通信原理_(完整)

通信原理期末考试复习重点总结(完整版)work Information Technology Company.2020YEAR《通信原理》考试重要知识点第1章绪论掌握内容：通信系统的基本问题与主要性能指标；模拟通信与数字通信；信息量、平均信息量、信息速率。

熟悉内容：通信系统的分类；通信方式。

了解内容：通信的概念与发展；1.1---1.3 基本概念1、信号：消息的电的表示形式。

在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。

2、消息：信息的物理表现形式。

如语言、文字、数据或图像等。

3、信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。

4、数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。

5、模拟信号是指信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的。

6、数字通信是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。

它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。

7、模拟通信是指利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的。

8、数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。

9、通信系统的一般模型10、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。

11、模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。

模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。

完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。

12、数字通信系统是传输数字信号的通信系统。

数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。

13、数字信道模型14、通信系统的分类1 、按通信业务分类分为话务通信和非话务通信。

2、根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。

1、如果系统满足理想低通传输特性，则频带利用率可以达到： Ca 、1B/Hzb 、1bit/Hzc 、2B/Hzd 、2bit/Hz2、一个均值为零的平稳高斯窄带噪声，它的包络一维分布服从 Ca 、高斯分布b 、均匀分布c 、瑞利分布d 、莱斯分布3、模拟信号解调的“门限效应”有可能出现在__B__信号的解调中：a 、DSBb 、AMc 、PMd 、SSB （包络检波存在门限效应）4、发端发送纠错码，收端译码器自动发现并纠正错误,传输方式为单向传输，这种差错控制的工作方式被称为:Aa 、FECb 、ARQ(检错码，混合ARQ 是纠检错码)c 、IFd 、HEC10、发端发出检错和纠错码组，收端对错误能纠正的就自动纠正,纠正不了时将判决信号送回发端，发端把收端认为有错(且纠不了）的消息重发到收端，以达到正确传输。

这种差错控制的工作方式被称为:D a 、FEC b 、ARQ c 、IF d 、HEC11、发端发出检错码，收端译码器判决码组中有无错误出现，再把判决信号送回发端，发端根据判决信号将收端认为有错的消息重发到收端,直到正确接收为止.这种差错控制的工作方式被称为：B a 、FEC b 、ARQ c 、IF d 、HEC1、收端把收到的消息原封不动地送回发端，发端把反馈回来的信息与原发送信息进行比较，并把二者不一致的部分重发到收端。

这种差错控制的工作方式被称为：Ca 、FECb 、ARQc 、IFd 、HEC12、汉明码的最小码距为：Ba 、2b 、3c 、4d 、55、在“0"、“1”等概率出现情况下,以下哪种码能够直接提取位同步信号：Ca 单极性不归零码（有直流分量）b 双极性归零码 C 、单极性归零码 d 双极性不归零码（无直流分量）6、无码间串扰的基带系统传输双极性信号时，误码率与信噪功率比ρ的关系为a 、b 、c 、d 、8、以奈奎斯特速率进行抽样得到的以下抽样信号，仅用理想低通滤波器不可能将原始信号恢复出来的是。

第一章1.通信的目的是传输消息中所包含的息。

消息是信息的物理表现形式，信息是消息的有效内容。

.信号是消息的传输载体。

2.根据携载消息的信号参量是连续取值还是离散取值，信号分为模拟信号和数字信号．，3.通信系统有不同的分类方法。

按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号（信号特征分类），相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。

按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统。

4.数字通信已成为当前通信技术的主流。

5.与模拟通信相比，数字通信系统具有抗干扰能力强，可消除噪声积累；差错可控；数字处理灵活，可以将来自不同信源的信号综合刭一起传输；易集成，成本低；保密性好等优点。

