实验九 HDB3编码与译码实验
一、实验前的准备
（1）预习本实验的相关内容，掌握BPSK调制与解调的原理；
（2）熟悉实验指导书附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置，定义本实验相关模块的跳线状态。
（3）实验前重点掌握的内容：
①了解软件无线电的基本概念；
②熟悉软件无线电BPSK调制与解调的原理；
③明确波形成形的原理
④明确载波提取的原理
⑤明确位定时提取原理
（4）思考题：
①软件无线电中的BPSK调制与解调方式与传统的FSK调制与解调方式有什
么不同？
②载波提取的常用方法有哪些？
③位定时提取的常用方法有哪些？
二、实验目的
（1）熟悉软件无线电BPSK调制和解调原理。
（2）掌握BPSK调制产生、传输和解调过程。
（3）掌握BPSK正交调制解调的基本原理和实现方法。
（4）了解数字基带波形时域形成的原理和方法。
（5）掌握BPSK眼图的正确测试方法，能通过观察接收眼图判断信号的传输质量。
（6）加深对BPSK调制、解调中现象和问题的理解。
（7）加深对载波提取和位同步提取概念的理解。
三、实验仪器
（1）ZH5001A通信系统原理实验箱一台
（2）20 MHz双踪示波器一台
四、基本原理
（一）BPSK调制
理论上二进制相移键控（BPSK）可以用幅度恒定，而其载波相位随着输入信号m（1、0码）而改变，通常这两个相位相差180°。如果每比特能量为E b，则传输的BPSK信号为：
)2cos(2)(c c b
b f T E t S θπ+=
其中 ???===1180
000
m m c θ 绝对码、BPSK 已调信号、相对码、DBPSK 已调信号如图所示：
图4-1 数字调制信号和BPSK 已调信号
其功率谱为
图4-2 BPSK 已调信号频谱
功率谱特点：“1”、“0”等概率时，只有连续谱，属线性调制；
采用二进制码流直接载波信号进行调相，相位存在180°跳变，信号占居带宽大。上面这种调制方式在实际运用中会产生以下三方面的问题：
1.浪费宝贵的频带资源；
2.会产生邻道干扰，对系统的通信性能产生影响，在移动无线系统中, 要求在相邻信道内的带外幅射一般应比带内的信号功率谱要低40dB 到
80dB ；
3.如果该信号经过带宽受限信道会产生码间串扰（ISI ），影响本身通信信道的性能。
在实际通信系统中，通常采用Nyquist 波形成形技术，它具有以下三方面的优点：
1、 发送频谱在发端将受到限制，提高信道频带利用率，减少邻道干扰；
2、 在接收端采用相同的滤波技术，对BPSK 信号进行最佳接收；
3、 获得无码间串扰的信号传输；
实际中常用升余弦滤波器完成波形成形。升余弦滤波器的传递函数为：
???????+>+<<-+-+-≤≤=S S S S S RC T f T f T f T T f f H 2/)1(||02/)1(||2/)1()21|)|2(cos(1[212/)1(||01)(αααααπα
其中，α是滚降因子，取值范围为0到1。一般α=0.25~1时，随着α的增加，相邻符号间隔内的时间旁瓣减小，这意味着增加α可以减小位定时抖动的敏感度，但增加了占用的带宽。对于矩形脉冲BPSK 信号能量的90%在大约1.6R b 的带宽内，而对于α=0.5的升余统滤波器，所有能量则在1.5Rb 的带宽内。
升余弦滚降传递函数可以通过在发射机和接收机使用同样的滤波器来实现，其频响为开根号升余弦响应。根据最佳接收原理，这种响应特性的分配提供了最佳接收方案。
升余弦滤波器在频域上是有限的，那它在时域上的响应将是无限的，其是一个非因果冲激响应。为了在实际系统上可实现，一般将升余弦冲激响应进行截短，并进行时延使其成为因果响应。截短长度一般从中央最大点处向两边延长4个码元。由截短的升余响应而成形的调制基带信号，其频谱一般能很好地满足实际系统的使用要求。
为实现滤波器的响应，脉冲成形滤波器可以在基带实现，也可以设置在发射机的输出端。一般说来，在基带上脉冲成形滤波器用DSP 或FPGA 来实现，每个码元一般需采样4个样点，并考虑当前输出基带信号的样点值与８个码元有关，由于这个原因使用脉冲成形的数字通信系统经常在调制器中同一时刻存储了几个符号，然后
通过查询一个代表了存储符号离散时间波形来输出这几个符号（表的大小为210），
图4-3 BPSK 基带成形原理电路
成形之后的基带信号经D/A 变换之后，直接对载波进行调制。
在“通信原理综合实验系统”中，BPSK 的调制工作过程如下：首先输入数据进行Nyquist 滤波，滤波后的结果分别送入I 、Q 两路支路。因为I 、Q 两路信号一样，本振频率是一样的，相位相差180度, 所以经调制合路之后仍为BPSK 方式。
采用直接数据（非归零码）调制与成形信号调制的信号如图2-3所示： 归零码载波直接调制成形调制
Tb
图4-4 直接数据调制与成形信号调制的波形
载波相位模糊问题：在接收端采用相干解调时，恢复出来的载波与发送载波在
频率上是一样的，但相位存在两种关系：0０,180０。如果是0０，
则解调出来的数据与发送数据一样，否则，解调出来的数据将与发送数据反相。为了解决这一技术问题，在发端码字上采用了差分编码，经相干解调后再进行差分译码。
差分编码原理为：
)()1()(n b n a n a ⊕-=
实现框图如图2-4所示：
图4-5 差分编码示意图
（二） BPSK 解调
接收的BPSK 信号可以表示成： )2cos(2)()(θπ+=c b
b f T E t a t R BPSK 信号的相干解调原理框图如下：
图4-6 BPSK信号的差分相干解调原理图
为了对接收信号中的数据进行正确的解调，这要求在接收机端知道载波的相位和频率信息，同时还要在正确时间点对信号进行判决。这就是我们常说的载波恢复与位定时恢复。
１、载波恢复
对二相调相信号中的载波恢复有很多的方法，最常用的有平方变换法、判决反馈环等。
平方变换法如图所示：
图4-7 平方环载波恢复电路结构
接收端将接收信号进行平方变换，即将信号R（t）通过一个平方律器件后：
)222cos(212)(212)()]222cos(1[212)
()2(cos 2)
()(222222θπθπθπ++=++=+=c b b b b c b b c b b f T E t a T E t a f T E t a f T E t a t R
从上式看出：R （t ）经平方处理之后产生了直流分量，而在上式第二项中具有2f C 频率分量。若应用一个窄带滤波器将2f C 项滤出，再经二分频，便可得到所需的载波分量。
从上述电路中可以看出，由于二分频电路的存在，恢复出的载波信号
存在相位模糊。该方法的特点是载波恢复快，但由于带通滤波器的带宽一般不易做到很窄，因而该电路在低信噪比条件下性能较差。
为了提高所提取载波的质量，一般采用锁相环PLL 来实现。判决反馈环结构如图所示：
图4-8 BPSK 判决反馈环结构
判决反馈环鉴相器具有图所示的特性：
从图中可以看出，判决反馈环也具有00、１800两个相位平衡点，因而采用判决
反馈环存在相位模糊点。
在采用PLL 方式进行载波恢复时，PLL 环路对输入信号的幅度较为敏感，因而在实际使用中一般在前端还需加性能较好的AGC 电路。
在BPSK 解调器中，载波恢复的指标主要有：同步建立时间、保持时间、稳态相差、相位抖动等。
载波提取同步建立时间将影响BPSK 在正确解调时所需消耗的比特数，该指标一
般对突发工作（解调器是一个分帧一个分帧地接收并进行解调，而且在这些分帧之间载波信息与位定时信息之间没有任何关系）的解调器有要求，而对于连续工作的解调器该指标一般不作要求。
载波恢复电路的保持时间在不同场合要求不同，例如在无线衰落信道中，一旦接收载波出现短时的深衰落，要求接收机的恢复载波信号仍能跟踪一段时间。
本地恢复载波信号的稳态相位误差对解调性能存在影响，对于BPSK 接收信号为：
)2cos(2)()(θπ+=c b
b f T E t a t R 而恢复的相干载波为)2cos(?++θπ
c f ，经相乘器、低通滤波后输出的信号为： ?=cos 212)
()('b b T E t a t a 若提取的相干载波与输入载波没有相位差，即Δ=0，则解调输出的信号为212)
()('b b T E t a t a =；若存在相差Δ，则输出信号下降cos 2Δ倍，即输出信噪比下降cos 2Δ，其将影响信道的误码率性能，使误码增加。对BPSK 而言，在存在载波恢复稳态相差时信道误码率为：
]cos [210
