1、第8章 数字通信实验项目8.1 实验实验系统概述系统概述8.2 数字通信基础实验数字通信基础实验项目项目 图 8.1 JH50001()通信系统实验箱8.1 实验系统概述实验系统概述本实验项目采用南京捷辉科技有限公司开发的 JH50001()通信系统实验箱,如图8.1 所示。JH50001()通信系统实验箱具有以下特点:(1)基础性:与当今通信原理课程和教学大纲结合紧密;(2)全面性:通过众多的测试接口,对每一个电路模块都能有一个全面的了解;(3)实用性:便于老师对实验内容进行组织和实施;(4)概念清晰:通过大量的基础实验内容保证课程教学的需要;(5)重点突出:通过基础实验内容的操作和测试,为
2、通信专业的学生后续学习奠定良好的基础。8.1.1 8.1.1 电路组成概述电路组成概述JH50001()通信原理实验箱模块布局如图 8.1 所示,该实验系统主要包括下列基本模块:汉明编码模块;汉明译码模块;信号模块;PAM 模块;AM 调制模块;AM 解调模块;数字调制模块;基带成形模块;D/A 模块;中频调制模块;中频解调模块;A/D 模块;数字解调模块;FSK 调制/解调模块;HDB 3/AMI 模块;模拟锁相模块;电源模块。该实验箱采用模块化、积木化的设计思想,减少了老师开设实验时课前的准备及维护设备的工作量。在该硬件平台中,模块功能加强。对于每一个模块,在 PCB 每个测试模块都能独立
3、开设实验,便于教学与学习。使用该实验箱总共可以开设 13 个实验项目(即每个模块都可以独立开设一个实验),基于学时和篇幅的限制,本书只选择编入了 8 个最具代表性和实用性的实验。在 JH50001()通信原理实验箱中,电源插座与电源开关在机箱的后面,电源模块在该实验箱电路板的下面,它主要完成交流 220V 到+5V、+12V、-12V 的直流变换,给整个硬件平台供电。8.1.2 DS 5000 8.1.2 DS 5000 数字示波器初识数字示波器初识1.DS 5000 1.DS 5000 的前面板和用户界面的前面板和用户界面DS 5000 向用户提供简单而功能明晰的前面板,以进行基本的操作。面
4、板上包括旋钮和功能按钮。旋钮的功能与其他示波器类似。显示屏右侧的一列 5 个灰色按钮为菜单操作键(自上而下定义为 15 号),通过它们,可以设置当前菜单的不同选项。其他按钮(包括彩色按钮)为功能键,通过它们,可以进入不同的功能菜单或直接获得特定的功能应用,详细功能说明如图 8.2 所示。2.2.探头补偿和自动设置探头补偿和自动设置(1)探头补偿。在首次将探头与任一输入通道连接时,进行此项调节,使探头与输入通道相配。未经补偿或补偿偏差的探头会导致测量误差或错误。若调整探头补偿,如图 8.3所示,请按如下步骤:将探头菜单衰减系数设定为 10X,并将示波器探头与通道 1 连接。将探头端部与探头补偿器
5、的信号输出连接器相连,基准导线夹与探头补偿器的地线连接器相连,打开通道1,然后按 AUTO。检查所显示波形的形状。如必要,用非金属质地的改锥调整探头上的可变电容,直到屏幕显示的波形如图 8.3(b)“补偿正确”。必要时,重复步骤。(2)自动设置。DS 5000 系列数字存储示波器具有自动设置的功能,根据输入的信号,可自动调整电压倍率、时基以及触发方式至最好形态显示。应用自动设置要求被测信号的频率大于或等于 50Hz,占空比大于 1%。具体操作是按界面右上角 AOTU 按钮。图 8.2 DS 5000 的面板和显示界面功能说明 图 8.3 补偿过度、正确、不足波形图3.3.垂直系统垂直系统在垂直
6、控制区(VERTICAL)有五个按钮和两个旋钮。垂直 POSITION 旋钮用于调整波形垂直方向上的移动,转动垂直 SCALE 旋钮改变 Volt/div(伏/格)垂直挡位。按钮CH1、CH2 分别用于通道一、通道二的选择,MATH 为数学运算,REF 为参考波形,OFF则用于关闭菜单或关闭当前选择通道。4.4.水平系统水平系统在水平控制区(HORIZONTAL)有一个按钮和两个旋钮。水平 SCALE 旋钮用于改变S/div(秒/格)水平挡位设置,旋钮 POSITION 用于调整信号在波形窗口内的水平位置。按钮 MENU 用于显示 TIME 菜单。在这个菜单下可以开启/关闭延迟扫描或切换 YT
