通信原理实验讲义(2012)

《通信原理》实验讲义

2012年2月

目录

实验一AM调制解调通信系统实验 (3)

实验二HDB3编译码实验 (14)

实验三2ASK、2FSK数字解调实验 (17)

实验一 AM 调制解调通信系统实验

一、 实验目的：

1、掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；

2、掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路的工作原理及特点；

3、学习调制系数m 及调制特性(m~Uωm )的测量方法，了解m<1 和m=1及

m>1时调幅波的波形特点。

4、掌握用集成电路实现同步检波的方法。

二、 预习要求：

1、预习幅度调制器的有关知识；

2、认真阅读实验指导书，分析实验电路中用MC1496乘法器调制的工作原理，

并分析计算各引脚的直流电压；

3、了解调制系数m 的意义及测量方法；

4、分析全载波调幅信号的特点；

5、了解实验电路中各元件作用。

6、复习用集成模拟乘法器构成的同步检波器的工作原理；

7、了解实验电路中各元件作用；

8、了解检波器电压传输系数Kd 的意义及测量方法

三、实验电路说明：

（A ）幅度调制系统原理及抗噪性能

一、调制、解调方法

用滤波器产生AM 、DSB 、SSB 、VSB 信号方法。

AM: A+m(t)

DSB,VSB,SSB: m(t)

m(t)=0f L — f H

)f (M )t (m F ?→?

)f (M )f (A 2)t (m A 0F

+?→?

+δπ ()()[]c c F c f f f f )f (C t cos -++=?→?

δδπω ()()[]c c F f f M f f M 2

1

)f (S )t (S -++=?→?

()()[]c c F

f f M f f M )f (H 2

1)f (Sm )t (Sm -++=?→?

H L L H

H L

L H

c

c H c c H

c

c H c c H

采用不同的H(f)可得到DSB 、SSB 、

VSB 、AM 1．AM

H(f)为理想带通。

f c -f H f c f c +f H

S AM (t)=[A+m(t)]cosωc t

AM 信号频谱同S(f),信号带宽B=2f H 解调 ·包络检波 要求 A+m(t)≥0

·相关解调

m 0（t）

[][]())t (m 2

1)t (m t 2cos 1)t (m A 2

1t cos )t (m A o LPF

c c 2=

??→?++=+ωω

隔直

0 f H

c

c

c

c

c

c

H

H

f

f

f

f

a

b

d

2．DSB （或DSB-SC ）

H c H

f

频谱同S(t),B=2f H S DSB (t)=m(t)cosωc t 解调

·不能用包络检波法解调DSB 信号。 ·相干解调 方框图同AM 相干解调。请自己画出各点频谱。 3．

SSB

c L o c H

f

由

得上边带VSB,

c H c L

f

由

得下边带LSB,

推导SSB 信号的时域表达式

下边带带通滤波器可表示为()()[]

c c sgn sgn 2

1)(H ωωωωω--+=

sgn(ω

[][][][][][])sgn()(M )sgn()(M 41

)(M )(M 41

)sgn()(M )sgn()(M 41

)sgn()(M )sgn()(M 41

)sgn()sgn(21)(M )(M 21

)(S c c c c c c c c c c c c c c c c c c LSB ωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωω---+++++-=---+++-+-+-=--+?-++=

t sin )t (m 2

1t cos )t (m 2

1)t (S c c LSB ωω)+= ——载波为cosωc t

)t (m )

是m(t)的希尔伯特变换，sinωc t 是cosωc t 的希尔伯特变换。

t

)t (c ω)t

1)t (h ,)sgn(j )(H πωω=

-=

[]{}[][][])sgn()(M )sgn()(M 4

1

)()()sgn()(M 41

)()(j )sgn(j )(M 2121t sin )t (m 21c c c c c c c c F

c ωωωωωωωωωωδωωδωωωωδωωδπωωπ

ω---++=--+*=--+*-?→

?) 同理 t sin )t (m 2

1t cos )t (m 2

1S c c USB ωω)-= ——载波为cosωc t 当载波为sinωc t 时 t cos )t (m 2

1t sin )t (m 21)t (S c c LSB ωω)-= t cos )t (m 2

1t sin )t (m 2

1)t (S c c USB ωω)+= 单边带时域式中的系数1/2可为任一常数。 据时域表达式可用相移法产生SSB 信号。

LSB (t)USB (t)

