哈工大通信原理实验报告.docx

Harbin Institute of Technology通信原理实验报告课程名称： 通信原理 院 系： 电子与信息工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 倪洁 实验时间： 2015年 12月 哈尔滨工业大学实验二 帧同步信号提取实验一、实验目的1.了解帧同步的提取过程。2.了解同步保护原理。3.掌握假同步，漏同步，捕捉动态和维持态的概念。二、实验原理时分复用通信系统，为了正确的传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，帧同步码应具有良好的识别特性。本实验系统帧长为24比特，划分三个时隙，每个时隙长度8比特，在每帧的第一时隙的第2至第8码元插入七位巴克码作为同步吗。第9至24比特传输两路数据脉冲。帧结构为：X11100101010101011001100，首位为无定义位。本实验模块由信号源，巴克码识别器和帧同步保护电路三部分构成，信号源提供时钟脉冲和数字基带脉冲，巴克码识别器包裹移位寄存器、相加器和判决器。其余部分完成同步保护功能。三、实验内容1.观察帧同步码无错误时帧同步器的维持状态。2.观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态3.观察帧同步器假同步现象和同步保护器。四、实验步骤1.开关K301接2.3脚。K302接1.2脚。2.接通电源，按下按键K1，K2，K300，使电路工作。3.观察同步器的同步状态将信号源中的SW001，SW002，SW003设置为11110010,10101010,11001100（其中第2-8位为帧同步码），SW301设置为1110，示波器1通道接TP303,2通道接TP302，TP304, TP305,TP306,观察上述信号波形，使帧同步码（SW001的2-8位）措一位，重新做上述观察，此时除了TP303外，个点波形不变，说明同步状态仍在维持。4.观察同步器的失步状态。关闭电源，断开K302，在开电源（三个发光二极管全亮）。使帧同步码措一位后再将K302届1,2脚，则同步器处于失步状态。观察TP302. TP304, TP305,TP306,各信号波形，此时，TP305，TP306，TP307 无波形输出。5.观察识别器假识别现象及同步保护器的同步保护作用重新将SW001置为11110010状态，同步器处于同步状态后（发光二极管D304熄灭）。再把SW001置为01010010状态，SW301置为1100，观察TP302，TP304, TP305,TP306,波形。此时TP305输出的为假同步识别信号，TP306输出的仍为正确的帧同步信号，说明同步保护器滤除了错误的识别信号。五、 测试点参考波形TP302TP303TP305TP306TP307六、实验分析本实验中巴克码识别器完成对七位巴克码的自相关运算，移位寄存器预置状态应与七位巴克码相同。当有正确的七位巴克码时，相加器输出七；当七位全对时，把位同步信息和数字基带信号输入给移位寄存器，识别器就会有帧同步是别的EPM信号输出。识别器先找到和帧同步码一致的信码码位，然后对帧逐个进行比较，如果接收端的本地同步码相位与信码码型不同，那么是假识别信号，否则是帧同步信号。实验三 位同步信号提取实验一、实验目的掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理二、实验原理用于位同步信号提取电路的数字锁相环有两种：超前滞后型和触发型，本实验采用的是触发型数字锁相环。位同步器是由控制器、数字锁相环和展宽器构成的。数字锁相环包括数字鉴相器、量化器。数字环路滤波器和数控震荡器等单元。晶振分频器为系统提供时钟，基带信号源为系统提供测试用数字信号。锁相环是位同步器的主要部分，其作用是把本地位定时脉冲与接收到的信息序列中的位定时信号锁定，即频率形同，相位一致（但存在某一固定剩余相差）。三、实验内容1.观察数字环的失锁状态，锁定状态。2.观察数字还锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差、信息代码的关系。3.观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。四、实验步骤1.接好电源，按下按钮K1，K2，K800是电路工作。2.将开关K801接2,3脚，K802，K803接1,2脚，拨码开关SW801处于非全零或者非全一状态下，用示波器观察TP802处的波形，应为以8bit为周期的的周期信号。然后将示波器的两个通道分别接TP804和TP806，若示波器上的两个信号相位差为3/2，则环路为锁定状态。3.断开电源，将K802接2,3脚，K801，K803接法不变，接通电源，此时用示波器双踪同时观察TP804和TP806，应可看到两个脉冲的相位差不为3/2，即环路处于失锁状态，按一次复位键SU801,3秒后，应可以看到此是两个脉冲的相位关系又发生了变化。