7、、X Y 显示模式,也可以设置水平 POSITION 旋钮的触发位移或触发释抑模式。5.5.触发系统触发系统在触发控制区(TRIGGER)有一个旋钮和三个按钮。使用 LEVEL 旋钮改变触发电平设置。在触发耦合为交流或低频抑制时,触发电平以百分比显示。MENU 按钮用于调出促发操作菜单,改变触发位置,50%按钮用于设定触发电平在触发信号幅值的垂直中间;FORCE 按钮用于强制产生一触发信号,主要应用于触发方式中的普通和单次模式。8.1.3 DS 5000 8.1.3 DS 5000 数字示波器用户指南数字示波器用户指南1.1.垂直系统垂直系统(1)通道 CH1 和 CH2 功能。CH1 和 C
8、H2 各有自己独立的垂直菜单,可以进行单独的设置。按下 CH1 或 CH2 按钮,其操作菜单说明如表 8.1 及图 8.4 所示。图 8.4 通道设置说明 图 8.5 通道设置中的数字滤波及频率设置(2)数学运算 MATH 功能。数学运算 MATH 功能是显示 CH1、CH2 通道波形相加、相减、相乘、相除以及 FFT 运算的结果。数学运算的结果同样可以通过栅格或游标进行测量。其功能菜单说明如表 8.3 所示。(3)REF 功能。在实际测试过程中,用 DS 5000 示波器测量、观察有关组件的波形,可以把波形和参考波形样板进行比较,从而判断故障原因。此法在具有详尽电路工作点参考波形条件下尤为适
9、用。该按钮的功能菜单说明如表 8.5 所示。(4)选择和关闭通道。DS 5000 的 CH1、CH2 为信号输入通道。此外,对于数学运算MATH 和 REF 的显示和操作也是按通道的等同观念来处理。因此,在处理 MATH 和REF 时,也可以理解为是在处理相对独立的通道。打开或选择某一通道时,只需按其对应的通道按钮。若关闭一个通道,首先,此通道必须在当前处于选中状态,然后按 OFF 按钮即可将其关闭,如图 8.6 所示。图 8.6 REF 功能说明示意图2.2.水平系统水平系统水平 POSITION 和水平 SCALE 旋钮的用法与垂直旋钮的用法相似。水平系统菜单功能如表 8.6 所示。3.3
10、.触发系统触发系统触发决定了示波器何时开始采集数据和显示波形。一旦触发被正确设定,它可以将不稳定的显示转换成有意义的波形。示波器在开始采集数据时,先收集足够的数据在触发点的左方画出波形。示波器在等待触发条件发生的同时连续地采集数据。当检测到触发后,示波器连续地采集足够的数据以在触发点的右方画出波形。触发控制区包括触发电平调整旋钮 LEVEL(设定触发点对应的信号电压);设定触发电平在信号垂直中点处,50%处强制触发按键 FORCE;触发菜单按键 MENU,其功能如表 8.7 所示。4.MANU 4.MANU 常用功能键常用功能键(1)采样系统功能。MENU 控制区的 ACQUIRE 为采样系统
11、的功能按键,其功能说明如表 8.8 所示。(2)显示系统功能。MENU 控制区的 DISPLAY 为采样系统的功能按键,其功能说明如表 8.9 所示。(3)存储和调出功能。MENU 控制区的 STORAGE 为存储系统的功能按键,其功能说明如表 8.10 所示。(4)辅助系统功能。MENU 控制区的 UTILITY 为辅助系统功能按键,其功能说明如表 8.11 所示。(5)自动测量。MENU 控制区的 MEASURE 为自动测量功能按键,显示系统自动测量操作菜单。该示波器具有 20 种自动测量功能,包括峰 峰值、最大值、最小值、顶端值、底端值、幅值、平均值、均方根值、过冲、预冲、频率、周期、上
12、升时间、下降时间、正占空比、负占空比、延迟 1-2、正脉宽、负脉宽的测量,共 10 种电压测量和 10 种时间测量。(6)光标测量。MENU 控制区的 CURSOR 为光标测量功能按键。光标模式允许用户通过移动光标进行测量。光标测量分为三种模式:手动方式、追踪方式、自动测量方式。5.5.执行按键执行按键执行按键包括 AUTO(自动设置)和 RUN/STOP(运行/停止)。AUTO(自动设置)自动设定仪器各项控制值,以产生适宜观察的波形显示。按 AUTO(自动设置)键,可以快速设置和测量信号。8.2 8.2 数字通信基础实验项目数字通信基础实验项目8.2.1 PAM 8.2.1 PAM 实验实验
13、一、实验目的(1)验证抽样定理。(2)观察 PAM 信号的抽样过程。(3)了解混叠效应产生的原因。(4)学习抽样的基本方法。二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。(3)函数信号发生器。三、实验原理三、实验原理利用抽样脉冲把一个连续信号变为时间上离散的样值序列,这一过程称为抽样,抽样后的信号称为脉冲调幅(PAM)信号。抽样定理指出,一个频率受限信号 m(t),如果它的最高频率为 f h,则可以唯一地由频率等于或大于 2 f h的样值序列所决定。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始信号。在抽样