解调 ·相干解调 方框图同AM ，自己画各点频谱。 ·插入强载波——包络检波。

t cos )]t (m 2

1A [t sin )t (m 21t cos )]t (m 21

A [c c c ωωω+≈±+) 此为AM 信号 故可用包络检波法解调SS

B 信号。

强载波Acosωc t 的获取方法：

(1)发端插入导频acosωc t ，收端提取acosωc t 后，放大得Acosωc t ，A>>a 。 (2)不插导频，收端的振荡器输出Acosωc t 作为强载波，语音单边带允许

f

?<15Hz 。

4．VSB

当f L 很小时，无法用滤波器得到SSB 信号，而只能得到VSB 信号。 VSB 系统

H(f)=G T (f)C(f)G R (f)

对H(f)的要求: H(f+f C )+ H(f-f C )=C 两边互补在fc )f (H f f 0H <<

证明: )f (H )f (S )f (S m VSB =

[])f (H )f f (M )f f (M 2

1c c -++=

[][][])f f (H )f (M )f 2f (M 4

1

)f f (H )f (M )f 2f (M 41)f f (S )f f (S 21

)f (U c c c c c VSB c VSB -+-++++=-++=

[])f f (H )f f (H )f (M 41)f (M c c 0-++=

当 )t (m 4

C

)t (m )f (M 4C )f (M ,f f 0,C )f f (H )f f (H 00H c c ==

<<=-++时

c

c

残留上边带

c

c

H

H

H

c c f f 0,C )f f (H )f f (H <<=-++V

SB 的插入强载波——包络检波解调法（电视），必须给出VSB 时域式。

H(f)=H 1(f)+H 2(f)+H 3(f)

f

f

f f H 1(f)形成下边带信号,基带信号H 2(f)形成上边带信号,基带信号H 3(f)形成下边带信号,基带信号m'(t)

a

)

t (m '

-)

t (m )

t (m '

t sin )t (m t sin )t (m 2

1t cos )t (m 21t sin )t (m 21t cos )t (m 21t sin )t (m 21t cos )t (m 21t sin )t (m 21t cos )t (m 21)t (S c c c c c c c c c VSB ωωωωωωωωω)

))

))

'-+='-'-'-'++=

t cos cos )t (m 21

A t cos A S c c VS

B ωω??

?

???+≈+ —— AM 信号 ※ 线性调制含义: 将m(t)频谱线性放大，再搬运到f c 两边。

二．线性调制系统的抗噪性能

分析AM ，DSB ，SSB 相干解调抗噪性能，AM 包络检波的门限效应 1． 相干解调

S m

m 0(t)n 0(t)

BPF 带宽W 等于信号带宽B ，B<

n i (t)=n c (t)cosω0t-n s (t)sinω0t AM ，DSB 中f 0=f c SSB 中 f 0≠f c

带通滤波器输出信噪比即解调器输入信噪比 (N

S )i 解调器输出信噪比 (

N

S )o 制度增益 G=i

o )N S ()N S (

以SSB 为例说明分析过程

t 2sin )t (m )t (n 4

1t 2cos )t (m 81)t (m 81t 2cos )t (m 81)t (m 81S t

sin )t (n t cos )t (n )t (n t sin )t (m 2

1t cos )t (m 21)t (S c i c 222c 22i o s o c i c c LSB ωωωωωωω)

)))

--++=

-=-=

H

00i 2i 22

c c c c 2f n B n N t m 4

1

S t m t m 0t 2cos t 2sin t 2cos ,t 2sin )t (m ),t (m ===∴===）

（）

（）（，不相关，与))Θωωωω

)

t (m 16

1)t (S ),t (m 41)t (m t 2sin )t (m 4

1t 2cos )t (m 41)t (m 41t cos t S 2

o o c c c LSB ==∴-+=

ωωω)