缺点是占用带宽大，同步要求高。

6.按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信。

7.按数据码先排列的顾序可分为并行传输和串行传输。

8.信息量是对消息发生的概率（不确定性）的度量。

9.一个二进制码元含1b的信息量；一个M进制码元含有log2M比特的信息量。

等概率发送时，信源的熵有最大值。

10.有效性和可靠性是通信系统的两个主要指标。

两者相互矛盾而又相对统一，且可互换。

在模拟通信系统中，有效性可用带宽衡量，可靠性可用输出信噪比衡量。

11.在数字通信系统中，有效性用频带利用率表示，可靠性用误码率、误信率表示。

12.信息速率是每秒发送的比特数；码元速率是每秒发送的码元个数。

13.码元速率在数值上小于等于信息速率。

码元速率决定了发送信号所需的传输带宽。

第二章14.确知信号按照其强度可以分为能量信号和功率信号。

功率信号按照其有无周期性划分，又可以分为周期性信号和非周期性信号。

15.能量信号的振幅和持续时间都是有限的，其能量有限，（在无限长的时间上）平均功率为零。

功率信号的持续时间无限，故其能量为无穷大。

16.确知信号的性质可以从频域和时域两方面研究。

17.确知信号在频域中的性质有4种，即频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度。

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。

第一章习题习题1.1 在英文字母中E 出现的概率最大，等于0.105，试求其信息量。

解：E 的信息量：()()b 25.3105.0log E log E 1log 222E =-=-==P P I习题1.2 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，设每个符号独立出现，其出现的概率分别为1/4，1/4，3/16，5/16。

试求该信息源中每个符号的信息量。

解：b A P A P I A 241log )(log )(1log 222=-=-==b I B 415.2163log 2=-= b I C 415.2163log 2=-= b I D 678.1165log 2=-= 习题1.3 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，这些符号分别用二进制码组00，01，10，11表示。

若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。

（1） 这四个符号等概率出现； （2）这四个符号出现概率如习题1.2所示。

解：（1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为2×5ms。

传送字母的符号速率为Bd 100105213B =⨯⨯=-R 等概时的平均信息速率为b 2004log log 2B 2B b ===R M R R（2）平均信息量为符号比特977.1516log 165316log 1634log 414log 412222=+++=H 则平均信息速率为 b 7.197977.1100B b =⨯==H R R习题1.4 试问上题中的码元速率是多少？解：311200 Bd 5*10B B R T -===错误!未找到引用源。

习题1.5 设一个信息源由64个不同的符号组成，其中16个符号的出现概率均为1/32，其余48个符号出现的概率为1/96，若此信息源每秒发出1000个独立的符号，试求该信息源的平均信息速率。

解：该信息源的熵为96log 961*4832log 321*16)(log )()(log )()(22264121+=-=-=∑∑==i i i i M i i x P x P x P x P X H=5.79比特/符号因此，该信息源的平均信息速率 1000*5.795790 b/s b R mH ===错误!未找到引用源。

通信原理复习题 第一章 绪论 重要概念：1、通信的目的：就是传递消息。

2、通信的定义：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。

3、通信系统模型：信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。

发送设备：对原始电信号（基带信号）进行各种处理和变换，使它变成适合于信道中传输的形式。

信道：是指传输信号的物理媒质。

接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。

信宿：将复原的原始电信号转换成相应的消息。

4、模拟信号：信号参量的取值是连续的或无穷多个值，且直接与消息相对应的信号，例如语音信号。

数字信号：信号参量只能取有限个值，并常常不直接与消息向对应的信号。

它们都有可能是连续信号或离散信号。

5、通信系统的分类按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 6、通信方式：按传输方向：单工、半双工和全双工通信 按码元排列方式：并行传输和串行传输 7、信息与消息：消息：通信系统中传送的对象。

信息：消息中包含的抽象的、本质的内容。

消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。

8、信息量计算公式：)(log )(1log x p x p I a a-==平均信息量（信息熵）的计算公式：典型例题：例：设有四个信息A 、B 、C 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8、1/2传送，每个消息出现是相互独立的，其平均住处量H=___________。

通信系统的评价：有效性和可靠性。

模拟系统的评价：有效带宽和信噪比；数字系统的评价：传输速率（传信率、传码率）和频带利用率。

)(2log 2log }{)(1111b p p I p I E x H mi p i mi p i mi i i i i∑∑∑===-====例：某数据通信系统调制速率为1200 Bd ，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，①求误码率。