14、定理实验中,采用标准的 8kHz 抽样频率,并用函数信号发生器产生一个信号,通过改变函数信号发生器的频率,观察抽样序列和重建信号,检验抽样定理的正确性。抽样定理实验各点间波形如图 8.7 所示。图 8.7 抽样定理实验原理框图 图 8.8 抽样定理实验电路组成框图四、实验内容四、实验内容 1.准备工作跳线连接:K001 置“外部”(即“2 3”连接);K701 置“测试”(即“2 3”连接);KQ02 置“右端”(即“2 3”连接);K702 置“滤波”。调整函数信号发生器,选择正弦波输出,频率 f=1kHz,输出电平 v pp=2V,并接入实验箱面板的 J005 端口上。2.2.自然抽样脉冲
15、序列测量自然抽样脉冲序列测量(1)TP701 和 TP703 两个测试点的波形比较(输入模拟信号与抽样后信号比较)。建议数一数一个正弦波周期内有几个抽样点,从而辨识抽样频率 f c 与信号频率 f 之间的关系是否满足抽样定理要求。(2)TP701 和 TP704 两个测试点的波形比较(输入模拟信号与抽样后进行重建还原信号比较)。3.3.信号混叠观测信号混叠观测将跳线 K702 置“直通”(即无滤波器),仅仅改变函数信号发生器正弦波频率 f=7.5kHz 左右,观察 TP701 和 TP704 两个测试点的波形。4.4.平顶抽样脉冲序列测量平顶抽样脉冲序列测量除了将 KQ02 置“左端”(即“1
16、-2”连接)外,其他步骤与上面 2-3 方法一样。五、实验报告五、实验报告 (1)整理实验数据,画出测试波形。(2)采集采用抗混叠滤波器(即 K702 置“滤波”)时输出波形的性能(见表 8.12),并解释为什么。(4)总结一般规律。8.2.2 PCM 8.2.2 PCM 实验实验一、实验目的一、实验目的(1)了解语音编码的工作原理,验证 PCM 编、译码原理。(2)熟悉 PCM 抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系。(3)了解 PCM 专用大规模集成电路的工作原理和应用。(4)熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MH
17、z 双踪示波器。(3)函数信号发生器。三、实验原理三、实验原理图 8.9 为 PCM 实验模块电路组成框图,PCM 编、译码器模块由语音编译码集成电路U502(MC145540)、运放 U501(TL082)、晶振 U503(2.048 MHz)组成,对模拟信号进行PCM 编、译码。图 8.9 PCM 实验模块电路组成框图在 PCM 编、译码模块中,发送信号经 U501A 运放放大后,送入 U502 的 2 脚进行 PCM编码。编码输入时钟为 BCLK(256kHz),编码数据从 U502 的 20 脚输出(DT _ ADPCM),FSX为编码抽样时钟(8kHz)。译码之后的模拟信号经运放 U
18、501B 放大缓冲输出。PCM 编、译码模块中的各跳线功能如下:跳线开关 K501 用于选择输入信号,当 K501 置于测试位置时(右端)选择测试信号。测试信号主要用于测试 ADPCM 的编、译码特性。测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号,当设置在信号模块内的跳线开关 K001 设置在 1 2 位置(左端)时,选择内部1kHz 测试信号;当设置在 2 3 位置(右端)时选择外部测试信号。测试信号从测试端口输入。跳线器 K504 用于设置 PCM 译码器的输入数据选择,当 K504 置于左端时译码器数据来自 MC145540 的编码模块。图 8.9 模块中各测试点的定义如下:TP501:发
19、送输入模拟信号的测试点;TP502:PCM 发送码字;TP503:PCM 编码器输入/输出时钟;TP504:PCM 编码抽样时钟;TP505:PCM 接收码字;TP506:接收模拟信号的测试点。四、实验内容四、实验内容1.1.准备工作准备工作跳线连接:K001 置“测试”(左端);KQ01 置“PCM”(左端);K501 置“测试”(右端);K504 置“正”(左端)。调整函数信号发生器,选择正弦波输出,频率 f=1kHz,输出电平 vpp=2V,并接入实验箱面板的 J005 端口上。2.PCM 2.PCM 编码及时钟观察及测试编码及时钟观察及测试(1)TP502 与 TP504 波形比较,并
