1、通信原理试验 通信原理实验报告 学院：信息工程学院 专业：电子信息科学与技术 学号： 姓名： 实验一 抽样定理实验 一、实验目的 1、 了解抽样定理在通信系统中的重要性。 2、 掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。 3、 理解低通采样定理的原理。 4、 理解实际的抽样系统。 5、 理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。 6、 理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。 7、 理解带通采样定理的原理。 二、实验器材 1、 主控&信号源、3号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干 三、实验原理 1、实验原理框图 平顶抽样保持电路music被抽样S1信号LPF-OUTLP
2、F-IN抽样信号源LPF自然抽样输出抗混叠滤波器抽样A-out抽样电路脉冲译码输出编码输入信源编译码模块3# FIR/II数字滤FPGA 抽样定理实验框图1-1 图 、实验框图说明2将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信抽样信号由抽样电路产生。平顶抽样和自然抽样信号是通过开关号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。 S1切换输出的。这里滤波器可以即可得到恢复的信号。抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，。IIR、两种）FIR数字滤波器或3.4kHz8选用抗混叠滤波器（阶的巴特沃斯低通滤波器）FPGA（有 sinc反滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象
3、。 要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。 四、实验步骤 实验项目一 抽样信号观测及抽样定理验证 概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。 1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 目标端口 连线说明 信号源：MUSIC ：TH1(被抽样信模块3) 号 将被抽样信号送入抽样单元 信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 抽样输模块3：TH3( ) 出3：TH5(LPF-IN) 模块送入模拟低通滤波器 。调
4、节主控模2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】 输出峰峰值为3V。A-outW1块的使正弦合成为幅度、此时实验系统初始状态为：被抽样信号3MUSIC4V3K+1K、频率 9KHz3V为幅度、频率、占空比20%的方波。A-OUT波。抽样脉冲 、实验操作及波形观测。43#为“自然抽样”档位，用示（1）观测并记录自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#&信号源主控。波器分别观测MUSIC 和抽样输出 3#为“平顶抽样”档位，用示）观测并记录平顶抽样前后的信号波形：设置开关S1（2&3#信号源主控。波器分别观测和抽样输出MUSIC 3#为“自然抽样”3（）观测并对比抽样恢复后信
5、号与被抽样信号的波形：设置开关S1&3# &信号源信号源主控主控A-OUT和LPF-OUT的步进减小档位，用示波器观测MUSIC，以100Hz 的频率，比较观测并思考在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真。 ：用示波器频谱功能观测并记录被抽样信号4）用频谱的角度验证抽样定理（选做）（的步进减小抽样脉冲的频率，观测抽样输出以及恢复信和抽样输出频谱。以100HzMUSIC缩放调节FFT采样率（即每秒采样点为250K），（注意：示波器需要用号的频谱。250kSa/s 10）。为 倍被抽样信号频率时，信号会产生混叠。注：通过观测频谱可以看到当抽样脉冲小于 2 滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响实验项
6、目二数fir该项目是通过改变不同抽样时钟频率，分别观测和绘制概述：抗混叠低通滤波和从而了解和探讨不并比较抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果，字滤波的幅频特性曲线， 同滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响。 1、测试抗混叠低通滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所示进行连线。 源端口 目标端口 连线说明A-OUT 信号源：TH5(LPF-IN) 3模块：将信号送入模拟滤波器 （2）开电，设置主控模块，选择【信号源】【输出波形】和【输出频率】，通过调节 &信号源主控输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。 A-OUT相应旋钮，使（3）此时实验系统初始状态为：抗混叠低通滤波器的输入信号为频率5K
7、Hz、幅度3V的正弦波。 （4）实验操作及波形观测。 3#&信号源主控输出频率，观测并记录。以100Hz步进减小用示波器观测LPF-OUTA-OUT3# LPF-OUT的频谱。记入如下表格： /V /Hz 基频幅度A-OUT频率0.524v 5K 1.02v 4.5K 2.02v 4k 2.17v 3.5K 3.14v 3.0K 由上述表格数据，画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。 思考：对于低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信3.4KHz号源输入频率的步进值大小？ 2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所示进行连线。 源端口 目标端口 连线说明 信号源