第五章测试一 单选题（5*3）1、A 律13折中， 逐次比较编码后的结果送到译码器解码，解码后的结果和编码后的结果（经过7/11变换）比较，下列关系哪个是对的：a 、相等b 、大于c 、小于d 、以上都不对 (d)2、一个频带限制在0到f x 以内的低通信号x(t)，用f s 速率进行理想抽样，若要不失真的恢复x(t)，要求f s 与f x 关系满足：a 、b 、c 、d 、 (a)3 、对于ΔM 编码过程，过载量化噪声通常发生在：a 、信号幅值较大时b 、信号频率较大时c 、噪声较大时d 、信号斜率较大时 （d ） 4 、以奈奎斯特速率进行抽样得到的以下抽样信号，仅用理想低通滤波器不可能将原始信号恢复出来的是。

a 、自然抽样b 、曲顶抽样c 、理想抽样d 、平顶抽样 （d ）5、PCM 均匀量化信噪比随着________增大而增大。

a 、量化级数b 、量化台阶c 、噪声功率d 、采样频率 （a ）二 计算题：（85分）1、对输入的正弦信号分别进行PCM 和ΔM 编码，要求在PCM 中进行均匀量化，量化级为Q ，在ΔM 中量化台阶σ和抽样频率fs 的选择保证不过载：(20分)（1）分别求出PCM 和ΔM 的最小实际比特率；（2）若两者的比特率相同，确定量化台阶σ的取值。

（1）PCM 最小比特速率为（4分）在ΔM 中不过载要求：也就是ΔM 中，每采样一次对应一个bit( 1 或 0) ,因此ΔM 输出比特率等于采样速率 故ΔM 最小比特速率为：（2）根据题意可知可得：2、设简单增量调制系统的量化台阶σ＝50mV ，抽样频率为32kHz ，求当输入信号为800 Hz Q f Q f R m s B 222log log ⨯=⨯=()s f dt t dx σ≤max σωσωm m s s m m A f f A ≥≤σωm m B A R =Q f m 22log ⨯σωm m A =Q A Q f A m m m m 222log log πωσ==正弦波时，信号振幅动态范围。