20、读出 12 个以上样值数的 PCM 编码,找出重复编码的周期。(2)TP502 与 TP505 波形比较,发现其差异。(3)比较 TP503 与 TP504 两个时钟信号的频率差异及特点,如:一个抽样脉冲(TP504)中可容纳几个位脉冲(TP503);两个抽样脉冲(读取在 TP504 处两个以上周期波中)间可容纳几个(TP503 处)位脉冲。3.3.观察观察 PCM PCM 译码性能及测试译码性能及测试比较 TP501 与 TP505 波形,观察 PCM 译码恢复效果好坏,测试译码恢复信号的质量、电平、延时等性能。4.PCM 4.PCM 频率响应测量频率响应测量将测试信号电平固定在 v pp=
21、2V,调整测试信号频率,定性地观测解码恢复出的模拟信号电平。观测输出信号电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。五、实验报告五、实验报告(1)整理实验数据,画出相应的曲线和波形,由此定性描述 PCM 编、译码的特性。(2)描述 PCM 集成芯片的串接同步接口的时序关系,即 TP503 与 TP504 之间的关系。(3)填写表 8.14 的测试数据,并画出 PCM 的频响特性。8.2.3 8.2.3 基带传输系统实验基带传输系统实验(眼图眼图)一、实验目的一、实验目的(1)了解奈奎斯特基带传输设计准则。(2)熟悉升余弦基带传输信号的特点。(3)掌握眼图信号的观察方法。(4)学习评价眼图信号的基
22、本方法。二、实验仪器二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。三、实验原理三、实验原理基带传输是调制传输(俗称频带传输)的基础,也是频带传输的等效低通信号表示。基带传输系统的框图如 8.10 所示。如果认为信道特性是理想的,其整个传输系统的传输函数H(f)为 图 8.10 基带传输系统的框图 图 8.11 图 8.12 眼图主要的性能指标示意图 图 8.13 基带传输框图基带传输模块中各测试点的定义如下:TPM01:发送的时钟用做同步;TPM02:实验箱内部产生的输入数字信号;TPM03:经过差分后的输入数字信号;TPi03:滤波器输出基带传输后的信号
23、(眼图观测点);TPi04:滤波器输出基带传输后的信号。四、实验内容四、实验内容1.1.准备工作准备工作跳线连接:K001 置“内部”;KG01 置“下端”;KP01 置“12”(右端);KG03 置“12(32 位置);KG02 测试数据选择依据如表 8.15 所示。”2.2.眼图观察并测试内容眼图观察并测试内容(1)当 KG04 选择 =0(非归零码)时,分别观察 KG02 取“全 1 码”“全 0 码”“0/1 码”“更长 m 序列”这 4 种情况下,观察 TPi03(或 TPi04)测试点的波形,并测量所观察到的波形眼图的各项指标,如上眼皮的电压值(信号失真)、下眼皮的电压值、左眼皮的
24、电压值(过零点失真)、右眼皮的电压值、垂直最大张角的电压值(噪声容限)、水平最大张角的电压值(定时抖动灵敏度)。(2)当 KG04 选择 =0.3(升余弦滤波)时,重复上面的观察和测试。(3)当 KG04 选择 =0.4(升余弦滤波)时,重复上面的观察和测试。(4)当 KG04 选择 =0.4(开根号升余弦滤波)时,重复上面的观察和测试。在上面 4 种情况下的 16 个波形中,凡是可看到眼图波形的请测试眼图指标,对于看不到眼图的波形请测量其他参数(如电压、频率等参数)。特别提示:眼 图是在动 态情况下 观 测,所 以 在 测 试 过 程 中 切 记 不 可 用 示 波 器 中“STOP”键。五
25、、实验报告五、实验报告(1)详细整理 4 种情况下的实验数据,并画出对应的波形和数据。(2)根据比较 4 种情况下眼图的数据,指出其不同点。(3)叙述奈奎斯特滤波作用,归纳升余弦滤波对基带传输的影响。(4)画出 TPM02 和 TPi03(或 TPi04)测试点的工作波形。二、实验仪器二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。三、实验原理三、实验原理AMI 码的全称是传号极性反转码。其编码方法:“0”零电平;“1”正、负交替脉冲。一般在传输前需对信息序列进行“随机化”(伪随机化)处理,以避免长“0”串出现,如图8.14 所示。图 8.14 AMI 码的