重复按一次复位键，在观察一次，应该可以看到每次观察到的两个脉冲相位差都不一样，在将K802接1,2脚，可以看到两个脉冲的相位差迅速恢复为3/2，即环路立即进入锁定状态。此时再讲K802接2,3脚，两个脉冲的相位关系保持不变，环路保持锁定状态不变，即当环路固有频差为0时环路同步保持时间为无穷大。4.将K801接1，2脚，K802接1,2脚，将示波器两个通道一个接TP804，一个接TP807，同时观察，调节可调电容C809，使两个信号相差固定不变，表明环路进入了锁定状态。5此时再将K802接2,3脚，示波器接法不变，应可以看到两个信号的行为是变化的。6.观察位同步相位抖动的大小与位同步器输入信号连“0”和连”1”个数的关系。五、测试点参考波形TP802TP803TP804TP805TP806 TP807点波形六、实验分析信息码中的连“1”或连“0”码会造成位同步信号相位抖动。连“1”或连“0”的个数越多，滤波输出信号的周期和幅度变化越大，位同步输出信号的相位抖动也越大。控制器使数控振荡器在调整前，若发现鉴相器输出一个脉冲，则进行调整，进而使锁相环进入同步锁定状态，实现快速捕捉即可得到位同步信号。实验四 脉冲幅度调制与解调（PAM）一、实验目的1. 深入理解PAM系统的组成、工作原理及主要工作点波形。2观察连续信号的取样过程，加深对取样定理的理解。二、实验原理本实验是脉冲调制的一种，属于脉冲模拟调制，是音频信号对脉冲序列幅度进行调制，记作PAM。脉冲幅度调制实际上就是用脉冲对连续信号进行取样，使其变成时间离散的一系列取样值序列，为了保证解调后的信号较少是真，脉冲序列的重复频率fs与信号最高频率Fm之间应满足取样定理的要求。音频正弦信号（频率为2KHz）由TPA1输入，经音频放大与限幅后，接入PAM调制器，同时还有取样脉冲接入PAM调制器。TP604点脉冲的重复频率fs按取样定理决定，本实验约为25KHz，TP602点即为调幅脉冲序列。三、实验步骤1.了解试验箱各组成模块的分布，确认PAM模块的位置及测试点。2.接好电源，按下开关K1，K2和K600,这是PAM模块已通电工作。3.设置跳线开关：KA1届2、3脚、KA2接2、3脚，这时输入信号（有内部提供）与电路接通，同时解调器与调制器相连。4.观测各点波形TP601：输入音频信号，测出波形及频率F。TP604：取样脉冲序列，测出周期Ts。TP602：PAM脉冲序列TPA2：解调输入脉冲序列，与TP602波形相比较。OUT：解调后的输出信号四、测试点参考波形TP601TP604Tp602波形Tpa2波形OUT波形五、实验分析抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，造成系统失真的原因主要为：发送端的非理想抽样和接收端低通滤波的非理想所带来的误差。PAM调制：脉冲振幅调制，对模拟信号进行抽样，把周期性脉冲序列看作非正弦波，而抽样过程则是用模拟信号对它进行调制。PAM 解调：用低通滤波器对PAM调制信号的频谱进行滤波，得到的即为模拟信号的频谱，则只须将其进行傅里叶变换即可恢复信号。自然抽样才可以直接用低通滤波器解调，自然抽样后包含有原始信号频谱。实验五 脉冲编码调制与解调（PCM）一、实验目的1.了解PCM系统的组成及工作原理。2.观测各点波形，了解基带信号的形成过程。二、实验原理脉冲编码调制（PCM）是脉冲调制的一种特殊情况，他所传载的信号，不但在时间上是离散的，同时也在幅度取值上也是离散的。输入的音频信号（本实验为2KHz正弦信号）经取样后，变成时间离散的条幅脉冲序列，然后对每个取样值进行量化使其变为离散值，再用一定位数（本实验8位）的码组代替这一系列量化值，从而得到一列脉冲编码序列，完成编码调制过程。解调器进行上诉的逆过程：PCM序列经译码得到一个脉冲序列，在进行低通滤波器就可以恢复原始信号。三、实验步骤1.熟悉PCM模块在综合试验箱上的位置，了解各开关及测试点位置。2.将跳线开关K201置1-2脚，K203置1-2脚。3.接通电源，按下K1.K2和K200，这时PCM模块电路已工作。4.观测各点波形TP201：总时钟，频率2048KHz，占空比50%。TP203：第一路信号的时隙脉冲（位于全帧的第七号时熹）TP204：第二路信号的时隙脉冲（位于全帧的第2好时隙）。TP205：帧同步时隙脉冲（位于全帧的第0好时隙）。TP206：输入信号，正弦波F=2KHz，如果波形不好，可调整电位器W002，W003，W004.TP207：地一路PCM编码信号TP208：第二路PCM编码信号TP209：全帧信号，本实验只传输帧同步，第一路信号和第七路信号，它们分别占据第0、2、7时隙，其他时隙空闲，无脉冲。TP210：第一路解调信号输出，与TP206比较。TP211：第二路解调信号输出，与TP206比较。