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..实验二参考结果实验三 ASK调制与解调实验一、实验目的理解ASK调制方法与解调方法..二、实验原理本实验中ASK调制方法：键控法原始数字信号采用250HZ方波信号代替;载波为2KHZ正弦交流信号;利用方波信号切换开关电路实现调制过程..本实验中ASK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ASK调制方法与解调方法..实验三参考结果实验四 FSK调制与解调实验一、实验目的理解FSK调制方法与解调方法..二、实验原理本实验中FSK调制方法：键控法原始数字信号采用250HZ方波信号代替;载波分别为2KHZ和1KHZ正弦交流信号;利用方波信号切换开关电路实现调制过程..本实验中FSK解调方法：PLL电路+低通滤波＋抽样判决器..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FSK调制方法与解调方法..实验四参考结果实验五时分复用数字基带传输一、实验目的掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程..二、实验原理本实验用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统;使系统正常工作..用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号..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PCM调制方法与解调方法..实验五参考结果实验六光纤传输实验一、实验目的掌握抽样定理;了解时分复用原理;了解光纤的基本原理及传输过程..二、实验原理本实验用PCM调制及解调板、光通信发射及接收板、光纤通信模块组成音乐光纤传输通信系统;使系统正常工作..用示波器观察各测试信号..三、实验所需部件调制板、解调板、发射板、接收板、光纤通信模块、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光纤传输方法..实验六参考结果实验七模拟锁相环与载波同步一、实验目的掌握模拟锁相环的工作原理;以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念..掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法..了解相干载波相位模糊现象产生的原因..二、实验原理通信系统中常用平方环或同相正交环科斯塔斯环从2DPSK信号中提取相干载波..本实验系统的载波同步提取模块用平方环;原理方框图如图7-1所示..模块内部使用+5V、+12V、-12V电压;所需的2DPSK输入信号已在实验电路板上与数字调制单元2DPSK输出信号连在一起..图7-1 载波同步方框图本模块上有以下测试点及输入输出点：• MU 平方器输出测试点;V＞1VP-P＞0.2V• VCO VCO输出信号测试点;VP-P鉴相器输出信号测试点• Ud• CAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点图7-1中各单元与电路板上主要元器件的对应关系如下：•平方器U25：模拟乘法器MC1496•鉴相器U23：模拟乘法器MC1496；U24：运放UA741•环路滤波器电阻R25、R68；电容C11•压控振荡器CRY2：晶体；N3、N4：三极管3DG6•放大整形N5、N6：3DG6；U26:A：74HC04•÷2 U27：D触发器7474•移相器U28：单稳态触发器7474•滤波器电感L2；电容C30下面介绍模拟锁相环原理及平方环载波同步原理..锁相环由鉴相器PD、环路滤波器LF及压控振荡器VCO组成;如图7-2所示..u o (t)图7-2 锁相环方框图模拟锁相环中;PD 是一个模拟乘法器;LF 是一个有源或无源低通滤波器..锁相环路是一个相位负反馈系统;PD 检测u i t 与u o t 之间的相位误差并进行运算形成误差电压u d t;LF 用来滤除乘法器输出的高频分量包括和频及其他的高频噪声形成控制电压u c t;在u c t 的作用下、u o t 的相位向u i t 的相位靠近..设u i t=U i sin ωi t+θi t;u o t=U o cos ωi t+θo t;则u d t=U d sin θe t;θe t=θi t-θo t;故模拟锁相环的PD 是一个正弦PD..设u c t=u d tFP;FP 为LF 的传输算子;VCO 的压控灵敏度为K o ;则环路的数学模型如图7-3所示..θi (t)o (t)图7-3 模拟环数学模型当6)(πθ≤t e 时;e d e d U t U θθ=)(sin ;令K d =U d 为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad;则环路线性化数学模型如图7-4所示..θi (t)θo (t)图7-4 环路线性化数学模型由上述数学模型进行数学分析;可得到以下重要结论：• 当u i t 是固定频率正弦信号θi t 为常数时;在环路的作用下;VCO 输出信号频率可以由固有振荡频率ωo 即环路无输入信号、环路对VCO 无控制作用时VCO 的振荡频率;变化到输入信号频率ωi ;此时θo t 也是一个常数;u d t 、u c t 都为直流..