26、编码波形示意图AMI 码具有编、译码电路简单及便于观察误码情况等优点,是一种基本的线路码,但是 AMI 码有一个重要的缺点,就是信号中出现连“0”时会造成提取定时信号困难。为了保持 AMI 码的优点而克服其缺点,提出了许多改进方法,其中 HDB3 码就是其中具有代表性的一种。HDB3 码的全称为 3 阶高密度双极性码。它的编码原理是:先把消息代码变换成 AMI码,然后去检查 AMI 码的连 0 串情况,当没有 4 个以上连 0 串时,则这时的 AMI 码就是HDB3;当出现连 0 状态数 3,则对每 3+1=4 位连“0”,用特定的码组取代之,该码组称为取代节。其取代节的编码方式,每个取代节占
27、 4 个脉冲的时间宽度,取代节的形式为“B00V”或“000V”,其中:B 脉冲符合极性交替的规律;V 脉冲破坏极性交替的规律(以便接收端识别),V 脉冲所在的位置称为“破坏点”。而译码方法是每遇到一个取代节,用 4 个连“0”替代之。图 8.15 所示为 HDB 3 码的编码示意图。图 8.15 HDB 3 码编码示意图 图 8.16 AMI/HDB 3 编、译码模块组成框图在图 8.16 中,输入的码流进入 UD01 的 1 脚,在 2 脚时钟信号的推动下输入 UD01 的编码 单 元,HDB3与 AMI 由 跳 线 开 关 KD03 选 择。编 码 之 后 的 结 果 在 UD01 的
28、14(TPD03)、15(TPD04)脚输出。输出信号在电路上直接返回到 UD01 的 11、13 脚,由UD01 内部译码单元进行译码。通常译码之后,TPD07 与 TPD01 的波形应一致,但由于当前的输出 HDB3 码字可能与前 4 个码字有关,因而 HDB3 的编、译码时延较大,运算放大器 UD02A 构成一个差 分放大器,用来将线 路输出的 HDB3码 变 换 为 双 极 性 码 输 出(TPD05)。运算放大器 UD02B 构成一个相加器,用来将线路输出的 HDB3 码变换为单极性码输出(TPD08)。各跳线开关分别实现不同功能的连接。该模块内各测试点的安排如下:TPD01:编码输
29、入数据(256kb/s);TPD02:编码输入时钟(256kHz);TPD03:HDB 3 输出+;TPD04:HDB 3 输出-;TPD05:HDB 3 输出(双极性码);TPD06:译码输入时钟(256kHz);TPD07:译码输出数据(256kb/s);TPD08:HDB 3 输出(单极性码)。四、实验内容四、实验内容1.1.准备工作准备工作跳线连接:K001 置“内部”;KG01 置“下端”;KQ01 置“左端”;KD01 置“12”(左端);KD02 置“1 2”(左端),KD03 置“12”为 HDB 3 编、译码;置“2 3”为 AMI 编、译码。KQ03 开关的选择与“眼图”实
30、验中“KG02”跳线含义一样。即 KQ03 跳线连接选择如表8.17 所示。2.2.观察并验证观察并验证 AMI AMI 编、译码编、译码观察和记录分别在输入“全 1 码”“全 0 码”和“更长 m 序列”三种情况下的波形:(1)TPD01 和 TPD05(编码波形)波形比较,观察 10 个以上的码元波形,并估计延时多少个码元值。(2)对 TPD01 和 TPD07 波形(译码后的波形)进行比较,观察还原效果及延时情况。3.3.观察并验证观察并验证 HDB 3 HDB 3 码的编、译码码的编、译码观察和记录分别在输入“全 1 码”“全 0 码”和“更长 m 序列”三种情况下的波形:(1)HDB
31、 3 观察 3 个以上的替代节,记录编码,找出替代节,并指出替代节的属性,即是“000V”还是“B00V”。.(2)对 TPD01 和 TPD07 波形(译码后的波形)进行比较,观察还原效果及延时情况。五、实验报告五、实验报告(1)详细整理实验数据,并画出对应的波形图和数据。(2)根据测量结果,分析 AMI 码和 HDB 3 码接收时钟提取电路受输入数据影响的关系。(3)总结 HDB3 码的信号特征。8.2.5 FSK 8.2.5 FSK 调制解调实验调制解调实验一、实验目的一、实验目的(1)了解 FSK 调制的基本工作原理。(2)验证 FSK 解调还原信号过程。二、实验仪器二、实验仪器(1)