）（

()[]()[]t

sin )t (n 2

1

t cos )t (n 21)t (n sin t sin )t (n 21

cos t cos )t (n 21t cos )t (n s c o 0c s 0c c c i ωωωωωωωωω?-?=∴++?-++?=

H o o o 2c 2o s c f n 4

1

B n 41N )t (n 41)t (n 0

t 2cos t 2sin t 2sin ,t 2cos )t (n ),t (n ===

∴=?=???即不相关

与ωωωωΘ 可见

1G B

n 4)t (m )N S ()N S (o 2i o ==

=

注: 此结论与设f 0=f c 时相同。

其它信号（AM 、DSB ）相干解调分析与此类似，结论如下：

· 性能比较: 可靠性 优——劣:FM ，SSB （DSB ），AM 有效性 优——劣:SSB ，VSB ，AM （DSB ），FM · VSB 的可靠性，无分析结论。 · 虽然 G SSB =1，G DSB =2，但两者输出信噪比相同。故B DSB =2B SSB 。 两者抗噪性能相同iSSB iDSB )N

S (21)N

S (=。 2． AM 包络检波的门限效应。

i )N

S (>>1时,包络检波的可靠性同相干解调。 i )N S

(<<1时,出现门限效应。

[][]

[])

t (n )t (n )t (m A )t (E )t (t cos )t (E t

sin )t (n t cos )t (n t cos )t (m A )t (n )t (S 2s 2c c c s c c c i AM +++=

+=-++=+ψωωωω

当 A+m(t)>>n i (t)时，E(t)≈A+m(t)+n c (t)

m o (t)=m(t)，n o (t)=n c (t) 可得:3

2G t cos A )t (m )

t (m A )t (m 2G m 2

2

2=

=+=

时，当ω

当 A+m(t)<

N

S ）（i

N

S ）（i

N

S ）（i N

）（门限

（B ）电路原理

本实验调制部分电路如图1-1所示。

图中MC1496芯片引脚1和引脚4接两个51Ω和两个100Ω电阻及51K 电位器用来调节输入馈通电压，调偏RP1，有意引入一个直流补偿电压，由于调制电压uΩ与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号uΩ叠加了某一直流电压后与载波电压uc 相乘，从而完成普通调幅。如需要产生抑制载波双边带调幅波，则应仔细调节RP1，使MC1496输入端电路平衡。另外，调节RP1也可改变调制系数m 。1496芯片引脚2和引脚3之间接有负反馈电阻R3，用来扩展 uΩ的输入动态范围。载波电压uc 由引脚8输入。

MC1496芯片输出端（引脚12）接有一个三极管组成的射随器，来增加电路的带载能力。

幅度解调实验电路——同步检波器如图1-2所示。本电路中MC1496构成解调器，载波信号加在8—10

脚之间，调幅信号加在1—4脚之间，相乘后信号由12脚输出，经C11、C12、R25、R26、R31和U3组成的低通滤波器输出解调出来的调制信号。

四、实验内容及步骤：

1、实验连线：

23、调整低频可调信号源：输出频率一定，例如可为1KHz 左右（通过电位器

进行调整），幅度不大于0.2V PP （通过调节电位器进行调整）。

4、高频信号发生器输出——CAR1接到电路输入端CAR_IN ，使其产生

fc=500KHz 的载波频率，输出幅度不大于0.2V （可通过调节高频信号产生单元源模块的电位器来任意调整），从正弦信号源输出频率为fΩ=10KH Z 的正弦调制信号到A_IN （频率可通过调节电位器来任意调整），示波器接电路输出端AM_OUT ；