8、：A-OUT 编码输入3：TH13() 模块将信号送入数字滤波器 （2）开电，设置主控菜单：选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】【FIR滤波器】。调节【信号源】，使A-out输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。 （3）此时实验系统初始状态为：fir滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。 （4）实验操作及波形观测。 3#&信号源主控的频率。观测并记录译100Hz的步进减小用示波器观测译码输出A-OUT，以3# 码输出的频谱。记入如下表格： /V A_out基频幅度的频率/Hz 3.6mv 5K 4.66mv 4.5k 282mv 4K 1.48v 3.5k 3.29v 3K 4
9、.85v 2K fir由上述表格数据，画出低通滤波器幅频特性曲线。低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号思考：对于3KHz源输入频率的步进值大小？ 3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复，比较被抽样信号恢复效果。 1）关电，按表格所示进行连线：（源端口 目标端口 连线说明信号源：MUSIC TH1(被抽样信模块3：) 号 提供被抽样信号A-OUT 信号源：) TH2(模块3：抽样脉冲 提供抽样时钟TH3(模块3：抽样输) 出3：TH5(LPF-IN) 模块 送入模拟低通滤波器抽样输模块3：TH3() 出) 编码输入模块3：TH13( 数字低通滤波器送入FIRFIR
10、2（）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】【&信号源主控 左右。A-OUT输出峰峰值为3V使信号。调节滤波器】W1正弦合成波，抽样时钟3K+1KMUSIC为（3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号 20%的方波。A-OUT为频率9KHz、占空比信号）实验操作及波形观测。对比观测不同滤波器的信号恢复效果：用示波器分别观测4（3#3#的输出频率，对比观测模拟步进减小抽样时钟LPF-OUTA-OUT和译码输出，以100Hz（频率步进可以根据实验需求数字滤波器在不同抽样频率下信号恢复的效果。滤波器和FIR ）思考：不同滤波器的幅频特性对抽样恢复有何影响？自行设置。 滤波器相频特性
11、对抽样信号恢复的影响。实验项目三 从时域和频域两方面分别观测抽样信号经该项目是通过改变不同抽样时钟频率，概述：滤波后的恢复失真情况，从而了解和探讨不同滤波器相频特性对抽样信号恢复滤波和iirfir 的影响。 iir低通滤波器后，所恢复信号的频谱。1、观察被抽样信号经过fir低通滤波器与 1）关电，按表格所示进行连线。（源端口 目标端口 连线说明 MUSIC 信号源：被抽样信号) 模块3：TH1(提供被抽样信号 信号源：A-OUT 3：TH2(抽样脉冲) 模块提供抽样时钟 TH3(模块3：抽样输出) TH13(编码输入) 3模块：将信号送入数字滤波 器W1。调节2（）开电，设置主控菜单，选择【主
12、菜单】【通信原理】【抽样定理】&信号源主控使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。 （3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。 （4）实验操作及波形观测。 a、观测信号经fir滤波后波形恢复效果：设置主控模块菜单，选择【抽样定理】【FIR滤波器】；设置【信号源】使A-OUT输出的抽样时钟频率为7.5KHz；用示波器观测恢复信3#的波形和频谱。号译码输出 b、观测信号经iir滤波后波形恢复效果：设置主控模块菜单，选择【抽样定理】【IIR滤波器】；设置【信号源】使A-OUT输出的抽样时钟频率为7.5KHz；用示
13、波器观测恢复信 3#的波形和频谱。号译码输出 、探讨被抽样信号经不同滤波器恢复的频谱和时域波形： c是否就是说原被抽样信号与经过滤波器后恢复的信号之间的频谱是否一致？如果一致，译码滤波恢复和滤波恢复情况下，始信号能够不失真的恢复出来？用示波器分别观测iirfir3#是失真呢？还是有相位的平移呢？如果的时域波形是否完全一致，输出如果波形不一致，相位有平移，观测并计算相位移动时间。 注：实际系统中，失真的现象不一定是错误的，实际系统中有这样的应用。 、观测相频特性2 ）关电，按表格所示进行连线。（1 源端口目标端口 连线说明信号源：A-OUT 3：TH13(编码输入) 模块 使源信号进入数字滤波器
14、FIR）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】【（2 滤波器】。 20%的方波。为频率9KHz、占空比 （3）此时系统初始实验状态为：A-OUT ）实验操作及波形观测。（4、5KHz滤波后的相频特性：设置【信号源】使A-OUT输出频率为对比观测信号经fir主A-OUT输出频率，用示波器对比观测A-OUT峰峰值为3V的正弦波；以100Hz步进减小3#&信号源控（时测输出信号的延时和译码输出的时域波形。相频特性测量就是改变信号的频率， 域上观测）。记入如下表格： 的频A-OUT被抽样信号与恢复信号的相位延时/ms /Hz 率179us 3.5K 160us 3.4K 149us
15、 3.3K 126us 3.2K 100us 3.1K 五、实验报告 、分析电路的工作原理，叙述其工作过程。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2 关数据，对所测数据做简要分析说明。必要时借助于计算公式及推导。、分析以下问题：滤波器的幅频特性是如何影响抽样恢复信号的？简述平顶抽样和自3 然抽样的原理及实现方法。 而不是单一频率的正弦合成波作为被抽样信号，实验步骤中采用4、思考一下，3K+1K在实验过程中波形变化的观测上有什么区别？对抽样定理理论和实际的研究有什么正弦波， 意义？ 实验二 HDB3码型变换实验 一、实验目的 1、 了解几种常用的数字基带信号