32、JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。三、实验原理三、实验原理FSK 是通过改变载波信号的频率实现调制,即将信息信号(或基带信号)携带到载波信号的频率之中。在二进制频移键控中,FSK 的工作原理如图 8.17 所示。图 8.17 FSK 的工作原理示意图在 JH5001()通信原理综合实验箱中,FSK 调制框图如图 8.19 所示。在该板块中,用数字基带信号的电平高低不同控制 UE01(CD4046)内部的压控振荡器的振荡频率。当输入码元为 0 时,振荡频率为 69kHz;当输入码元为 1 时,振荡频率为2024kHz。这些频率范围的调整是通过 WE01、WE02
33、来获取的。其中,WE01 调整输入 1、0 信号的幅度,从而达到控制传号频率的间隔。WE02 是调整送入到 VOC 输入端信号的直流偏移,通过调整 WE02 达到控制 FSK 中心频率的作用。图 8.19 FSK 调制框图注意:FSK 的数据输入信号来源于基带成形模块的测试序列,其通过KG02 来选择不同的数据,数据速率受 KG03 控制,在 FSK 实验中,KG03 设置在 500b/s(KG03 处于23 状态)。FSK 解调框图如图 8.20 所示。FSK 的解调工作原理是:用一个模拟锁相环 UE02(CD4046)对输入的 FSK 信号进行鉴频。在解调模块中采用一个 PLL 环,当输入
34、的 FSK频率出现变化时,锁相环也紧随之变化,它是通过控制环路的输入电压 TPE04 来达到的。这样当输入信号频率为 2024kHz 时,锁相环的 VCO 控制电压为高电平,输出码元为 1;反之,当输入信号频率为 69kHz 时,锁相环的 VCO 控制电压为低电平,输出码元为 0。压控振荡器(VCO)的控制电压直接反映了 FSK 信号中的码元变化。将该 VCO 的输入控制电压送入比较器中之后就能得到 FSK 接收解调的数字信号。图 8.20 FSK 解调框图FSK 模块中两个特别跳线 KE01 和 KE02 的功能分别为:KE01 用于选择 UE01 的鉴相输出,当 KE01 设置于 1-2
35、时(右端),选择异或门鉴相输出;当 KE01 设置于 2-3 时(右端),选择三态门鉴相输出。KE02 用于选择输入锁相信号,当 KE02 置于 2-3 时(右端),输入信号来自 FSK 调制端;当 KE02 置于 1 2 时(左端),选择外部的测试信号。模块内各测试点的安排如下:TPE01:FSK 调制端的电平变换输出;TPE02:调制之后的 FSK 调制输出;TPE03:解调端的 PLL 压控振荡器输出;TPE04:FSK 解调的鉴频输出;TPE05:锁定指示(锁定时为高电平);TPE06:FSK 解调输出;TPE07:FSK 解调输入信号。四、实验内容四、实验内容1.1.准备工作准备工作
36、跳线连接:K001 置“内部”;KG01 置“下端”;KG03 置“右端”;KE01 和KE02 置“右端”;KG02 测试数据选择依据如表 8.8 所示。3.观察 KG02 选“0/1”时,K 调制与解调波形(1)先通过 TPM02 检查输入模块信号是否为 0/1 波形;(2)观察 TPE02 端 FSK 调制输出;(3)观察 TPE06 端 FSK 解调输出和 TPM02 波形比较;(4)观察 TPE07 端 FSK 解调输入信号和 TPE02 波形比较。8.2.6 8.2.6 汉明码系统汉明码系统一、实验目的一、实验目的通过纠错编、译码实验,加深对纠错编、译码理论的理解。二、实验仪器二、
37、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱;(2)20MHz 双踪示波器。三、实验原理三、实验原理差错控制编码的基本做法:在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元,这些多余的码元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系,一旦传输过程中发生差错,则信息码元与监督码元之间的校验关系将受到破坏,从而可以发现错误,乃至纠正错误。在 JH5001()通信原理综合实验箱中的纠错码系统采用汉明码(7,4)。其汉明编码器和译码器的电原理图如图 8.21 所示。图 8.21 汉明编、译码器电原理图汉明编、译码模块实验电路功能组成框图如图 8.22 所示