?=N E erfc P b e 为了提高BPSK 的解调性能，一般尽可能地减小稳态相差，在实际中一般要求其小于50。改善这方面的性能一般可通过提高路环路的开环增益、减少环路时延。当然在提高环路增益的同时，对环路的带宽可能产生影响。
环路的相位抖动是指环路输出的载波在某一载波相位点按一定分布随机摆动,其摆动的方差对解调性能有很大的影响：一方面其与稳态相差一样对BPSK 解调器的误码率产生影响；另一方面还使环路产生一定的跳周率（按工程经验，在门限信噪比条件时跳周一般要求小于每二小时一次）。
采用PLL 环路进行载波恢复具有环路带宽可控。一般而言，环路带宽越宽，载波恢复时间越短，输出载波相位抖动越大，环路越容易出现跳周（所谓跳周是指环路从一个相位平衡点跳向相邻的平衡点，从而使解调数据出现倒相或其它的错误规律）；反之亦然。因而，可根据实际需要，调整环路带宽的大小。
２、 位定时
对于接收的BPSK 信号，与本地相干载波相乘并经匹配滤波之后，在什么时刻对该信号进行抽样、判决，这一功能主要由位定时来实现。
解调器输出的基带信号如图4-10 所示，抽样时钟B 偏离信号能量的最大点,使信噪比下降。由于位定时存在相位差，使误码率有所增加。而抽样时钟A 在信号最大点处进行抽样，保证了输出信号具有最大的信噪比性能，从而也使误码率较小。
在刚接收到BPSK 信号之后，位定时一般不处于正确的抽样位置，必须采用一定的算法对抽样点进行调整，这个过程称为位定时恢复。常用的
位定时恢复有：滤波法、数字锁相环等。本实验采用锁相环法。
A
B
图4-10 BPSK的位最佳判决时刻
（1）滤波法
在不归零的随机二进制脉冲序列功率谱中没有位同步信号的离散分量，所以不能直接从中提取位同步，若将不归零脉冲变为归零二进制脉冲序列，则变换后的信号中出现了码元信号的频率分量，然后再采用窄带滤波器提取、移相后形成位定时脉冲。图4-11就是滤波法提取位同步的原理方框图。
图4-11 采用滤波法恢复BPSK的位定时结构框图另外一种波形变换的方法是对带限信号进行包络检波。这种方法常用于数字微波的中继通信系统中，图4-12是频带受限的二相相移信号2PSK的位同步提取过程。由于频带受限，在相邻码元相位突变点附近会产生幅度的“凹陷”，经包络检波后，可以用窄带滤波器提取位同步信号。
图4-12 采用检波恢复BPSK位定时结构框图
（2）锁相环法
以四倍码元速率抽样为例：信号取样如图2-13所示。S（n-2）、S（n+2）为调整后的最佳样点，S（n）为码元中间点。
首先位定时误差的提取时刻为其基带信号存在过零点，即如图4-13中的情况所示。位定时误差的大小按下式进行计算：
S
=n
-
n
n
e
n
S
S
-
(
2
)]
)2
(
)
(+
(
)[
b
通信原理实验
图4-13 位定时误差提取示意图
如果0)( n e b ，则位定时抽样脉冲应向前调整；反之应向后调整。这个调整过程主要是通过调整分频计数器进行的。
须注意的是，一般在实际应用中还须对位定时的误差信号进行滤波（位定时环路滤波），这样可提高环路的抗噪声性能。
（三）、眼图
利用眼图可方便直观地估计系统的性能。
对眼图的测试方法如下：输入信号选择随机数字信号，示波器的同步输入通道接收码元的时钟信号，用示波器的另一通道接在系统接收滤波器的输出端（例如I 支路），然后调整示波器的水平扫描周期（或扫描频率），使其与接收码元的周期同步。这时就可以在荧光屏上看到显示的图型很像人的眼睛，所以称为眼图。在这个图形上，可以观察到码间串扰和噪声干扰的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。
图4-14 BPSK 眼图的测试
一般而言，眼皮越厚，则噪声与ISI 越严重，系统的误码率越高。
（三）、抽样判决点波形
抽样判决点波形可以较好地反映最终输出性能的好坏。一般的抽样判决点波形如图所示。抽样判决点波形上下两线聚集越好，则系统性能越好，反之越差。
图4-15 BPSK的抽样判决点波形
在通信原理实验平台中BPSK的DSP解调方法如下：
1,A/D采样速率为4倍的码元速率，即每个码元采样4个样点。2,采样之后，进行平方根Nyquist匹配滤波。3,将匹配滤波之后的样点进行样点抽取，每两个样点抽取一个采样点。即每个码元采样2个点送入后续电路进行处理。4,将每个码元2个点进行位定时处理，根据误差信号对位定时进行调整。TPMZ07测量点为最终恢复的位定时时钟。5,再将位定时处理之后的最佳样点送入后续处理（即又进行了2:1的样点抽取）。6,根据最佳样点值进行载波鉴相处理，鉴相输出在测量点TPN03可以观察到。鉴相后的结果送PLL环路滤波，控制VCXO。最终使本地载波与输入信号的载波达到同频、同相（也可能存在180度相差）。7,位定时与载波恢复之后，进行判决处理，判决前信号可在测量点观察到。
五、实验内容
实验前准备：首先将菜单调制方式设置成“BPSK传输系统”；用示波器测量TPMZ07测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；如果没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
（一）BPSK调制
1.BPSK基带信号眼图观测
通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式（未打勾），此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。选择输入m序列，以发送时钟（TPM01）作同步，观测发送信号眼图（TPi03）的波形。成型滤波器使用升余弦响应，ɑ=0.4。判断信号观察的效果。
2. I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号观察
测量I支路（TPi03）和Q支路信号（TPi04）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图，其相位矢量图应为0、π两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合BPSK 调制器原理分析测试结果。
3.BPSK调制信号0/π相位测量
选择输入调制数据为0／1码。用示波器的一路观察调制输出波形（TPK03），并选用该信号作为示波器的同步信号；示波器的一路连接到调制参考载波上（TPK06/或TPK07），以此信号作为观测的参考信号。仔细调整示波器同步，观察和验证调制载波在数据变化点发生相位0/π翻转。
4. BPSK调制信号包络观察
BPSK调制为非恒包络调制，调制载波信号包络具有明显的过零点。通过本测量
让学生熟悉BPSK调制信号的包落特征。测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关KP02设置在TEST位置（右端）。
（1）选择0/1码调制输入数据，观测调制载波输出测试点TPK03的信号波形。
调整示波器同步，注意观测调制载波的包落变化与基带信号（TPi03）的相
互关系。画下测量波形。
（2）用特殊码序列重复上一步实验，并从载波的包络上判断特列码序列。画下测量波形。
（二）BPSK解调
1.接收端解调器眼图信号观测
（1）首先用中频电缆连结KO02和JL02，建立中频自环（自发自收）。测量解调器I支路眼图信号测试点TPJ05（在A/D模块内）波形，观测时用发时
钟TPM01作同步。将接收端与发射端眼图信号TPI03进行比较，观测接收眼
图信号有何变化（有噪声）。
（2）观测正交Q支路眼图信号测试点TPJ06（在A/D模块内）波形，比较与TPJ05测试波形有什么不同？根据电路原理图，分析解释其原因。
2. 解调器失锁时的眼图信号观测
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（开环），使环路失锁。观测失锁时的解调器眼图信号TPJ05，熟悉BPSK调制器失锁时的眼图信号（未张开）。观测失锁时正交支路解调器眼图信号TPJ06波形。
3.接收端I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形观察
测量I支路（TPJ05）和Q支路信号（TPJ06）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPJ05和TPJ06的合成矢量图。在解调器锁定时，其相位矢量图应为0、π两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合BPSK解调器原理分析测试结果。