16、的特征和作用。 2、 掌握HDB3码的编译规则。 3、 了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。 二、实验器材 1、 主控&信号源、2号、8号、13号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干 三、实验原理 1、HDB3编译码实验原理框图 HDB3电平HDB3-A1数据PN15信号源变换编码CLK时钟HDB3-B1缓存HDB3-A2数据4bit时钟HDB3-B2单极性码译码时钟输入8# 极性反变换基带传输编译码模块载波同步及位同步模块取绝移位对值输出信号检测BS2数字锁相环法13# 位同步数字锁相环输入HDB输HDB输入HDB3编译码实验原理框图 2、实验框图说明 我们知道AMI
17、编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。而HDB3编码由于需要插入破坏位B，因此，在编码时需要缓存3bit的数据。当没有连续4个连0时与AMI编码规则相同。当4个连0时最后一个0变为传号A，其极性与前一个A的极性相反。若该传号与前一个1的极性不同，则还要将这4个连0的第一个0变为B，B的极性与A相同。实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到HDB3-A1和HDB3-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得 到HDB3编码波形。 同样AMI译码只需将所有的1变为1，0变为0即可。而HDB3译码只需找到传号A，将传号和传号前3个数都清0即可。传号A的识别方法是：该符号的极
18、性与前一极性相同，该符号即为传号。实验框图中译码过程是将HDB3码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。 四、实验步骤 实验项目一HDB3编译码（256KHz归零码实验） 概述：本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证HDB3编译码规则。 1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 目的端口 连线说明 信号源：PN ) 数据8：TH3(编码输入-模块基带信号输入 信号源：CLK 编码输入-时钟) 模块8：TH4(提供编码位时钟 ：模块8TH1(HDB3输出) 输入) 模块8：TH7(HDB3将数据送入译码模 块) TH5(8模块
19、：单极性码13模块：TH7(数字锁相环输入) 数字锁相环位同步 提取TH5(BS2) ：13模块TH9(模块8：译码时钟输入) 提供译码位时钟2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【HDB3编译码】 【256K归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。 3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256K的PN序列。 4、实验操作及波形观测。 （1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH1(HDB3输出)，观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证HDB3编码规则。 注：观察时注意码元的对应位置。 TP2 ）保持示波
20、器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点（2 (HDB3-A1)，观察基带码元的奇数位的变换波形。 TP3 的通道不变，另一通道测量中间测试点（3）保持示波器测量编码输入数据TH3 (HDB3-B1)，观察基带码元的偶数位的变换波形。 可从频域角度观察，的（4）用示波器分别观测模块8TP2(HDB3-A1)和TP3(HDB3-B1)相减后的与HDB3-B1HDB3-A1频谱分量情况；信号所含256KHz或用示波器减法功能观察 波形情况,HDB3，并与编码输出波形相比较。 译码波形HDB3（5）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录 与输入信号波形。 思考：译
21、码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？ ，从时域或频域角度了解TP8(HDB3-B2)6）用示波器分别观测TP4(HDB3-A2)和（ HDB3码经电平变换后的波形情况。 从频域角度观测和输入的）用示波器分别观测模块（78TH7(HDB3)TH6()单极性码， 双极性码和单极性码的256KHz频谱分量情况。 ）用示波器分别观测编码输入的时钟和译码输出的时钟，观察比较恢复出的位时钟（8 波形与原始位时钟信号的波形。 如果输入信号采用思考：此处输入信号采用的单极性码，可较好的恢复出位时钟信号，的是双极性码，是否能观察到恢复的位时钟信号，为什么？ 编译码（256KHz非归零码实验）实验项目二
22、HDB3 非归零码编译码相关测试点，了解HDB3编译码规则。概述：本项目通过观测HDB3 1、保持实验项目一的连线不变。256K【HDB3编译码】 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】 256K同步时钟。S3分频设置拨为0100，即提取非归零码实验】。将模块13的开关 序列。的3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256KPN 进行相关测试。实验操作及波形观测。参照前面的256KHz归零码实验项目的步骤，4、 信号的编码、直流分量以及时钟信号提取观测 HDB3码对连0实验项目三归零码编码输出信号中对HDB3概述：本项目通过设置和改变输入信号的码型，观测码特HDB3码信号的编码、含