四、 测试点参考波形TP201点波形TP203点波形TP204点波形TP205点波形TP206点波形TP207点波形TP208点波形TP209点波形TP210点波形TP211五、实验分析输入的音频信号经取样后，变成时间离散的调幅脉冲序列，然后对每一个取样值进行量化使其变为离散值，再用一定位数的码组代替这一系列量化值，从而得到一列脉冲编码序列，完成编码调制过程。PCM是真正的数字编码。它将每个通道的指令数字化了，比如脉冲由1毫秒到2毫秒的变化，在PCM编码里用模数转换成1和0的数字码，再发出去。所以你用示波器会看到这各编码总是在变化中的。解调器进行上述的逆过程：PCM序列经译码后得到一个调幅脉冲序列，再进行低通滤波就可恢复原始信号。PCM是一种典型的话音信号数字化的波形编码方式，它是将模拟信号变换成二进制数字信号的常用方法。实验六 频移键控调制与解调（FSK）一、实验目的1.了解FSK系统的组成及工作原理2.观察个工作点播行，加深理解FSK调制与解调过程。二、实验原理频移键控是数字调制方式的一种，使用数字脉冲信号调制连续载波的频率。依据载波起始相位是否连续，可区分为相位连续式FSK和相位不连续式FSK二种。本实验为相位连续式FSK。三、实验步骤1.熟悉FSK模块在综合试验箱上的位置，了解各测试点和开关的位置。2.接通电源，按下开关K1、K2和K900，使本电路工作。3.将跳线开关K901接1-2脚，伪码信号通入两个模拟门，调制器开始工作，将开关K902届2-3脚，使解调器与FSK信号断开。4.观测各点波形TP901：频率为32KHz的方波。TP902：频率为16KHz的方波。此二组方波均有本设备的脉冲信号源提供。TP903：频率为32KHz的正弦波。TP904：频率为16KHz的正弦波，此二点的信号幅度由W901和W902调节，应是他们幅度近似相等，约为2V。TP905：7位伪码，速率为2KHz。TP906：为TP905的反码。TP907：FSK输出信号。TP908：解调器的输入信号，与TP907相同。TP909：VCO输出的32KHz方波，分析此信号为什么显示不稳。TP910: 解调输出。5.实验结束后，请关闭本模块电源K900.四、测试点参考波形TP901点波形 TP902点波形TP903 点波形TP904 点波形TP905点波形TP906点波形TP907点波形TP908点波形TP909波形TP910点波形五、实验分析实现FSK解调的方法有：非相干解调、鉴频法、过零检测法等。FSK调制器由两个模拟开关和一个相加器构成。解调器采用锁相环实现，锁相环锁定在，当信号到来时环路锁定，输出高电平；当信号到来时环路失锁，输出为低电平，经判决整形后在TP910输出解调后的数字信号。从实验仿真波形上来看，实验结果是正确的，实现了对数字信号的频移键控调制。解调出的数字基带信号也是正确的，可能相对于原本输入的基带信号在时域上有延时。实验七 相移键控调制与解调一、实验目的1.了解PSK实验模块的组成及工作原理。2.观测各点波形，了解PSK信号的调制与解调过程。二、实验原理相移键控是数字调控的一种，记作PSK，使用脉冲数字信号对连续载波（载波通常是连续的正弦信号）的相位进行调制，分为绝对相移键控和相对相移键控。本实验为相对二相键控。三、实验内容1确认PSK模块在实验箱上的位置，熟悉个测试点位置。2.接通电源，按下K1，K2和K700，是电路工作。3.设置跳线开关：K701接1-2脚，K702接1-2脚，这是10MHz晶振与电路接通，解调器于调制器链接。4观测TP704波形，频率应为10MHz左右，再观察TP711点波形应与TP704相同，如果二者不一致，或TP711波形不稳定，可微调W701使二者一致。5.用示波器观测波形并记录TP701：频率为1MHz的时钟信号，占空比50%TP702：31位伪码，请与时钟信号对照。TP703：与TP702对应的差分码。TP704：晶振输出的10MHz方波。TP705：5MHZ的0相载波。TP706：5MHz的相载波。TP707：已调波输出，请观察相位突变情况与理论波形有什么不同。TP708：解调输入PSK信号。TP709、TP710：解调端已恢复的二个相干载波，相位差。TP713：解调端恢复的1MHz时钟信号。TP714：解调输出信号，与TP702波形相同TP711：VCO恢复的10MHz信号。四、观测点波形TP701点波形TP702点波形TP703点波形TP704点波形TP705点波形TP706点波形TP707点波形TP708点波形TP709点波形TP710点波形TP713点波形TP714点波形TP711点波形五、实验分析鉴相器输出即为解调后的差分码序列，再经过码判决和差分译码，得到被传送的m序列。绝对相移键控的有点是实现简单，缺点是存在倒现象。相对相移键控的有点是传输信息量少，不存在倒现象，缺点是相对复杂。在数据传输系统中，由于相对相移键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中。引位m序列经差分编码后，变为原码的差分码。用差分码对载波进行绝对移相就可以得到对应于原m码的相对相位键控信号。解调端采用载波跟踪锁相环作为解调器，VCO产生两个正交的相干载波，分别送入两个鉴相器对PSK进行鉴相。