38、。汉明编译码模块中的各测试点定义如下:TPC01:输入数据;TPC02:输入时钟;TPC03:错码指示(无加错时,该点位为低电平);TPC04:编码模块输出时钟(56kHz/BPSK/DBPSK);TPC05:编码模块输出数据(56kHz/BPSK/DBPSK);TPW06:检测错码指示;图 8.22 汉明编、译码模块实验电路功能组成框图四、实验内容四、实验内容1.1.准备工作准备工作跳线连接:K001 置“内部”;KG01 置“下端”;KG03 置“右端”;KQ01 置“ADPCM”;KC01 置“2 3”;KW03 置“2 3”;SWC01 中设置 H EN 连接,如图 8.23 所示。2
39、.2.观察编译码规则验证观察编译码规则验证(1)SWC01 中 M SEL1 连接,m 序列为 1110 时;(2)SWC01 中 M SEL2 连接,M SEL1 拔下,m 序列为1010 时;图图 8.23 SWC01 设置设置(3)SWC01 中 M SEL1 和 M SEL2 拔下,m 序列为 0011 时。观察上述三种情况下:TPC01 和 TPC05 的关系;TPC01 和 TPC07 的关系。对照表 8 19,验证是否正确,一共 6 个波形。3.3.编码输入时钟和输出时钟编码输入时钟和输出时钟编码输入时钟 TPC02 和输出时钟 TPC04 比较。4.4.译码数据输出测量译码数据
40、输出测量(1)观测 TPC01 和 TPW07,以 TPC01 同步。(2)设置不同的 m 序列方式,重复上述实验。5.5.译码同步过程观测译码同步过程观测(1)插入 SWC01 中 H _ EN、ADPCM。KW01、KW02 设置在 2 3 位置。(2)检测 TPW03。断开 SWC01 中的 H _ EN,观测 TPW03 变化;然后插入 H _ EN,观测汉明译码的同步过程,记录测量结果。(3)将 ADPCM 数据换为 m 序列,重复上述测量步骤。五、实验报告五、实验报告(1)画出输入为 0011 码、1010 码和 1110m 序列码的汉明编码输出波形。(2)分析整理测试数据。(3)
41、分析讨论汉明编码系统的性能及应用的局限性。8.2.7 BPSK 8.2.7 BPSK 传输系统实验传输系统实验一、实验目的一、实验目的(1)学习观察 BPSK 的调制信号。(2)掌握 BPSK 调制原理。(3)熟悉 BPSK 调制载波包络的变化。(4)掌握 BPSK 解调的基本原理。(5)观察 BPSK 解调数据反相的现象。(6)掌握 BPSK 数据输入过程,且熟悉典型电路。二、实验仪器二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。(3)频谱测量仪。三、实验原理三、实验原理理论上,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、
42、0 码)而改变,通常这两个相位相差 180。如果每比特能量为 Eb,则传输的 BPSK 信号为 图 8.24 数据码流直接调制后的 BPSK 信号 图 8.25 直接数据调制与成形信号调制的波形四、实验内容四、实验内容1.1.跳线连接跳线连接K001 置“内部”;KG01 置“下端”(测试数据方式);KG02 置“最长 m 序列”(即 KG02的三个跳线器均插入);KG03 置“1 2”(32K 位置);KG04 置 =0.4 开根号升余弦响应(即和 8.2.3 节中 KG04 链接选择一样,两个跳线器均插入);KP01 置“左边”(相干解调)。图 8.26 BPSK 传输系统框图2.BPSK
43、 2.BPSK 调制基带信号眼图观测调制基带信号眼图观测以发送时钟(TPM01)作同步,观测发送信号眼图(TPi03)的波形。成形滤波器使用滚降系数为 =0.4 开根号升余弦响应,判断信号观察的效果。思考:怎样的系统才是最佳的?匹配滤波器最佳接收机性能如何如何从系统指标中反映出来?3.BPSK 3.BPSK 调制信号调制信号 0/0/相位测量相位测量KG02 置成测试序列为 1,使输入调制数据为 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
44、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/翻转。4.4.I I 路和路和 Q Q 路调制信号的相平面路调制信号的相平面(矢矢量图量图)信号观察信号观察测量 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、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。5.BPSK 5.BPSK 调制信号包络观察调制信号包络观察(1)KG02 置成输