4.解调器失锁时I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形观察
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（右端），使环路失锁。观测接收端失锁时I路和Q路的合成矢量图。掌
握解调器时I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形的变化，分析测量结果。
5.解调器判决前抽样点信号观察
选择输入测试数据为m序列，用示波器观察测试模块内抽样判决点（TPN04）的工作波形（示波器时基设定在2～5ms）。
6.解调器失锁时抽样判决点信号观察
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置，使环路失锁。用示波器观察测试模块内抽样判决点TPN04信号波形，观测时示波器时基设定在2～5ms。熟悉解调器失锁时的抽样判决点信号波形。
7.差分编码信号观测
通信原理实验箱仅对“外部数据输入”方式输入数据提供差分编码功能。外部数据可以来自误码仪产生或汉明编码模块产生的m序列输出数据。当使用汉明编码模块产生的m序列输出数据时，将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中的H_EN和ADPCM开关去除，将输入信号跳线开关KC01设置在m序列输出口DT_M上
（右端）；将汉明译码模块中汉明译码使能开关KW03设置在OFF状态（右端），输入信号和时钟开关KW01、KW02设置在来自信道CH位置（左端）。
通过菜单选择发送数据为“外部数据输入”方式。将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中M_SEL2跳线器插入，产生7位周期m序列。用示波器同时观察DSP+FPGA模块内发送数据信号TPM02和差分编码输出数据TPM03，分析两信号间的编码关系。记录测量结果。
8.解调数据观察
（1）在上述设置跳线开关基础上，用示波器同时观察DSP+FPGA模块内接收数据信号TPM04和发送数据信号TPM02，比较两数据信号进行是否相同一致（正常差分译码）。测量发送与接收数据信号的传输延时，记录测量结果。
（2）在“外部数据输入”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器重新锁定（存在相位模糊度，会使解调数据反向），观测解调器差分译码电路是否正确译码。
9.解调器相干载波观测
首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m序列”。
（1）用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波（TPLZ07），并以TPK07作为示波器的同步信号。在环路正常锁定时，观测收发载波信号的相关关系。
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（开环），使环路失锁。重复上述测量步骤，观测在解调器失锁时收发载波信号的相关关系。
（2）将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在1_2位置（闭环），让解调器锁定（如无法锁定，可按选择菜单上的确认键，让解调器重新同步锁定）。断开中频连接电缆，观测在无输入信号情况下，解调器载波是否与发端同步。记录测量结果。
10.解调器相干载波相位模糊度观测
首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m序列”。用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波（TPLZ07），并以TPK07作为示波器的同步信号。反复的断开和接回中频自环电缆，观测两载波失步后再同步时之间的相位关系。
11.解调器相干载波相位模糊度对解调数据的影响观测
首先建立中频自环，通过菜单选择发送数据为“特殊码序列”方式。用双踪示波器同时比较接收数据信号眼图（TPJ05）和发送数据信号眼图（TPi03），并以TPi03作为示波器的同步信号。不断的断开和接回中频自环电缆，观测收发眼图信号。（在“特殊码序列”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器重新锁定。）分析接收时眼图信号的电平极性发生反转的原因。
12.解调器位定时恢复信号调整锁定过程观察
TPMZ07为DSP调整之后的最佳抽样时刻，它与TPM01（发端时钟）具有明确的相位关系。
（1）选择输入测试数据为m序列，用示波器同时观察TPM01（观察时以它作同步）、TPMZ07（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。
（2）不断按确认键（此时仅对DSP位定时环路初始化），观察TPMZ07的调整过程。
（3）断开S002接收中频接头，在没有接收信号的情况下重复该步实验，并
解释原因。
13.解调器位定时信号相位抖动观测
示波器以发送时钟TPM01信号为同步，在不同的测试码型下观测接收时钟TPMZ07的相位抖动情况。将各项测试结果作比较分析是否符合理论？
六、实验结论分析
（一）BPSK调制
1、BPSK调制基带信号眼图测试
（1）通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式，此时基带信号频谱成型滤波器全部放在发送端。选择输入信号为m序列，以发送时钟TPM01做同步，测试TPi03波形。TPi03就是发送信号眼图波形。此时测试得到波形选用的是滚降系数α=0.4的升余弦波成形滤波器。
2、同相I支路和正交Q支路调制信号相平面矢量图测试
观察测量I支路TPi03和Q支路信号TPi04李沙育波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图。通过菜单选择不同的输入码型，观察并记录测试结果。
M序列：
特殊码序列：
0/1码：
全0码：
全1码：
3、BPSK调制信号0/π相位反相反转点的测量
先将跳线开关KPO2设置在T位置，通过菜单选择输入调制数据为0/1码。用示波器的一个通道观察已调制信号输出TPK03，并选用该通道信号作为示波器的同步信号；示波器的另一通道连接到调制参考载波TPK06或TPK07，以载波信号作为观测的参考信号。仔细调制示波器同步，观察和验证已调信号在调制数据0/1变化点发生相位0/π翻转情况。记录测试结果。
选择调制参考载波TPK06：可以看出，在调制数据0/1变化点已调信号发生相位π翻转
4、BPSK调制信号包络观察
（1）通过菜单选择0/1码作为调制输入数据，观测已调信号输入测试点TPK03的信号波形。调整示波器的同步，注意观察已调信号的包络变化与调制信号TPi03的相互关系。画下测量波形。
TPK03同步：
TPi03同步：
(2)用特殊码序列重复步骤（1）实验。画下测量波形，并从已调信号载波的包络上判断特殊码序列的可能值。
TPK03同步：
TPi03同步：
（二）BPSK解调
1、接收端解调器眼图信号观测
（1）首先用中频电缆连接KO02和JL02，建立中频通路。测量解调器同相I支路眼图信号测试点TPJ05（在A/D模块内）波形，观测时用发时钟TPM01作同步。将接收端与发送端眼图信号TPi03进行比较，说明接收眼图信号有何变化。
观察接收端眼图时，发现与发送端相比，眼皮较厚，噪声多，质量没有发送端的好。
3、接收端同相I支路和正交Q支路解调信号的相平面波形测试
将示波器设置在（x-y）方式，将示波器的两个通道分别接到I支路TPJ05测试点和Q支路TPJ06测试点，即可得到TPJ05和TPJ06的合成矢量图，也是李沙育波形图。在解调器锁定时，其相位矢量图应为0、π两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量，并说明其差异。
M序列：