我们称此为环路的锁定状态..定义Δωo =ωi -ωo 为环路固有频差;Δωp 表示环路的捕捉带;ΔωH 表示环路的同步带;模拟锁相环中Δωp <ΔωH ..当|Δωo |<ΔωP 时;环路可以进入锁定状态..当|Δωo |<ΔωH 时环路可以保持锁定状态..当|Δωo |>ΔωP 时;环路不能进入锁定状态;环路锁定后若Δωo 发生变化使|Δωo |>ΔωH ;环路不能保持锁定状态..这两种情况下;环路都将处于失锁状态..失锁状态下u d t 是一个上下不对称的差拍电压;当ωi >ωo ;u d t 是上宽下窄的差拍电压；反之u d t 是一个下宽上窄的差拍电压..• 环路对θi t 呈低通特性;即环路可以将θi t 中的低频成分传递到输出端;θi t 中的高频成分被环路滤除..或者说;θo t 中只含有θi t 的低频成分;θi t 中的高频成分变成了相位误差θe t..所以当u i t 是调角信号时;环路对u i t 等效为一个带通滤波器;离ωi 较远的频率成分将被环路滤掉..• 环路自然谐振频率ωn 及阻尼系数ζ具体公式在下文中给出是两个重要参数..ωn 越小;环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄；ζ越大;环路稳定性越好..• 当环路输入端有噪声时;θi t 将发生抖动;ωn 越小;环路滤除噪声的能力越强..实验一中的电荷泵锁相环4046的性能与模拟环相似;所以它可以将一个周期不恒定的信号变为一个等周期信号..对2DPSK 信号进行平方处理后得2/)2cos 1(cos )()(222t t t m t S c c ωω+==;此信号中只含有直流和2ωc 频率成分;理论上对此信号再进行隔直流和二分频处理就可得到相干载波..锁相环似乎是多余的;当然并非如此..实际工程中考虑到下述问题必须用锁相环：• 平方电路不理想;其输出信号幅度随数字基带信号变化;不是一个标准的二倍频正弦信号..即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分;必须滤除.. • 接收机收到的2DPSK 信号中含有噪声本实验系统为理想信道;无噪声;因而平方电路输出信号中也含有噪声;必须用一个窄带滤波器滤除噪声..• 锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器;我们可以选择适当的环路参数使带通滤波器带宽足够小..对于本模拟环;ωn 、ζ、环路等效噪声带宽B L 及等效带通滤波器的品质因数Q 的计算公式如下：L n L n d n B fQ B C R C R R K K o21168116825o,)41(8,2,)(=+==+=ζζωωζω 式中f o =4.433×106HZ;等于载频的两倍..设计环路时通过测量得到K d 、K o ;一般选ζ值为0.5~1;根据任务要求选定ωn后即可求得环路滤波器的元件值..当固有频差为0时;模拟环输出信号的相位超前输入相位90︒;必须对除2电路输出信号进行移相才能得到相干载波..移相电路由两个单稳态触发器U28:A 和U28:B 构成..U28:A 被设置为上升沿触发;U28:B 为下降沿触发;故改变U28:A 输出信号的宽度即可改变U28:B 输出信号的相位;从而改变相干载波的相位..此移相电路的移相范围小于90︒..在锁定状态下微调C 34也会改变输出信号与输入信号的相位关系为什么;请思考..可对相干载波的相位模糊作如下解释..在数学上对cos2ωct进行除2运算的结果是cosωc t或-cosωct..实际电路也决定了相干载波可能有两个相反的相位;因二分频器的初始状态可以为“0”也可以是“1”..三、实验所需部件数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元..四、实验步骤环路锁定时ud为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率此锁相环中即等于VCO信号频率..环路失锁时ud为差拍电压;环路输入信号频率与反馈信号频率不相等..本环路输入信号频率等于2DPSK载频的两倍;即等于调制单元CAR信号频率的两倍..环路锁定时VCO信号频率等于CAR-OUT信号频率的两倍..所以环路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT频率完全相等..根据上述特点可判断环路的工作状态;具体实验步骤如下：1观察锁定状态与失锁状态打开电源后用示波器观察ud ;若ud为直流;则调节载波同步模块上的可变电容C 34;ud随C34减小而减小;随C34增大而增大为什么请思考;这说明环路处于锁定状态..用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT;可以看到两个信号频率相等..若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率..在锁定状态下;向某一方向变化C34;可使ud由直流变为交流;CAR和CAR-OUT频率不再相等;环路由锁定状态变为失锁..