输出波形TP206,再经过二次积分后输出波形到TP202
中,因此测量点TP202的波形也称为二次积分波形。
3.TP203:
增量调制编码电路的数字信号输出波形,工作频率为64KHz或32KHz或16KHz,它由开关K201
的选择来决定。
4.TP204:
增量调制编码电路的控制信号,高电平有效,由CPU的控制决定。
5.TP205:
增量调制编码电路的工作时钟输入波形,工作频率为64KHz或32KHz或16KHz,它由开关K201
的选择来决定时钟信号:
1脚与2脚相连为64KHz;2脚与3脚相连为32KHz;
4脚与5脚相连为16KHz;5脚与6脚相连为8KHz;
6.TP206:
一次积分信号输出波形,它再经过二次积分网络后输出二次积分波形到TP202中,因此测量
点TP202的波形也称为二次积分波形。
7.TP207:
一致脉冲信号输出波形,它随输入信号波形的变化而变化。
第二部分增量调制编译码系统实验(译码部分
实验内容
1.连续可变斜率增量调制(∆M译码实验
2.增量调制(∆M系统特性、指标测试实验
3.同等条件下的PCM与增量调制(∆M系统性能比较实验
一.实验目的
1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。
2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。
3.熟悉该系统在不同工作频率,不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。
4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。
二.实验电路工作原理
图5-2-1是增量调制译码电路结构方框图。
1.实验电路基本工作过程
由发端送来的编码数据信号加至信号开关K802的引脚,通过该开关的作用,把信号送到U801(MC34115芯片的第13引脚,即接收数据输入端。
本系统因为是译码电路,故CPU送低电平至U801(MC34115的15引脚,使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开,而数字输入运算放大器与移位寄存器接通,这样,接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器,后面的工作过程与编码时相同,只是解调信号不再送回第2引脚(ANF端,而是直接送入后面的积分网络中,再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声,然后送出话音信号,推动喇叭。
电路MC3417,MC3418的连续可变斜率增量调制方式。
三.实验内容
1.连续可变斜率增量调制(∆M译码实验
2.增量调制(∆M系统特性、指标测试实验
3.同等条件下的PCM与∆M系统性能比较实验
图5-2-2增量调制译码电路电原理图
四.实验步骤
1.按下按键开关:
K2、K3、K100、K200、K800
2.按一下“开始”与“∆M译码”功能键,显示代码“7”
3.必须使∆M编码实验工作正常
4.跳线开关设置:
K1011–2、K2011–2、K8011–2、K8021–2
5.外加300Hz~3400Hz信号从S201进入
五.测量点说明
1.TP801:
增量调制译码电路的工作时钟输入波形,工
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