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0908180103师桂花
通信原理实验报告
班级:
09042204
学号:
0908180103
姓名:
师桂花
摘要:
通信原理的综合实验系统中,涉及有数字调制解调技术、纠错编码技术、语音编码技术、数字复接技术、基带传输技术、数字接口技术等。
在实验系统中,为了便于学习和实验,各项实验内容是以模块进行划分,每个模块可以单独开设实验。
此次实验是面向实际通信系统组成来进行实验,从信号采样、量化、编码、调制、信道传输、信号接收、解调、滤波以及脉冲采样输出,系统详细的了解到整个通信系统的工作工程以及实现方法。
关键字:
调制、解调、采样、噪声
Abstract:
Communicationprincipleexperimentsystem,relatestoadigitalmodulationanddemodulationtechnology,errorcorrectioncodingtechnology,speechcodingtechnology,digitalmultiplextechnology,basebandtransmissiontechnology,digitalinterfacetechnology.Intheexperimentalsystem,inordertofacilitatethestudyandexperiment,theexperimentcontentisbasedonmodules,eachmodulecanbeindividuallysetupexperiment.Thisexperimentistotheactualcommunicationsystemexperiments,fromthesignalsampling,quantization,coding,modulation,channeltransmission,reception,demodulation,filteringandsamplingpulseoutput,thesystemtounderstandindetailthewholecommunicationsystemengineeringandimplementationmethod.
Keyword:
Modulation,demodulation,sampling,noise
实验一FSK传输系统实验
1、实验目的
1、熟悉FSK调制和解调基本工作原理
2、掌握FSK数据传输过程
3、掌握FSK正交调制的基本工作原理
4、掌握FSK性能的测试
5、了解FSK在噪声下的基本性能
二、实验内容
测试前检查:
首先将通信原理实验系统调制方式设置成FSK方式,并测试系统是否正常工作。
1、FSK基带信号
1 将全1码输入与全0码输入波形比较
v全1码基带信号的周期为:
26.6us;
v基带信号的周期为:
53.4us。
2 发端通向支路和正交信号时域波形观测(全0码)
测量两信号满足正交关系
思考:
差生两个正交信号去调制的目的是为了防止码间干扰
3 发端同相同相支路信号的李沙育波形观测
通过菜单选择在不同的输入码型下进行观测下图分别为全0码,全1码
4 连续相位FSK调制基带信号观测
思考:
非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是连续的,没有发生跳变。
5 FSK调制中频信号波形观测
可以得出“1”对应高频,而“0”对应低频
观察波形变化,分析变化原因。
因为用不同的频率来对应于波形不同的电平值从而达到调频的目的。
采用一路同相FSK信号进行调制时,会产生两个FSK频谱信号,导致频率成分增多。
变化原因:
在FSK正交方式调制中,如果只采用一路同向FSK信号进行调制,会产生两个FSK频谱信号,使频率分量增加。
2、FSK解调
1 解调基带FSK信号观测
解调端的基带信号与发送端基带信号不同的原因是:
信道噪声、码间干扰
2 解调基带信号的李沙育波形观测
根据观测结果,思考接收端与发送端的李沙育波形不同的原因是信道噪声与码间干扰。
改变接受本地载波,分析波形的变化:
随着载波频率的变化可以看出两者的相位逐渐趋于一致。
3 接受位同步信号相位抖动观测
在全0或全1码下观察不到位定时的抖动:
全0和全1下接收数据没有跳变沿,译码器无论从何时开始译码均能正确译码,译码器无需译码,所以看不到位定时的抖动。
4 抽样判决点波形观测
1)位定时抖动,由于位定时的抖动,使前后的码元产生了码间串扰串(ISI),从而引起判决器之前的波形抖动;
2)剩余频差:
由于收发频率不同,当这种差别较大时,会引起判决器之前的波形抖动;
3)A/D量化时的直流漂移:
由于A/D在量化时存在直流漂移,引起判决器之前的波形抖动;
4)线路噪声:
当接收支路存在噪声时,引起判决器之前的波形幅度抖动;
上述原因导致相位抖动。
5 解调器位定时恢复与最佳抽样判决点波形观测(特殊码型、0/1码)
用示波器同时观察和观察抽样判决点之间的相位关系
6 位定时锁定和位定时调整观测
●用示波器同时观察和观察抽样判决点之间的相位关系
●让环路重新锁定观察TPMZ07的调整过程和锁定后的相位关系
解释测量结果的原因:
不断选择确认键,可以发现码元抽样时刻在不断变化,在断开JL02时,TPMZ07与TPM01的相位关系是不固定的,收端不能从发端过来的信号提取时钟信号,所以是随机的。
7 观察在各种输入码字下FSK的输入/输出数据
三、实验报告
●FSK正交调制方式与传统的一般FSK调制方式有什么区别,有哪些优点?