接通电源后ud 也可能是差拍信号;表示环路已处于失锁状态..失锁时ud的最大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围对应于环路的同步范围..环路处于失锁状态时;CAR和CAR-OUT频率不相等..调节C34使ud的差拍频率降低;当频率降低到某一程度时ud会突然变成直流;环路由失锁状态变为锁定状态..2测量同步带与捕捉带环路处于锁定状态后;慢慢增大C34;使ud增大到锁定状态下的最大值ud1此值不大于+12V；继续增大C34;ud变为交流上宽下窄的周期信号;环路失锁..再反向调节减小C34;ud的频率逐渐变低;不对称程度越来越大;直至变为直流..记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2；继续减小C34;使ud减小到锁定状态下的最小值ud3；再继续减小C34;ud变为交流下宽上窄的周期信号;环路再次失锁..然后反向增大C34;记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4..令ΔV1=ud1- ud3;ΔV2=ud2- ud4;它们分别为同步范围内及捕捉范围内环路控制电压的变化范围;可以发现ΔV1＞ΔV2..设VCO的灵敏度为KHZ/V;则环路同步带ΔfH及捕捉带ΔfP 分别为：ΔfH=KΔV1/2 ;ΔfP=KΔV2/2 ..应说明的是;由于VCO是晶体压控振荡器;它的频率变化范围比较小;调节C34时环路可能只能从一个方向由锁定状态变化到失锁状态;此时可用ΔfH =Kud1-6或Δf H =K 06-u d3、Δf P =K 0u d2-6或Δf P =K 06-u d4来计算同步带和捕捉带;式中6为u d 变化范围的中值单位：V..作上述观察时应注意：• u d 差拍频率低但幅度大;而CAR 和CAR-OUT 的频率高但幅度很小;用示波器观察这些信号时应注意幅度旋钮和频率旋钮的调整..• 失锁时;CAR 和CAR-OUT 频率不相等;但当频差较大时;在鉴相器输出端电容的作用下;u d 幅度较小..此时向某一方向改变C 34;可使u d 幅度逐步变大、频率逐步减小、最后变为直流;环路进入锁定状态..• 环路锁定时;u d 不是一个纯净的直流信号;在直流电平上叠加有一个很小的交流信号..这种现象是由于环路输入信号不是一个纯净的正弦信号所造成的.. 4. 观察环路的捕捉过程先使环路处于失锁定状态;慢慢调节C 34;使环路刚刚进入锁定状态后;关闭电源开关;然后再打开电源;用示波器观察u d ;可以发现u d 由差拍信号变为直流的变化瞬态过程..u d 的这种变化表示了环路的捕捉过程..5. 观察相干载波相位模糊现象使环路锁定;用示波器同时观察调制单元的CAR 和载波同步单元的CAR-OUT 信号;调节电位器P 1或微调电容C 34使两者成为反相或同相..反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相..五、实验报告要求1. 总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点..2. 设K 0=18 HZ/V ;根据实验结果计算环路同步带Δf H 及捕捉带Δf P ..3. 由公式116825o )(C R R K K d n +=ω及n CR ωζ21168=计算环路参数ωn 和ζ;式中K d =6 V/rad;K o =2π×18 rad/s.v;R 25=2×104 Ω;R 68=5×103 Ω;C 11=2.2×10-6 F ..f n =ωn /2π应远小于码速率;ζ应大于0.5..4. 总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因..5. 设VCO 固有振荡频率f 0 不变;环路输入信号频率可以改变;试拟订测量环路同步带及捕捉带的步骤..实验八数字锁相环与位同步一、实验目的掌握数字锁相环工作原理以及触发式数字锁相环的快速捕获原理..掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求..掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念..二、实验原理可用窄带带通滤波器;锁相环来提取位同步信号..实验一中用模数混合锁相环电荷泵锁相环提取位同步信号;它要求输入信号是一个准周期数字信号..实验三中的模拟环也可以提取位同步信号;它要求输入准周期正弦信号..本实验使用数字锁相环提取位同步信号;它不要求输入信号一定是周期信号或准周期信号;其工作频率低于模数环和模拟环..用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型数字环和触发器型数字环;此实验系统中的位同步提取模块用的是触发器型数字环;它具有捕捉时间短、抗噪能力强等特点..位同步模块原理框图如图8-1所示..其内部仅使用+5V电压..