实验指导 通信原理 通信原理实验指导.doc

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1、目 录实验一 抽样定理和脉冲调幅(PAM)实验1实验二 脉冲编码调制(PCM)实验 9实验三 增量调制(M)编译码实验 18实验四 移相键控(PSK)实验 28实验五 HDB3码型变换实验 40实验七 数字基带信号处理实验 60实验一 抽样定理和脉冲调幅（PAM）实验一、实验目的 1、验证抽样定理； 2、观察了解PAM信号形成过程，平顶展宽解调过程； 3、了解时分多路系统中的路际串话现象。二、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

2、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

3、。抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。 图1-1 单路PCM系统示意图 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。 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fH(即m(t)的频谱中没有fH以上的分量)，可以唯一

4、地由频率等于或大于2fH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fH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fs2fH，就会出现频谱混迭的现象，如图1-5所示。图1-2 语音信号的频谱图1-3 语言信号的抽样频谱和抽样信号的频谱 在验证抽样

5、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。 图1-4 留出防卫带的语音信号的抽样频谱图1-5 fs2fH时语音信号的抽样频谱验证抽样定理的实验方框如图1-6所示。在图1-8中，连接(TP8)和(TP14)，就构成了抽样定理实验电路。抽样电路采用场效应晶体管开关电路。抽样门在抽样脉冲的控制下以每秒八千次的速度开关。T1为结型场效应晶体管，T2为驱动三极管。当抽样脉冲没来时，驱动三极管处于截止状态，-5V电压加在场效应晶体管栅极G，只要G极电位负于源

6、极S的电位，并且|UGS|UP|，则场效应晶体管处于夹断状态，输出信号为“0”。抽样脉冲来时，驱动三极管导通，发射极+5V电压加到驱动二极管，使之反向偏置。从截止到导通的跳变电压经跨接在二极管两端的电容加到场效应晶体管的G极。使栅极、源极之间的电压迅速达到场效应晶体管导通的数值，并一直达到使源极电压等于漏极上的模拟电压。这样，抽样脉冲期间模拟电压经场效应晶体管开关加到负载上。由于抽样电路的负载是一个电阻，因此抽样的输出端能得到一串脉冲信号。此脉冲信号的幅度与抽样时输入信号的瞬时值成正比例，脉冲的宽度与抽样脉冲的宽度相同。这样，脉冲信号就是脉冲调幅信号。当抽样脉冲宽度远小于抽样周期时，电路输出的

7、结果接近于理想抽样序列。由图1-6可知，用一低通滤波器即可实现模拟信号的恢复。为便于观察，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。 图1-6 抽样定理实验方框图3、多路脉冲调幅(PAM信号的形成和解调) 多路脉冲调幅的实验框图如图1-7所示。在图1-8电原理图中，连接(TP8)和(TP11)、(TP13)和(TP14)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

8、分路抽样电路。 图1-7 多路脉冲调幅实验框图 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。发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它们所使用的定时脉冲的对应关系决定的。为简化实验系统，本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。接收端的选通电路也采用结型场效应晶体管作为开关元件,但输出负载不是电阻而是电容。采用这种类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度S是很窄的。当占空比为S/TS 的脉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

9、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过大的问题。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，但在幅度上却是连续的。而在PCM系统里，PAM信号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。4、多路脉冲调幅系统中的路际串话 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的各路通话之间的串话。串话分可懂串话和不可懂串话,前者造成失密或影响正常通话；后者等于噪声干扰。对路际串话必须设法防止。一个实

10、用的通话系统必须满足对路际串话规定的指标。 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，以至侵入邻路隙时，就产生了路际串话。 在考虑通道频带高频端时，可将整个通道简化为图19所示的低通网络，它的上截止频率为： f1=1/(2R1C1)图1-9 通道的低通等效网络 为了分析方便，设第一路有幅度为V的PAM脉冲，而其它路没有。当矩形脉冲通过图1-9(a)所示的低通网络，输出波形如图1-9(b)所示。脉冲终了时，波形按R1C1时间常数指数下降。这样，就有了第一路脉冲在第二路时隙

11、上的残存电压串话电压U，这种由于信道的高频响应不够引起的路际串话就叫做高频串话。 当考虑通道频带的低频端时，可将通道简化为图110所示的高通网络。它的下截止频率为： f2=1/(2R2C2) 由于R2C2 ，所以，当脉冲通过图1-10(a)所示的高通网络后，输出波形如图1-10(b)所示。长长的“拖尾”影响到相隔很远的时隙。若计算某一话路上的串话电压，则需要计算前n路对这一路分别产生的串话电压，积累起来才是总的串话电压。这种由于信道的低频响应不够而引起的路际串话就叫做低频串话。解决低频串话是一项很困难的工作。 图1-10 通道的高频等效网络限于实验条件，本实验只模拟了高频串话的信道。 以上几部