实验一：抽样定理实验 一、实验目的 1、熟悉TKCS—AS型通信系统原理实验装置； 2、熟悉用示波器观察信号波形、测量频率与幅度； 3、验证抽样定理； 二、实验预习要求 1、复习《通信系统原理》中有关抽样定理的内容； 2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤； 三、实验原理和电路说明 1、概述 在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。最常用的多路复用体制是频分多路复用(FDM)通信系统和时分多路复用(TDM)通信系统。频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输。而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅(PAM)信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。 抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础的。在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步。抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。 作为例子，图1-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。 图1-1 单路PCM系统示意图 为了让实验者形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。除此，本实验还模拟了两路PAM通信系统，从而帮助实验者初步了解时分多路的通信方式。 2、抽样定理 抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)如果它的最高频率为f H(即m(t)的频谱中没有f H以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2f H的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400Hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800Hz的样值序列来表示。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图1-2和图1-3所示。 由频谱可知，用截止频率为f H的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，这就说明了抽样定理的正确性。 实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带，见图1-4。如果fs<2f H，就会出现频谱混迭的现象，如图1-5所示。 在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率f H的正弦波来代替实际的语音信号，采用标准抽样频率fs=8KHz，改变音频信号的频率f H，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。
通信原理实验报告
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通信原理实验报告 实验名称：实验一—数字基带传输系统的—MATLAB方真 实验二模拟信号幅度调制仿真实验班级：10通信工程三班_________ 学号：2010550920 ________________ 姓名：彭龙龙______________
指导老师：王仕果______________
实验一数字基带传输系统的MATLA仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MATLAB程序验证卷积的常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MATLA实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看，信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层坎上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 3.1信号及系统在计算机中的表示 3.1.1时域取样及频域取样 一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间(-R, +R)上的连续函数，但所有计算机的CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理( -R, + R)这样一个时间段。 为此将把s(t)按区间T, T截短为 2 2 S T(t)，再对S T(t)按时间间隔△ t均匀取样，得到取样 点数为: 仿真时用这个样值集合来表示信号 T Nt t s(t)。显然△ t反映了仿真系统对信号波形的分辨 率， (3-1) △ t越小则仿真的精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱时频率的周期函数，其重复周期是—。如果信号的最高频率为f H，那么必须有f H W 丄才能保证不发 t 2 t 生频域混叠失真。设 1 B s 2 t 则称B s为仿真系统的系统带宽。如果在仿真程序中设定的采样间隔是△ (3-2) t,那么不能用
通信实验指导书电气信息工程学院
目录 实验一AM调制与解调实验 (1) 实验二FM调制与解调实验 (5) 实验三ASK调制与解调实验 (8) 实验四FSK调制与解调实验 (11) 实验五时分复用数字基带传输 (14) 实验六光纤传输实验 (19) 实验七模拟锁相环与载波同步 (27) 实验八数字锁相环与位同步 (32)
实验一 AM调制与解调实验 一、实验目的 理解AM调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中AM调制方法：原始调制信号为1.5V直流＋1KHZ正弦交流信号，载波为20KHZ正弦交流信号，两者通过相乘器实现调制过程。 本实验中AM解调方法：非相干解调（包络检波法）。 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。 4.结合上述实验结果深入理解AM调制方法与解调方法。
实验一参考结果
实验二 FM调制与解调实验 一、实验目的 理解FM调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中FM调制方法：原始调制信号为2KHZ正弦交流信号，让其通过V/F （电压/频率转换，即VCO压控振荡器）实现调制过程。 本实验中FM解调方法：鉴频法（电容鉴频＋包络检波＋低通滤波） 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。 4.结合上述实验结果深入理解FM调制方法与解调方法。
通信原理 实验报告 课程名称：通信原理 实验三：二进制数字信号调制仿真实验实验四：模拟信号数字传输仿真实验姓名： 学号： 班级： 2012年12 月