图8-1 位同步器方框图位同步模块有以下测试点及输入输出点：• S-IN 基带信号输入点/测试点2个• BS-OUT 位同步信号输出点/测试点3个图8-1中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：•晶振CRY3：晶体；U39：7404•控制器U48：或门7432；U41：计数器74190•鉴相器U40：D触发器7474•量化器U45：可编程计数器8254•数字环路滤波器由软件完成•数控振荡U46、U45：8254•脉冲展宽器U47：单稳态触发器74123位同步器由控制器、数字锁相环及脉冲展宽器组成;数字锁相环包括数字鉴相器、量化器、数字环路滤波器、数控振荡器等单元..下面介绍位同步器的工作原理..数字锁相环是一个单片机系统;主要器件是单片机89C51及可编程计数器8254..环路中使用了两片8254;共六个计数器;分别表示为8254A 0、8254A 1、8254A 2、8254B 0、8254B 1、8254B 2..它们分别工作在M 0、M 1、M 2三种工作模式..M 0为计数中断方式;M 1为单稳方式;M2为分频方式..除地址线、数据线外;每个8254芯片还有时钟输入端C 、门控信号输入端G 和输出端O ..数字鉴相器电原理图及波形图如图8-2a 、图8-2b 所示..输出信号宽度正比于信号u i 及u o 上升沿之间的相位差;最大值为u i 的码元宽度..称此鉴相器为触发器型鉴相器;称包含有触发器型鉴相器的数字环路为触发器型数字锁相环..u i (b) 波形(a) 电路u du o图8-2 数字鉴相器量化器把相位误差变为多进制数字信号;它由工作于M 0方式、计数常数为N 0的8254 B 2完成N 0为量化级数;此处N 0=52..u d 作为8254B 2的门控信号;u d 为高电平时8254B 2进行减计数;u d 为低电平时禁止计数;计数结束后从8254B 2读得的数字为N d = N 0-N ’d 8-1式中N ’d 为u d 脉冲宽度的量化值下面用量化值表示脉冲宽度和时间间隔;N 0≥N ’d ;读数结束后再给8254B 2写入计数常数N 0..读数时刻由8254A 2控制;它工作在M 1模式;计数常数为N 0;u i 作为门控信号..一个u i 脉冲使8254A 2产生一个宽度为N 0的负脉冲;倒相后变为正脉冲送到89C51的1INT 端;而89C51的外中断1被设置为负跳变中断申请方式..由于8254A 2产生的脉冲宽度不小于u d 脉冲宽度且它们的前沿处于同一时刻;所以可以确保中断申请后对8254B 2读数时它已停止计数..数字环路滤波器由软件完成..可采用许多种软件算法;一种简单有效的方法是对一组N 0作平均处理..设无噪声时环路锁定后u i 与u o 的相位差为N 0/2;则在噪声的作用下;锁定时的相位误差可能大于N 0/2也可能小于N 0/2..这两种情况出现的概率相同;所以平均处理可以减小噪声的影响;m 个N d 值的平均值为∑==mi did m NN 18-2数字滤波器的输出为N c = N o / 2 + N d 8-3数控振荡器由四个8254计数器及一些门电路构成;其原理框图如图8-3所示;图中已注明了各个计数器的工作方式和计数常数..以下分析环路的锁定状态及捕捉过程;此时不考虑噪声的影响..图8-3 数控振荡器环路开始工作时;软件使8254B0和8254B1输出高电平;从而使8254A1处于计数工作状态、8254B1处于停止计数状态;G6处于开启状态;8254A1输出一个周期为N的周期信号..若环路处于锁定状态;则N’d =N/2;由式8-1及式8-2得Nd=N/2..此时89c51的P1.4口不输出触发脉冲;8254A输出端仍保持初始化时的高电平;从而使8254B0的门控端G保持低电平、输出端O保持高电平..这样可保持8254A1、8254B1的工作状态不变、环路仍处于锁定状态..若环路失锁;则N’d ≠N/2;Nd≠N/2;P1.4口输出一个正脉冲u2;在u2作用下;8254A输出一个宽度为N的负脉冲;倒相后变为正脉冲u3送给与门G2..G2的另一个输入信号u1来自8254A1..在G1输出的宽度为N的正脉冲持续时间内;8254A1一定有也只有一个负脉冲信号输入;此负脉冲经G4倒相后与G1输出的正脉冲相与后给8254B的G端送一个触发信号u4..在u4的作用下;8254B0输出一个宽度为N-2的负脉冲..在这段时间内;8254A1停止计数工作;8254B1进行减计数且在此时间内的最后一个时钟周期输出一个负脉冲..8254B输出的负脉冲的后沿重新启动8254A1;使它重新作÷N分频..设m=1;上述过程的有关波形如图8-4所示;图中uO为环路锁定状态下数控振荡器的输出信号..由图8-4可见;不管失锁时相位误差多少不会大于N;只要对数控振荡器作一次调整;就可使环路进入锁定状态;从而实现快速捕捉..程序流程如图8-5所示;输入信号ui 使IE1置“1”;且使8254B2计数;对IE1进行位操作时又使之置“0”..由于量化误差;故当Nd 为N／2;N/2＋1或N/2－1时;环路皆处于锁定状态;不对数控振荡器进行调整..程序中令m=16;进行16次鉴相后做一次平均运算;若发现环路失锁;则对数控振荡器进行一次调整..控制器的作用是保证每次对8254B2进行读操作之前鉴相器只输出一个正脉冲;它由或门7432U5:B及16分频器74190U13组成..uiu1u 2u 3u4u5u6uOu’O图8-4 捕获过程波形当数字环输入信号的码速率与数控振荡器的固有频率完全相同时;环路锁定后输入信号与反馈信号即位同步信号的相位关系是固定的且符合抽样判决器的要求当然开环时它们的相位误差也是固定的;但不符合抽样判决器的要求..