23、有的直流分量变化以及时钟信号提取情况，进一步了解长连0 性。 1、关电，按表格所示进行连线。源端口 目的端口 连线说明：模块2DoutMUX -数据) ：模块8TH3(编码输入基带信号输入 ：模块2BSOUT ：模块8TH4(编码输入-时钟) 提供编码位时钟 输出：模块8TH1(HDB3) ：8TH7(HDB3输入) 模块将数据送入译码模块 模块8：TH5(单极性码) 模块13：TH7(数字锁相环输入) 数字锁相环位同步提取 模块13：TH5(BS2) 模块8：TH9(译码时钟输入) 提供译码位时钟 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【HDB3编译码】 【256K 归零码实验】
24、。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置为11110000，使DoutMUX输出码型中含有连4个0的码型状态。（或自行设置其他码值也可。） 3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256KHz的32位拨码信号。 4、实验操作及波形观测。 （1）观察含有长连0信号的HDB3编码波形。用示波器观测模块8的TH3(编码输入-数据)和TH1(HDB3输出)，观察信号中出现长连0时的波形变化情况 注：观察时注意码元的对应位置。 编码波形有什么差别？思考：编码与 HDB3AMI 拨、S3、S4S1HDB3（2）观察编码信号中是否含有直流分
25、量。将模块2的开关、S2用示波器分别观测编码输入数据和编码输出数据，00000000 00000000 00000000 00000011，为保观察记录波形。编码输入时钟和译码输出时钟，调节示波器，将信号耦合状况置为交流，00111111 11111111 11111111 的拨动开关置为直到模块10持连线，拨码开关由到逐位拨起，2 11111111，观察拨码过程中编码输入数据和编码输出数据波形的变化情况。 码是否存在直流分量？思考： HDB3全部、编码信号所含时钟频谱分量。将模块3）观察HDB32的开关S1S2、S3S4（再分别观测编码输入时钟和译码置，用示波器先分别观测编码输入数据和编码输
26、出数据，0 、的开关输出时钟，观察记录波形。再将模块2S1S2S3全部置S4、1，观察记录波形。 频谱。数据和时钟是否能恢复？注：思考：有数字示波器的可以观测编码输出信号FFT 在恢复时钟方面码与码比较有哪一个更好？比较不同输入信号时两种码型的时AMIHDB3钟恢复情况并联系其编码信号频谱分析原因。 五、实验报告 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，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。 实验三 FSK调制及解调实验 一、实验目的 1、 掌握用键控法产生FSK信号的方法。 2、 掌握FSK非相干解调的原理。 二、实验器材 1、 主控&信号源、9号模块 各一块 2
27、、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干 三、实验原理 1、实验原理框图 I256K载波1NRZ_IPN15基带信号信号源取反调制输出NRZ_Q128KQ2载波单稳触发上沿门限低通过零检测判决滤波LPF-FSK单稳相加解调输入FSK解调输出输出单稳触发9# 数字调制解调模块下沿 FSK调制及解调实验原理框图 2、实验框图说明 基带信号与一路载波相乘得到1电平的ASK调制信号，基带信号取反后再与二路载波相乘得到0电平的ASK调制信号，然后相加合成FSK调制输出；已调信号经过过零检测来识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决，得到原始基带信号。
28、四、实验步骤 实验项目一 FSK调制 概述：FSK调制实验中，信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。本项目中，通过调节输入PN序列频率，对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证FSK调制原理。 1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 目的端口 连线说明 信号源：PN ：TH1(基带信号) 模块9调制信号输入 ) 信号源：256KHz(载波模块9：TH14(载波1) 载波1输入 ) 信号源：128KHz(载波2) 模块9：TH3(载波载波2输入 TH4(模块9：调制输出) 模块) ：TH7(解调输入9解调信号输入 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【FSK数字调制解调】。将
29、9号模块的S1拨为0000。调节信号源模块的W2使128KHz载波信号的峰峰值为3V，调节W3使256KHz载波信号的峰峰值也为3V。 3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率32KH。 4、实验操作及波形观测。 （1）示波器CH1接9号模块TH1基带信号，CH2接9号模块TH4调制输出，以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出，验证FSK调制原理。 （2）将PN序列输出频率改为64KHz，观察载波个数是否发生变化。 实验项目二 FSK解调 概述：FSK解调实验中，采用的是非相干解调法对FSK调制信号进行解调。实验中通过对比观测调制输入与解调输出，观察波形是否有延时现象，并验证FSK解调原理。观测解调输出的中间观测点，如TP6（单稳相加输出），TP7（LPF-FSK），深入理解FSK解调过程。 1、保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、对比观测调制信号输入以及解调输出：以9号模块TH1为触发，用示波器分别观测9号模块TH1和TP6（单稳相加输出）、TP7（LPF-FSK）、 TH8（FSK解调输出），验证FSK解调原理。