实验三二进制数字信号调制仿真实验 一、实验目的 1.加深对数字调制的原理与实现方法； 2.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的求法； 3.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的特点及其比较； 4.进一步掌握MATLAB中M文件的调试、子函数的定义和调用方法。 二、实验内容 1. 复习二进制数字信号幅度调制的原理 2. 编写MATLAB程序实现OOK调制； 3. 编写MATLAB程序实现2FSK调制； 4. 编写MATLAB程序实现2PSK调制； 5. 编写MATLAB程序实现数字调制信号功率谱函数的求解。 三、实验原理 在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号。数字序列中每个数字产生的时间间隔称为码元间隔，单位时间内产生的符号数称为符号速率，它反映了数字符号产生的快慢程度。由于数字符号是按码元间隔不断产生的，经过将数字符号一一映射为响应的信号波形后，就形成了数字调制信号。根据映射后信号的频谱特性，可以分为基带信号和频带信号。 通常基带信号指信号的频谱为低通型，而频带信号的频谱为带通型。 调制信号为二进制数字基带信号时，对应的调制称为二进制调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(OOK/2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。 下面分别介绍以上三种调制方法的原理，及其MATLAB实现： 本实验研究的基带信号是二进制数字信号，所以应该首先设计MATLAB程序生成二进制数字序列。根据实验一的实践和第一部分的介绍，可以很容易的得到二进制数字序列生成的MATLAB程序。 假定要设计程序产生一组长度为500的二进制单极性不归零信号，以之作为后续调制的信源，并求出它的功率谱密度，以方便后面对已调信号频域特性和基带信号频域特性的比较。整个过程可用如下程序段实现： %定义相关参数 clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500； %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t);
实验一常用信号的表示 【实验目的】 掌握使用MATLAB的信号工具箱来表示常用信号的方法。 【实验环境】 装有MATLAB6.5或以上版本的PC机。 【实验内容】 1. 周期性方波信号square 调用格式：x=square(t,duty) 功能：产生一个周期为2π、幅度为1 ±的周期性方波信号。其中duty表示占空比，即在信号的一个周期中正值所占的百分比。 例1：产生频率为40Hz，占空比分别为25%、50%、75%的周期性方波。如图1-1所示。 clear; % 清空工作空间内的变量 td=1/100000; t=0:td:1; x1=square(2*pi*40*t,25); x2=square(2*pi*40*t,50); x3=square(2*pi*40*t,75); % 信号函数的调用subplot(311); % 设置3行1列的作图区，并在第1区作图plot(t,x1); title('占空比25%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); % 限定坐标轴的范围 subplot(312); plot(t,x2); title('占空比50%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); subplot(313); plot(t,x3); title('占空比75%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]);
图1-1 周期性方波 2. 非周期性矩形脉冲信号rectpuls 调用格式：x=rectpuls(t,width) 功能：产生一个幅度为1、宽度为width、以t=0为中心左右对称的矩形波信号。该函数横坐标范围同向量t决定，其矩形波形是以t=0为中心向左右各展开width/2的范围。Width 的默认值为1。 例2：生成幅度为2，宽度T=4、中心在t=0的矩形波x(t)以及x(t-T/2)。如图1-2所示。 t=-4:0.0001:4; T=4; % 设置信号宽度 x1=2*rectpuls(t,T); % 信号函数调用 subplot(121); plot(t,x1); title('x(t)'); axis([-4 6 0 2.2]); x2=2*rectpuls(t-T/2,T); % 信号函数调用
学生实验报告
） 实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语言信号，通常采用8KHz 抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带。见图4。如果fs＜fH，就会出现频谱混迭的现象，如图5所示。 在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率fH的正弦波来代替实际的语音信号。采用标准抽样频率fs＝8KHZ。改变音频信号的频率fH，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。 验证抽样定理的实验方框图如图6所示。在图8中，连接（8）和（14），就构成了抽样定理实验电路。由图6可知。用一低通滤波器即可实现对模拟信号的恢复。为了便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400HZ
2、多路脉冲调幅系统中的路际串话 ~ 多路脉冲调幅的实验方框图如图7所示。在图8中，连接（8）和（11）、（13）和（14）就构成了多路脉冲调幅实验电路。 分路抽样电路的作用是：将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。N路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的。各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。本实验设置了两路分路抽样电路。 多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路PAM信号。 图7 多路脉冲调幅实验框图 冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的。但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100％的占空比，从而解决信号幅度衰减大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。 PAM信号在时间上是离散的，但是幅度上趋势连续的。而在PAM系统里，PAM信只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。 3、多路脉冲调幅系统中的路标串话 路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。路际串话是指在同一时分多路系统中，某一路或某几路的通话信号串扰到其它话路上去，这样就产生了同一端机中各路通话之间的串话。 在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地限制在本路时隙中的矩形脉冲。但是如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象。当“拖尾”严重，以至入侵邻路时隙时，就产生了路标串话。 在考虑通道频带高频谱时，可将整个通道简化为图9所示的低通网络，它的上截止频率为：f1=1/(2
实验一模拟信号光调制实验 一、实验目的 1、了解模拟信号光纤通信原理。 2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。 二、实验内容 1、测量不同的正弦波、三角波和方波的光调制系统性能。 三、实验器材 1、主控&信号源、25号模块各1块 2、双踪示波器1台 3、连接线若干 4、光纤跳线1根 四、实验原理 1、实验原理框图 光调制功率检测框图 模拟信号光调制传输系统框图 2、实验框图说明 本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。 注：根据实际模块配置情况不同，自行选择不同波长（比如1310nm、1550nm）的25号光收发模块进行实验。 五、注意事项 1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。 2、不要带电插拔信号连接导线。 六、实验步骤 1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。 （1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。