输入信号码速率决定于发送端的时钟频率;数控振荡器固有频率决定于位同步器的时钟频率和数控振荡器固有分频比..由于时钟信号频率稳定度是有限的;故这两个时钟信号的频率不可能完全相同;因此锁相环输入信号码速率与数控振荡器固有频率不可能完全相等即环路固有频差不为0..数字环位同步器是一个离散同步器;只有当输入信号的电平发生跳变时才可能对输入信号的相位和反馈信号的相位进行比较从而调整反馈信号的相位;在两次相位调整的时间间隔内;反馈信号的相位相对于输入信号的相位是变化的;即数字环位同步器提取的位同步信号的相位是抖动的;即使输入信号无噪声也是如此..图8-5 锁相环程序流程显然;收发时钟频率稳定度越高;数字环的固有频差就越小;提取的位同步信号的相位抖动范围越小..反之;对同步信号的相位抖动要求越严格;则收发时钟的频率稳定度也应越高..位同步信号抖动范围还与数字位同步器输入信号的连“1”或“0”个数有关;连“1”或“0”个数越多;两次相位调整之间的时间间隔越长;位同步信号的相位抖动越大..对于NRZ码来说;允许其连“1”、连“0”的个数决定于数字环的同步保持时间tc ..tc与收发时钟频率稳定度ε、码速率RB、允许的同步误差最大值πη2的关系为：t C =η/2RBεt C 的定义是：位同步器输入信号断开后;收发位同步信号相位误差不超过πη2的时间..用模拟环位同步器或模数环位同步器提取的位同步信号的相位抖动与固有频差无关;但随信息码连“1”、连“0”的个数增多而增大..三、实验所需部件数字信源单元和位同步单元..四、实验步骤1、熟悉位同步单元工作原理..将数字信源单元的NRZ-OUT连接到位同步单元的S-IN点;接通实验箱电源..调整信源模块的K1、K2、K3开关;使NRZ-OUT的连“0”和连“1”个数较少..2、观察数字环的锁定状态和失锁状态..将示波器的两个探头分别接数字信源单元的NRZ-OUT和位同步单元的BS-OUT;调节位同步单元上的可变电容C;观察数字环的锁定状态和失锁状态..锁定时2BS-OUT信号上升沿位于NRZ-OUT信号的码元中间且在很小范围内抖动；失锁时;BS-OUT的相位抖动很大;可能超出一个码元宽度范围;变得模糊混乱..3、观察位同步信号抖动范围与位同步器输入信号连“1”或连“0”个数的关系..调节可变电容使环路锁定且BS-OUT信号相位抖动范围最小即固有频差最小;增大NRZ-OUT信号的连“0”或连“1”个数;观察BS-OUT信号的相位抖动变化情况..4、观察位同步器的快速捕捉现象、位同步信号相位抖动大小及同步保持时间与环路固有频差的关系..先使BS-OUT信号的相位抖动最小;按一下复位键;观察NRZ-OUT与BS-OUT信号的之间的相位关系变化快慢情况;再按一下复位键;观察快速捕捉现象位同步信号BS-OUT的相位一步调整到位..再微调位同步单元上的可变电容即增大固有频差当BS-OUT相位抖动增大时按一下复位键;观察NRZ-OUT信号与BS-OUT信号的相位关变化快慢情况并与固有频差最小时进行定性比较..五、实验报告要求1、数字环位同步器输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时;提取的位同步信号相位抖动增大;试解释此现象..的η倍;2、设数字环固有频差为Δf;允许同步信号相位抖动范围为码元宽度TS及允许输入的NRZ码的连“1”或“0”个数最大值..求同步保持时间tC3、数字环同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大;试解释此现象..4、若将AMI码或HDB码整流后作为数字环位同步器的输入信号;能否提取出位3同步信号为什么对这两种码的信息代码中连“1”个数有无限制对AMI码的信码的信息代码中连“0”个数有无限制为息代码中连“0”个数有无限制对HDB3什么5、试提出一种新的环路滤波器算法;使环路具有更好的抗噪能力..6、试解释本实验使用的数字锁相环快速捕捉机理;并与超前滞后型数字环进行比较..。

通信原理部分答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第一章绪论何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。

设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。

一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。

数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。

其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。

1-10通信系统的主要性能指标是有哪些？通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。

其中有效性和可靠性是主要性能指标，在模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。