答:
一般FSK调制方式产生FSK信号的方法是根据输入的数据比特是0还是1,在两个独立的振荡器中切换。
采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的,因此这种FSK信号称为不连续FSK信号。
而FSK正交调制方式产生FSK信号的方法是,首先产生FSK基带信号,利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。
在二进制ASK系统中,其频带利用率是1bit/s·Hz,若利用正交载波调制技术传输ASK信号,可使频带利用率提高一倍。
如果再把多进制与其它技术结合起来,还可进一步提高频带利用率。
●TPI03和TPI04两信号具有何关心?
答:
相位差为90即正交
实验二BPSK传输系统实验
1、实验目的
●掌握BPSK调制和解调的基本原理;
●掌握BPSK数据传输过程,熟悉典型电路;
●了解数字基带波形时域形成的原理和方法,掌握余弦滚降洗漱的概念
●掌握BPSK眼图观察的正确方法,能通过观察眼图来判断接受信号的质量
●熟悉BPSK调制载波包络的变化
●掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法
2、实验内容
(1)BPSK调制基带信号眼图观测
1.BPSK调制基带信号眼图观测
●通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式,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。
得到的眼图不是很清晰,收到噪声和码间干扰比较大
●通过菜单选择激活“匹配滤波”方式,重复上述步骤
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从系统指标中反映出来?
采用什么手段测量?
答:
噪声比较小,无码间干扰。
匹配滤波器滤出了一部分的噪声,使得信号受到干扰较小,性能好坏可以通过观察示波器中的眼睛的清晰状态,眼睛越大越清晰,代表系统受到的码间干扰和信道噪声越小故系统的性能越好。
2、I路和Q路调制信号的相平面(矢量图)信号观察
●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/
相位测量
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
●选择0/1码调制输入数据,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的相互关系。
●选择特殊码型,重复上述步骤
●选择m序列,重复上述步骤
(2)BPSK解调
1.接受端解调器眼图信号观测
●建立中频自环,将接收端与发射端眼图信号进行比较,观测接收眼图信号。
由示波器显示的眼图可以看出该系统引入了噪声与码间干扰,导致眼图不清晰。
●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。
答:
TPJ06的幅度比TPJ05的幅度小。
原因是被低通滤波器滤掉了
●测试点为接收端经匹配滤波器之后的眼图信号观测点。
思考:
TPJ05的眼图没有TPJ03的清晰,主要原因是传输解调时引入了噪声。
收端眼图没发生变化,是因为TPN02是在匹配滤波之后输出属于最佳接受。
9、解调数据观察
●发送数据和接受数据是否一致
●在外部数据输入方式下,重复按选择菜单的确认按键,观测解调器差分译码电路是否正确译码。
由示波器可知该电路能够正确译码
10、解调器相干载波观测
●发端调制载波和收端调制载波相关关系
收发载波信号相位基本一致
●失锁后的发端调制载波和手段调制载波的相关关系
失锁后收端载波与输入载波相位不存在一定的相位关系
●断开中频连接无输入情况下的相关关系。
由图可得结论:
解调器载波与发端不同步
11、解调器相干载波相位模糊度观测
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。
12、解调器相干载波相位模糊度对解调数据的影响观测
不断的断开和接回中频自环电缆,观测收发眼图信号。
观测可得:
电平在翻转
分析接受眼图时电平极性发生反转的原因:
可能是因为载波相位发生发生相位模糊,导致接受电平发生极性反转。
13、解调器位定时恢复信号调整锁定过程观察
●输入为m序列,收端最佳判决时刻的相位关系
●按确认键,观察收端最佳判决时刻的相位调整过程
●断开中频街头,在没有接收信号情况下重复试验。
结论:
由图知相位不再同步
14、调器位定时信号相位抖动观测
在不同输入序列下观测输出波形的相位抖动情况可以看出全1码序列无抖动。
三、实验报告
●写出眼图正确的观察方法
答:
将输出信号接在示波器上,可得到眼图,如果示波器显示周期等于信号周期可得到一个眼睛,如果是M进制可得到M-1个眼睛,眼睛最大的地方是最佳抽样时刻,眼睛的清晰程度以及睁开的大小可以大致得到噪声与码间干扰对信号传输影响的大小。
●写出Nyquit滤波作用
答:
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;在接收端采用相同的滤波技术,对BPSK进行最佳接收;获得无码间串扰的信号传输。
实验三PAM编译码器系统
1、实验目的
●验证抽样定理
●观察了解PAM信号形成的过程
●了解混叠效应形成的原因
2、实验内容
1、近似自然抽样脉冲序列测量
测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。
由图可知,输出信号包络为正弦输入信号
2、重建信号观测
可以看出重建信号与输入信号基本吻合。
3、平顶抽样脉冲序列测量
由图可知自然抽样结果比平顶抽样得到的波形更好收到的噪声影响较小
4、平顶抽样重建信号观测
5、信号混迭观测
缓慢变化测试信号输出频率,观察输入信号与重建信号是否一致。
随着频率的增加,混叠程度逐渐增加即输入信号与重建信号变化一致。
3、当fs>2fh和fs<2fh时,低通滤波器的波形是什么,总结一般的规律。
答:
当奈奎斯特采样率fs<2fh时,频谱发生混叠,低通滤波时不能恢复基带信号,当fs>2fh时虽然不会造成频谱失真,但是会噪声频带利用率低。
故选取奈奎斯特采样率时尽量接近2fh,稍微大一点比较好。
实验四CVSD编码器和CVSD译码器
1、实验目的
●
了解语音信号的M编译码的工作原理
●验证CVSD编译码原理
●了解CVSD专用大规模集成电路的工作原理
●熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法
2、实验内容
1、发送时钟和CVSD编码数据测量
●观察和分析输出数据与输入信号的对应关系
由示波器可知输出信号的周期与输入信号的斜率有关
思考:
CVSD是连续可变斜率增量编码,如何从输出编码数据中反映信号斜率的大小?
答:
由图可以看出,信号上升阶段,高电平较多,即输出为1,下降阶段,低电平较多。
连续出现若干个高电平(或低电平)后系统内部会调整量化电平,这时输出就会出现一个低电平(或高电平)。
也就是说CVSD是连续可变斜率增量编码,从输出编码数据的中反映出信号斜率的大小。
将测试信号频率固定在1000Hz,调整信号电平,重复上述步骤
逐渐改变测试信号的幅度,输出信号的频率不变,幅度不变
●将信号电平固定在2Vp-p,调制信号频率,重复上述步骤
固定测试信号的幅度,改变其频率,频率越大,输出信号的幅度越大
2、一致脉冲观测
●分析一致性脉冲与输入模拟信号斜率的关系
输入模拟信号斜率越大,脉冲周期越小
●将测试信号频率固定在1000Hz,调整信号电平,重复上述步骤
逐渐改变测试信号的幅度,输出信号的频率不变,幅度不变
●将信号电平固定在2Vp-p,调制信号频率,重复上述步骤
固定测试信号的幅度,改变其频率,频率越大,输出信号的幅度越大
3、实验报告
1.CVSD编译码器系统由哪些部分组成?
各部分的作用是什么?
答:
CVSD编码器主要由编码集成电路、运放、本地译码器、音节滤波器和非线性网络组成。
其中,运放的作用是将输入信号调整到需要的范围再进行信号处理;本地译码器是通过R806、R807、R808、C805和C804组成的积分网络完成本地译码;R813、R814和C806构成音节滤波器,用于对连码一致性脉冲进行平滑;U802B、D801、D802和周围电阻组成非线性网络,使得在大信号输入时,量化阶自适应的增加,实现斜率连续可变的自适应增量调制。
2.CVSD和△M相比性能有哪些提高?