（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。 （3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。 2、设置25号模块的功能初状态。 （1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。 （2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。 （3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。 3、进行系统联调和观测。 （1）打开系统和各实验模块电源开关。设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【模拟信号光调制】。此时系统初始状态中A-OUT输出为1KHz正弦波。调节信号源模块的旋钮W1，使A-OUT输出正弦波幅度为1V。 （2）选择进入主控&信号源模块的【光功率计】功能菜单，根据所选模块波长类型选择波长【1310nm】或【1550nm】。 （3）保持信号源频率不变，改变信号源幅度测量光调制性能：调节信号源模块的W1，改变输入信号的幅度，记录不同幅度时的光调制功率变化情况。 （4）保持信号源幅度不变，改变信号源频率测量光调制性能：改变输入信号的频率，自行设计表格记录不同频率时的光调制功率变化情况。 （5）拆除23号模块和25号模块之间的同轴连接线，适当调节25号模块的W5接收灵敏度旋钮，用示波器对比观察光接收机的模拟输出端TH4和光发射机的模拟输入端TH1，了解模拟光调制系统线性度。 （6）改变信号源的波形，用三角波或方波进行上述实验步骤，进行相关测试，表格自拟。 七、实验报告 1、画出实验框图，并阐述模拟信号光调制基本原理。
通信原理 实验一 实 验 报 告 实验日期： 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
实验一数字基带传输系统的MA TLAB仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握 卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MA TLAB程序验证卷积的 常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用 MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MA TLAB实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB 程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB 程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB 程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看， 信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如 信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层次上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 四、实验步骤 （1）分析程序program1_1 每条指令的作用，运行该程序，将结果保存，贴在下面的空白 处。然后修改程序，将dt 改为0.2，并执行修改后的程序，保存图形，看看所得图形的效果 怎样。 dt=0.01 时的信号波形 Sinusoidal signal x(t) -2-1.5-1-0.500.51 1.52 Time t (sec) dt=0.2 时的信号波形
通 信 原 理 实 验 指 导 书 （２０１７版） 编者 张水英 汪泓 浙 江 理 工 大 学 ２０１７年３月
目 录 实验一 常规双边带幅度调制系统设计及性能分析 (1) 实验二 模拟信号数字化传输系统的建模与分析 (6) 实验三 BPSK调制、解调实验 (9)
实验一 常规双边带幅度调制系统设计及性能分析 一、实验目的 1、熟悉常规双边带幅度调制系统各模块的设计； 2、研究常规双边带幅度调制系统的信号波形、信号频谱、信号带宽、输入信噪比、输出信噪比及两者之间的关系； 3、掌握 MATLAB 和SIMULINK 开发平台的使用方法； 4、熟悉 Matlab 与Simulink 的交互使用。 二、实验仪器 带有MATLAB 和SIMULINK 开发平台的微机。 三、实验原理 AM 信号产生的原理图如图1所示。AM 信号调制器由加法器、乘法器和带通滤波器（BPF ）组成。图中带通滤波器的作用是让处在该频带范围内的调幅信号顺利通过，同时抑制带外噪声和各次谐波分量进入下级系统。 图1 AM 信号的产生 3.1 AM 信号时域表达式及时域波形图 AM 信号时域表达式为 0()[()]cos AM c s t A m t t ω=+ 式中0A 为外加的直流分量；为输入调制信号，它的最高频率为 ()m t
m f ，无直流分量；c ω为载波的频率。为了实现线性调幅，必须要求 0max ()m t A ≤ 否则将会出现过调幅现象，在接收端采用包络检波法解调时，会产生严重的失真。如调制信号为单频信号时，常定义0(/)AM m A A β1=≤为调幅指数。 AM 信号的波形如图2所示，图中认为调制信号是单频正弦信号，可以清楚地看出AM 信号的包络完全反应了调制信号的变化规律。 t t t t ()m t 0(A m t +cos c t ω s ()AM t 图2 AM 信号波形 3.2 AM 信号频域表达式及频域波形图 对AM 信号进行傅里叶变换，就可以得到AM 信号的频域表达式 ()ω如下： AM S 0()[(AM ()] 1 [)()][()()]2 AM c c c c S s t M M A ωωωωωπδωωδωω==++?+++?F 式中，()M ω是调制信号的频谱。 ()m t
实验一图符库的使用 一、实验目的 1、了解SystemVue图符库的分类； 2、掌握SystemVue各个功能库常用图符的功能及其使用方法。 二、实验内容 按照实例使用图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能。 三、基本原理 SystemVue的图符库功能十分丰富，一共分为以下几个大类 1.基本库 SystemView的基本库包括信源库、算子库、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的工具。 （信源库）：SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号 （算子库）功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求 （函数库）32种函数尽显函数库的强大库容！ （信号接收器库）12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它 2.扩展功能库 扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。 （通信库）：包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型一应俱全。 （DSP库）：DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。该库支持大多DSP芯片的算法模式。例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP算法操作符。 还包括高级处理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。 （逻辑运算库）：逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。 （射频/模拟库）：射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，例如：混合器、放大器和功率分配器等。 3.扩展用户库