图1-1 A M 调制电路原

图1-2 AM解调电路原理图

5、反复调整可调信号源模块及高频信号源模块的可调电阻及AM调制单元的

电位器（调制信号幅度调节及乘法器的工作点调节）使之出现合适的调幅

波，观察其波形并测量调制系数m；

6、观察并记录m< 1、m=1及m>1时的调幅波形；

7、将载波加至AM解调单元的B_IN端，将调幅波加至AM解调单元的AM_IN

端，观察并记录解调输出波形，并与调制信号相比较。

五、实验报告要求：

1、整理各实验步骤所得的数据和波形，绘制。

2、分析各实验步骤所得的结果。

3、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法；

4、掌握用集成电路实现同步检波的方法。

实验二HDB3编译码实验

一、实验目的

1、掌握AMI、HDB3码的编码规则。

2、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。

二、实验内容

1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、三阶高密度双极性码（HDB3）、

整流后的HDB3码。

2、用示波器观察从HDB3码中提取位同步信号的电路中有关波形。

3、用示波器观察HDB3译码输出波形。

三、基本原理

HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V，有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。

设信息码为0000 0110 0001 0000 0，则NRZ码、AMI码，HDB3码如图3-1所示。

分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图2-2所示，它不含有离散谱f S成份（f S =1/T S，等于位同步信号频率）。在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路。在做译码时必须提供位同步信号。工程上，一般将AMI 或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码（RZ|τ=0.5T S）。这种信号的功率谱也在图1-9中给出。由于整流后的AMI、HDB3码中含有离散谱f S ，故可用一个窄带滤波器得到频率为f S的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。

图2-1NRZ、AMI、HDB3关系图

图2-2AMI、HDB3、RZ|τ=0.5T

频谱

S

组成模块如下图所示：

端口说明：

CCLK：编码时钟输入端

DIN：编码数据输入端

HDB3－OUT：密勒编码结果输出端

DCLK：译码时钟输入端

HDB3－IN：密勒译码数据输入端

DOUT：译码结果输出端

HDB－PN：HDB3整流输出信号

四、实验步骤

1、实验连线：

CCLK：从数字信号源模块引入BS-OUT。

DIN：从数字信号源模块引入NRZ-OUT。

HDB3－OUT与HDB3－IN短接。

DCLK与位同步模块BS-OUT（两种方式任选其一，如VCO锁相环方式）连接。

HDB＿PN位同步模块DATA-IN（两种方式任选其一，如VCO锁相环方式）连接。

2、用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。

用信源模块的FS信号作为示波器的外同步信号。

（1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接NRZ-OUT和HDB3-OUT，将信源模块KS1、KS2、KS3的每一位都置1，观察并记录全1码对应的HDB3码；再将KS1、KS2、KS3置为全0，观察全0码对应的HDB3码。观察时应注意编码输出HDB3比输入NRZ-OUT延迟了4个码元。

（2）将KS1、KS2、KS3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的HDB3码。

（3）将KS1、KS2、KS3置于任意状态，CH1接NRZ-OUT，CH2分别接HDB ＿PN、BS-OUT和DOUT ，观察这些信号波形。观察时应注意：

?记录DOUT信号（译码输出）迟后于DIN信号（编码输入）的码元个数。

? HDB3码是占空比等于0.5的双极性归零码，HDB＿PN是占空比等于0.5的单极性归零码。

?对于AMI码，本实验中若24位信源代码中只有1个“1“码，则无法从AMI 码中得到一个符合要求的位同步信号，因此不能完成正确的译码。若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），译码输出NRZ越不稳定。而HDB3码则不存在这种问题。

五、实验报告要求

1. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出HDB3码的代码和波形。

2. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。

实验三2ASK、2FSK数字解调实验

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

1. 用示波器观察2ASK 过零检测解调器各点波形。

2. 用示波器观察2FSK 过零检测解调器各点波形。 三、基本原理

（A ）2ASK 解调 （1）包络检波

实际系统中x （t ）迟后于e o (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

r （t ）与（1）中不同，有正、负值，其它同（1）

（3）过零检测

无码间串扰

具体波形可以参考2FSK 过零检测波形。

判决准则：10)B A (2

1)kTs (f →-≥

在本实验中，2ASK 解调采用过零检测的方法。 （B ）2FSK 解调 包络检波

条件：s 2c 1c f 2|f f |>-。 判决准则：10)kTs (b )kTs (a →≥ （2）相干解调

（3）过零检测

a

b

c

d

e

f

cp(t)

数字信号101

波形图如上所示。

判决准则：10)B A (2

1)kTs (f →-≥

（C ）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