答:
△M是将信号瞬时值与前一个取样时刻的量化值之差进行量化,而且只对这个差值的符号进行编码,而不对差值的大小编码。
它存在一个过载限制,那就是如果信号的斜率大于了
,调制器将跟踪不上信号的变化,出现过载。
而CVSD在一定程度上缓解了这种过载情况的出现,它能自动检测增量并且自适应的调整量化阶电平(通过一致性检测实现),尽量使得调制器能够跟得上信号的变化。
3.根据实验结果,阐述可变斜率的调整过程。
答:
起初,系统设定一个默认的量化阶电平。
如果信号增加,那么对应编码位为1,如果信号连续增加使得编码为连续出现了3个1,那么系统通过一致性脉冲检测到这种情况之后,自动的增加量化阶电平,争取信号的增加在量化阶电平的范围之内。
如果之后信号的增加小于了量化阶电平,那么对应的编码输出为0,如果信号的增加仍然大于量化阶电平,那么对应编码输入仍为1,系统仍要增加量化阶电平,直到信号的增加小于量化阶电平为止。
如果信号变化的频率足够快,系统可能会跟踪不上信号的变化,使得输出编码会出现连续的1或连续的0,甚至出现拖尾,即与原来的信号出现了时间上的延迟。
信号连续减小对应调整过程也是如此。
实验五AMI/HDB3码型变换实验
1、实验目的
●了解二进制单极性码变换为AMI/HDB3码的规则
●熟悉HDB3码的基本特征
●熟悉HDB3码的编译码器的工作原理和实现方法
●根据测量和分析结果画出电路关键部分的波形
2、实验内容
1、AMI码编码规则验证
●分析观测输入数据与输出数据关系是否满足AMI编码关系,画下一个M序列周期的测试波形。
由图可知输入数据与输出数据满足AMI波形规则,由此得出AMI编码规则为将0/1码中1交替用+1和-1表示而0则不变
●产生15位周期m序列,重复上述步骤。
●输入全1码重复上述实验。
●输入数据为全0码重复上述测试步骤,记录测试结果。
2、AMI码译码和时延测量
●观测AMI译码输出数据是否满正确,画下测试波形。
由图可知译码延迟了10us
●产生7位周期m序列。
重复上译步骤测量,记录测试结果。
译码延迟了25us
思考:
数据时延产生的原因:
信道的非线性作用造成了信号的群延时畸变即造成了信号译码的延时不过可以通过电路进行补偿。
3、AMI编码信号中同步时钟分量定性观测
通过测量结果回答:
①AMI编码信号转换为双极性码或单极性码后,那一种码型时钟分量更丰富,为什么?
答:
AMI编码信号转化为双极性码后的时钟分量更丰富。
因为双极性码中不含有直流分量,频谱中不含离散谱,从而含有更丰富的位定时信号。
②接收机应将接收到的信号转换成何种码型才有利于收端位定时电路对接收时钟
进行提取。
答:
接收机应将接受到的信号转化为双极性码有利于收端定时电路对接收时钟进行提取。
●单极性码输出,使输入数据为全“1”码,重复上述测试步骤。
●使输入数据为全“0”码,重复上述测试步骤,记录测试结果。
思考:
具有长连0码格式的数据在AMI编译码系统中传输会带来什么问题,
如何解决?
答:
具有长连0码格式的数据在AMI码编译码系统中传输会给提取定时信号带来困难,应该采用HDB3码。
4、AMI译码位定时恢复测量
●观察收发时钟同步状况
由图可知接受同步信号与发同步信号相比有一定量的延时。
●输入数据为全1码或全0码。
重复上述测试步骤,记录分析测试结果。
思考:
为什么在实际传输系统中使用HDB3码?
用其他方法行吗(如扰码)
答:
在实际传输系统中使用HDB3码是因为它不仅有AMI码的优点,还有连0串至多三个的优点,便于脉冲信号的提取,这对于定是信号的恢复十分有利。
用其他方法也可以。
实验六BPSK(DBPSK)调制+汉明码系统测试
一、实验目的
●加深信道调制解调器在通信系统中的地位和作用
●熟悉信道误码对话音通信业务的影响
●加深纠错码在通信系统中的作用及性能
二、实验内容
1、加燥环境的ADPCM话音通信质量检测
●降低信噪比。
重复上述测量步骤。
定性测量话音质量和观测解调器眼图信号波形。
●逐渐降低信噪比,直至最小。
测量不同误码率下的话音质量,记录测量结果。
2、加燥环境的CVSD话音通信质量测量
逐渐增大噪声
随着信噪比的恶化,导致接受到得眼图越来越模糊
3、BPSK调制、解调器系统故障对通信信号的影响测试
实验总结:
●通过此次实验可以清楚的认识到在通信系统中各个组成部分对信号传输的影响以及改善的方法。
●但是由于实验过程中对电路组成以及实验原理不了解,导致对于实验结果不知道对不对。
不过后来经过通信原理的学习以及分析可以知道实验的原理。
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