通信原理实验报告 一．实验目的 熟悉掌握MATLAB软件的应用，学会对一个连续信号的频谱进行仿真，熟悉sigexpand(x2,ts2/ts1)函数的意义和应用，完成抽样信号对原始信号的恢复。 二．实验内容 设低通信号x（t）=cos(4pi*t)+1.5sin(6pi*t)+0.5cos(20pi*t); (1)画出该低通信号的波形 (2)画出抽样频率为fs=10Hz（亚采样）、20Hz（临界采样）、50Hz（过采样）的抽样序列 (3)抽样序列恢复出原始信号 (4)三种抽样频率下，分别分析对比模拟信号、离散采样信号、恢复信号的时域波形的差异。 原始信号与恢复信号的时域波形之差有何特点？有什么样的发现和结论？ (5)三种抽样频率下，分别分析对比模拟信号、离散采样信号、恢复信号的频域特性的差异。 原始信号与恢复信号的频域波形之差有何特点？有什么样的发现和结论？ 实验程序及输出结果 clear; close all; dt=0.05; t=-2:dt:2 x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t); N=length(t); Y=fft(x)/N*2; fs=1/dt; df=fs/(N-1); f=(0:N-1)*df; subplot(2,1,1) plot(t,x) title('抽样时域波形') xlabel('t') grid; subplot(2,1,2) plot(f,abs(Y)); title('抽样频域信号 |Y|'); xlabel('f'); grid;
定义sigexpand函数 function[out]=sigexpand(d,M) N=length(d); out=zeros(M,N); out(1,:)=d; out=reshape(out,1,M*N); 频域时域分析fs=10Hz clear; close all; dt=0.1; t0=-2:0.01:2 t=-2:dt:2 ts1=0.01 x0=cos(4*pi*t0)+1.5*sin(6*pi*t0)+0.5*cos(20*pi*t0); x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t); B=length(t0); Y2=fft(x0)/B*2; fs2=1/0.01; df2=fs2/(B-1); f2=(0:B-1)*df2; N=length(t); Y=fft(x)/N*2;
实验1 CMI码型变换实验 一、实验目的 1、了解CMI码的编码规则。 2、观察输入全0码或全1码时各编码输出码型，了解是否含有直流分量。 3、观察CMI码经过码型反变换后的译码输出波形及译码输出后的时间延迟。 4、熟练掌握CMI与输入信号的关系。 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、实验原理框图 CMI/BPH编译码实验原理框图 2、实验框图说明 CMI编码规则是遇到0编码01，遇到1则交替编码11和00。由于1bit编码后变成2bit，输出时用时钟的1输出高bit，用时钟的0输出低bit，也就是选择器的功能。CMI译码首先也是需要找到分组的信号，才能正确译码。CMI码只要出现下降沿了，就表示分组的开始，找到分组信号后，对信号分组译码就可以得到译码的数据了。
四、实验步骤 概述：本项目通过改变输入数字信号的码型，分别观测编码输入输出波形与译码输出波形，测量CMI编译码延时，验证CMI编译码原理并验证CMI码是否存在直流分量。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【CMI码】→【无误码】。13号模块的开关S3置为0011，即提取512K同步时钟。 3、此时系统初始状态为：PN为256K。 4、实验操作及波形观测。 （1）观测编码输入的数据和编码输出的数据：用示波器分别观测和记录TH38#和TH68#的波形，验证CMI编码规则。 （2）观测编码输入的数据和译码输出的数据：用示波器分别观测和记录TH38#和TH138#的波形，测量CMI码的时延。 （3）断开电源，更改连线及设置。 开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【CMI码】→【无误码】。将模块13的开关S3置为0011即提取512K同步时钟。 将模块2的开关置为00000000 00000000 00000000 00000011，用示波器分别观测编码输入的数据和编码输出的数据，调节示波器，将信号耦合状况置为交流，观察记录波形。保持
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
实验一信号源实验 一、实验目的 1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。 2、掌握信号源模块的使用方法。 二、实验内容 1、对应液晶屏显示，观测DDS信源输出波形。 2、观测各路数字信源输出。 3、观测正弦点频信源输出。 4、模拟语音信源耳机接听话筒语音信号。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、20M双踪示波器一台 四、实验原理 信号源模块大致分为DDS信源、数字信源、正弦点频信源和模拟语音信源几部分。 1、DDS信源 DDS直接数字频率合成信源输出波形种类、频率、幅度及方波B占空比均可通过“DDS信源按键”调节（具体的操作方法见“实验步骤”），并对应液晶屏显示波形信息。 正弦波输出频率范围为1Hz～200KHz，幅度范围为200mV～4V。 三角波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。 锯齿波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。 方波A输出频率范围为1Hz～50KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比50％不变。 方波B输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比以5％步进可调。 输出波形如下图1-1所示。
正弦波：1Hz-200KHz 三角波：1Hz－20KHz 锯齿波：1Hz－20KHz 方波A：1Hz－50KHz(占空比50％) 方波B：1Hz－20KHz（占空比0％－100％可调） 图1-1 DDS信源信号波形 2、数字信源 （1）数字时钟信号 24.576M：钟振输出时钟信号，频率为24.576MHz。 2048K：类似方波的时钟信号输出点，频率为2048 KHz。64K：方波时钟信号输出点，频率为64 KHz。 32K：方波时钟信号输出点，频率为32KHz。 8K：方波时钟信号输出点，频率为8KHz。 输出时钟如下图1-2所示。
通信原理实验指导书 实验准备步骤 在进行通信原理实验之前，请同学们按照下面的步骤进行实验准备： 1.通过串口线、程序下载线连接PC机与实验平台； 2.打开稳压电源，调节电压输入值为12V； 3.检查电源线连接是否正确，白黑相间线连接正极，纯黑线连接负极，切 勿接反； 4.连接无误后，打开实验板电源； 5.打开通信原理实验界面，如下图所示配置并打开串口； 6.将实验板上的拨码开关全部拨到ON； 7.下载程序到实验板上： 打开quartusⅡ5.0软件，选择Tools/programmer，设置Hardware Setup为ByteBlasterll[LPT1]，Mode为Passive Serial，单击Add File，选择文件路径E:\实验平台程序与文档\通信原理实验平台程序与文档 \FPGA\toplevel.sof，文件选择完毕后，单击Start 进行程序下载，当 程序下载完毕，且在实验板下载指示灯（LED后四位）未灭时，拔掉实 验板上下载线，如果此过程中指示灯灭了，显示程序下载过程失败，请 重新单击Start进行下载。 完成以上操作步骤后，同学们可以开始进行以下实验内容。