45、出测试序列为 1,使输入调制数据为 0/1 码。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络变化与基带信号(TPi03)的相互关系,画出测量波形。(2)用 m 序列其他码型重复上一步实验,观测载波的包络变化。6.BPSK 6.BPSK 调制信号频谱测量调制信号频谱测量(1)准备:通过 KG02 使输入调制数据为最长 m 序列,观测 BPSK 信号频谱。(2)测量时,用一条中频电缆将频谱仪连接到调制器的 KO02 端口。调整频谱仪中心频率为 1.024MHz,扫描频率为 10kHz/DIV,分辨率带宽为 110kHz,调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为
46、合适位置。测量调制频谱占用带宽、电平等,记录实际测量结果,画出测量波形。7.7.接收端解调器眼图信号观测接收端解调器眼图信号观测(1)准备:同步骤 1,并用中频电缆连接 KO02 和 JL02,建立中频自环(自发自收)。(2)测量解调器 Q 支路眼图信号测试点 TPJ06(在 A/D 模块内)波形,观测时,用发送时钟 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)。8.8.解调器失锁时的眼图信号观测解调器失锁时的眼图信号观测将解调器相关载波锁相环(PLL)环路跳线开关 KL01 置于 2 3 位置(开环),使环路失锁。观测失锁时的解调器眼
47、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(注意:将示波器时基从正常位置调整25ms/DIV 对比观测)。9.9.解调器相干载波相位模糊度观测解调器相干载波相位模糊度观测(1)准备:同步骤 6。(2)通过 KG02 选择输入测试数据为较短的“特殊码序列”。(3)同双 踪 示 波 器 同 时 测 量 发 送 端 调 制 载 波(TPK06)和 接 收 端 恢 复 相 干 载 波(TPLZ06),并以 TPK06 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。10.10.解
48、调器位定时信号相位抖动观测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 TPP01 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?五、实验报告五、实验报告(1)写出眼图正确的观测方法。(2)画出主要测量点的工作波形。(3)说明 BPSK 的解调工作过程。8.2.8 DBPSK 8.2.8 DBPSK 传输系统实验传输系统实验一、实验目的一、实验目的(1)学习差分编码和译码方法。(2)掌握 DBPSK 调制和解调的基本原理。(3)掌握 DBPSK 数据传输过程,熟悉典型电路。(4)掌握差分编译码在 BPSK 通信系统中的应用。二、
49、实验仪器二、实验仪器(1)JH5001()通信原理基础实验箱。(2)20MHz 双踪示波器。三、实验原理三、实验原理由于 BPSK 会出现相位模糊现象,为了解决这一技术问题,通过在发送端码字上采用差分编码,经相干解调后再进行差分译码。将差分编译码技术与 BPSK 技术相结合产生了DBPSK 调制、解调方式。该实验中 DBPSK 的实现框图如图 8.27 所示。图 8.27 DBPSK 的实现框图四、实验步骤四、实验步骤1.BPSK 1.BPSK 解调器反相现象观察解调器反相现象观察(1)跳线连接:K001 置“内部”;KG01 置“下端”(测试数据方式);KG02 置“4 阶 m 序列”(即跳
50、线器状态为 101);KG03 置“1 2”(32K 位置);KG04 置 =0.4 开根号升余弦响应(即和 8.2.3 节中 KG04 链接选择一样,两个跳线器均插入);KP01 置“左边”(相干解调)。(2)不断插入、断开中频电缆,同时观察 TPi03、TPLZ06 的收、发载波相位,并记录所观察的现象;(3)不断插入、断开中频电缆,同时观察 TPi03、TPLZ06 的收、发眼图,并记录所观察的现象;(4)不断插入、断开中频电缆,同时观察 TPM03、TPM05 的收、发数据,并记录所观察的现象;总结:BPSK 解调器的解调特点,并说明原因。2.2.差分编码观察差分编码观察同时测量 TP