12、分电路所需要的定时脉冲均由图1-8中的定时电路提供。三、实验仪器 双踪同步示波器 SR8 四、实验内容与步骤 (一) 抽样和分路脉冲的形成 用示波器和频率计观察并核对各脉冲信号的频率、波形及脉冲宽度，并记录相应的波形。 1、在(TP1)观察主振脉冲信号。 2、在(TP2)观察分路抽样脉冲；在(TP3)观察分路抽样脉冲。 3、在(TP2)观察分路抽样脉冲；在(TP3)观察分路抽样脉冲。4、用双踪示波器比较（TP2）（TP2），（TP3）（TP3）的时序。(二) 验证抽样定理1、 正弦信号从(TP4)输入，fH=1KHz，幅度2VP-P。2、 连接（TP2）（TP6）。 3、以(TP4)作双踪同步

13、示波器的比较信号，观察(TP8)抽样后形成的PAM信号。调整示波器触发同步，使PAM信号在示波器上现示稳定，计算在一个信号周期内的抽样次数。核对信号频率与抽样频率的关系。 4、连接(TP8)(TP14)，在(TP15)观察经低通滤波器和放大器的解调信号。测量其频率，确定和输入信号的关系，验证抽样定理。 5、改变fH，令fH=6KHz，重复2、3、4项内容，验证抽样定理。 (三) PAM信号的形成和解调 连接(TP8)(TP11)、(TP13)(TP14)、(TP3)（TP12)，观察并画出以下各点的波形。1、 在(TP4)输入正弦信号，fH=1KHz，幅度2Vp-p。 2、以(TP4)作为双踪

14、同步示波器的比较信号，在(TP8)观察单路PAM信号。 3、在(TP13)观察选通后的单路解调展宽信号，用示波器读出的宽度（用S作单位）。 4、在(TP15)观察经低通滤波器放大后的音频信号。 5、改变输入正弦信号的频率(fmax3.4KHz可取500、1K、2K、3K)，在(TP15)测量整个系统的频率特性,测试数据填入下表。f(Hz)500100020003000TP15（V） (四) 多路PAM系统中的路际串话现象 连接(TP2)(TP12)，接入分路选通脉冲。 1、在(TP4)输入正弦信号，fH1KHz。 2、在(TP15)观察第一路串入第二路的信号，用示波器观察并测量其频率和幅度。

15、3、连接(TP8)(TP9)、(TP10)(TP11)，将开关K向下置于电容C11处，重复1、2项的内容，并与之比较。 4、将开关K向上置于电容C12处，重复1、2项的内容，并与2、3项的结果比较。五、实验报告 1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。 2、本实验在(TP8)和(TP13)得到的是哪一类抽样的波形？从理论上对理想抽样、自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。 3、对实验内容(二)进行讨论。当fs2fH和fsRs，即D0时有 Vcs(Vcc/2-Vo)G （6）这时控制电压与G 成线性关系。 将Vo=0.12V，(Vcc/2)6V代入上式，得 Vcs15.98G （7） 当D0，控制电

16、压V与G成非线性关系。设D=3，得 VCS2=(23.52G)/(1+3G) （8） 图3-7给出VCS1和VCS2与C的关系曲线，曲线VCS2的斜率大于曲线VCS1的斜率，这就意味着VCS2的压扩特性更接近于理想特性。 语音音节包络的变化范围约为5ms到20ms。取15ms，220ms，这时 2/1=4 2/1=(CS(RS+RP)/(CSRS)=1+D D=3 选CS=0.33F，则RS15.15K，RP=15.15K，取RS=15K，RP=47K得D3.13。 在临界过载时，G达到最小值。对正弦信号可得G0.436，这时控制电压Vcs的最大值约为(计算从略) Vmax4.48V 此值决定

17、了限流电阻Rx1.5K。图3-7 V与G的关系曲线 (二) 定时电路 图3-9 定时部分时间关系图MC3418编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供，为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态，定时部分可给出2048KHz及8路32KHz的定时，定时部分的时间关系如图3-9所示。为确保收、发同步，本实验系统的编码和译码部分公用一个定时源，这是有别于实际情况的。 三、实验仪器 *杂音计 ND5 *失真度测试仪 BS1 双踪同步示波器 SR8 四、实验内容与步骤 (一)、 时钟部分 主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的定时，再经分频分相后得到8路32KHz的定时。用示波器在(TP1)

18、点观察主振波形，用频率计测量其频率。在(TP2)、(TP3)、(TP4)观察并测量2048KHz和32KHz定时。 (二)、 发送滤波器 在(TP5)输入频率为1KHz、幅度为2Vp-p的音频信号。在(TP5)观察输入信号，在(TP6)观察输出信号，记下它们的幅度和波形。 (三)、 M编码器 在(TP6)观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在(TP7)观察本地译码信号。在(TP8)观察编码输出的数字信号(幅度约为10Vp-p)。以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律。对应正弦波过零处应有连“0”或联“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。 (四)、 M译码器 用短线连接(TP8)(TP9)，即将编码信号送入译码器。在(TP9)观察输入译码器的编码信号，在(TP10)观察译码器输出的模拟信号，画出波形。 (五)、 接收滤波器 在(TP10)观察滤波器的输入信号。在(TP11)观察滤波器输出的模拟信号。记下它们的波形和幅度。 (六)、 系统性能测试 系统性能有三项指标：动态范围