实验一、实验平台基础实验 实验步骤： 通信原理实验界面，选择基础实验，开始以下实验步骤：串口收发及其测温实验 1.点击测温按钮，查看并分析实验结果； 2.发送两位16进制数字，观察LED的变化是否与设定值相同； 3.改变拨码开关并接收数据，查看并分析返回数值。 单片机波形发生器实验 1.填入合适的峰峰值和频率值，选择要生成的波形，单击开始； （由于实验箱问题，输入的峰峰值和示波器测出来的峰峰值有误差） 2.用示波器观察TP13点的输出波形。 语音录放实验 暂时不做 实验结果： 整理实验数据，画出各测试点的波形。 实验二、直接数字频率合成和数字调制实验 实验步骤： DDS频率合成实验 1.进入数字调制技术界面，选择直接数字频率合成； 2.在左方文本框中填入合适的频率值并发送； 3.用示波器观察TP35的DDS输出波形，修改输入值，观察DDS所产生 的频率。 FSK调制实验 1.在两个文本框中分别填写合适的频率值并发送； 2.用示波器观察TP35波形，验证是否为原输入信号相对应的FSK信号。 BPSK、DPSK、ASK调制实验操作均同FSK操作
通信原理 实 验 报 告
实验一 数字基带信号实验(AMI/HDB3) 一、 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AMI 、HDB 3的编码规则 3、掌握从HDB 3码信号中提取位同步信号的方法 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点 5、了解HDB 3（AMI ）编译码集成电路CD22103 二、 实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ ）、传号交替反转码（AMI ）、三阶高密度 双极性码（HDB 3）、整流后的AMI 码及整流后的HDB 3码 2、用示波器观察从HDB 3/AMI 码中提取位同步信号的波形 3、用示波器观察HDB 3、AMI 译码输出波形 三、 基本原理 本实验使用数字信源模块（EL-TS-M6）、AMI/HDB 3编译码模块（EL-TS-M6）。 BS S5S4S3S2S1 BS-OUT NRZ-OUT CLK 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 010×0111××××××××× ×××××××数据2 数据1 帧同步码 无定义位 图1-2 帧结构 四、实验步骤 1、 熟悉信源模块和HDB3/AMI 编译码模块的工作原理。 2、 插上模块（EL-TS-M6），打开电源。用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。 用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）；
通信原理实验指导书西南大学电子信息工程学院实验教学中心
目录 前言 .............................................. 错误！未定义书签。目录 (1) 拨码器开关设置一览表 (2) 第一部分通信原理预备性实验 (5) 实验1 平台介绍及实验注意事项 (5) 实验2 DDS信号源实验 (8) 第二部分通信原理重要部件实验 (11) 实验1 抽样定理及其应用实验 (11) 实验2 PCM编译码系统实验 (16) 实验3 FSK（ASK）调制解调实验 (20) 实验4 PSK DPSK调制解调实验 (25) 实验5 位同步提取实验 (33) 实验6 眼图观察测量实验 (38) 实验7 基带信号的常见码型变换实验 (43) 实验8 AMI/HDB3编译码实验 (50) 实验9 幅度调制（AM）实验* (54) 实验10 幅度解调（AM）实验* (61) 实验11 频率调制（PM）实验* (64) 实验12 频率解调（PM）实验* (68) 第三部分信道复用技术和均衡技术实验 (72) 实验1 频分复用/解复用实验 (72) 实验2 时分复用/解复用（TDM）实验 (76)
拨码器开关设置一览表 在本实验平台上，我们采用了红色的拨码器，设置各种实验的项目、信号类型、功能和参数。拨码器的白色开关上位为1；下位为0。现将各主要拨码开关功能列表说明如下：
注：1. 时钟与基带数据产生模块中各铆孔与测量点说明： 4P01为原始基带数据输出铆孔； 4P02为码元时钟输出铆孔； 4P03为相对码输出铆孔。 4TP01为码型变换后输出数据测量点； 4TP02为编码时钟测量点。 2．以上实验设置的功能和各种参数也可根据学校要求定制。 表0-2“信道编码与ASK。FSK。PSK。QPSK调制”拨码开关SW03状态设置与功能一览表 表0-3“基带同步与信道译码模块”拨码开关25SW01状态设置与功能一览表 注：译码模块25SW01第一位X为空位待用。
实验一、PCM编译码实验 实验步骤 1. 准备工作：加电后，将交换模块中的跳线开关KQ01置于左端PCM编码位置，此时MC145540工作在PCM编码状态。 2. PCM串行接口时序观察 （1）输出时钟和帧同步时隙信号观测：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）。 （2）抽样时钟信号与PCM编码数据测量：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。 3. PCM编码器 （1）方法一： （A）准备：将跳线开关K501设置在测试位置，跳线开关K001置于右端选择外部信号,用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。 （B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。分析为什么采用一般的示波器不能进行有效的观察。 （2）方法二： （A）准备：将输入信号选择开关K501设置在测试位置，将交换模块内测试信号选择开关K001设置在内部测试信号（左端）。此时由该模块产生一个1KHz的测试信号，送入PCM编码器。（B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以内部测试信号（TP501）做同步（注意：需三通道观察）。分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。 4. PCM译码器 （1）准备：跳线开关K501设置在测试位置、K504设置在正常位置，K001置于右端选择外部信号。此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。 （2） PCM译码器输出模拟信号观测：用示波器同时观测解码器输出信号端（TP506）和编码器输入信号端口（TP501），观测信号时以TP501做同步。定性的观测解码信号与输入信号的关系：质量、电平、延时。 5. PCM频率响应测量：将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号电平。观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。
实验报告 课程名称：通信原理指导老师：_____成绩：____________ 实验名称：伪随机编码实验类型：________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一．实验目的 1、用逻辑门分别实现四阶m 序列、四阶M 序列、五阶m 序列、五阶M 序列伪随机码。 2、了解数字信号的波形特点。 3、掌握D 触发器延时设计数字电路的原理及方法。 二．实验原理 1、伪随机码 可以预先确定并且可以重复实现的序列称为确定序列；既不能预先确定又不能重复实现的序列称随机序列；不能预先确定但可以重复产生的序列称伪随机序列。 2、m 序列 m 序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是一种伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。对于一个线性反馈移位寄存器来说，全“0”状态不会转入其他状态，所以线性移位寄存器的序列的最长周期为 2^n-1。当n 级线性移位寄存器产生的序列{ai}的周期为T= 2^n-1时，称{ai}为n 级m 序列。 3、M 序列 和m 序列不同，M 序列是最长非线性移位寄存器序列，所以n 阶M 序列发生器的最长周期为 2^n ，多了全“0”状态。 三．实验过程 1、4阶m 序列 查找本原多项式表，得到4级m 序列的本原多项式为41x x ++ 0C =1C =4C =1 2C =3C =0 电路图：
实 验波形 2、5阶m 序列 查找本原多项式表，得到5级m 序列的本原多项式为521x x ++ 0C =2C =5C =1 1C =3C =4C =0 电路图： 仿真结果：