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1、现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 1 - 现代通信原理现代通信原理实验指导书实验指导书 成都信息工程学院通信工程系 通信原理课程小组 20082008 年年 1111 月月 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 2 - 目目 录录 一、绪论 （一） 电路组成概述. （二） 通信原理实验箱用户使用说明书. 二、数字调制技术二、数字调制技术 实验一 FSK 传输系统实验 实验二 BPSK 传输系统实验 . 实验三 DBPSK 传输系统实验 三、语音编码技术三、语音编码技术 实验一 PAM 编译码器系统. 实验二 PCM 编译码器系统. 四、基带传
2、输码型四、基带传输码型 实验一 AMI/HDB3 码型变换实验 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 3 - 一、绪论一、绪论 （一）电路组成概述（一）电路组成概述 通信原理综合实验系统主要由一系列功能模块组成（见幻灯片） ，在该硬件平台中，模 块化功能较强，其电路布局见图 1.2.1 所示（幻灯片上也有） 。对于每 一个模块，在 PCB 板上均由白色线条将其明显分割开来，每个测试模块都能单独开设实验， 便于学习。 在通信原理综合实验系统中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平 台电路板的下面，它主要完成交流220V 到+5V、+12V、-12V 的直流变
3、换，给整个硬件平 台供电。 在平台上具有友好的人机接口界面设计，学生可通过键盘选择相应的工作模式并设置有 关参数。菜单可选择方式及设置参数见幻灯片。 通信原理综合实验系统通过下面几个端口与外部连接：JH02（实验箱左端同步口模块内） ：同步数据接口方式。该接口电平特性为 RS422，通过该端口接收外部来的发送数据，并送 入调制器中；同时将解调器解调之后的数据通过该端口送往外部设备。在该接口中，还包括 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 4 - 调制解调器提供的收发时钟信号。在使用 RS422 接口时需要通过菜单设置，选择调制器输 入信号为“外部数据信号” 。 1.K0
4、02（实验箱中上部左端的中频 Q9 连接器）：为中频发送信号连接器，调制后的 中频信号通过该口对外输出，一般通过中频同轴电缆送入信道仿真平台（NJX308） 或自环送到接收端设备。 2.JL02（实验箱中上部右端的中频 Q9 连接器）：从信道中来的中频信号（如加噪后 的中频信号、无线衰落后的低中频信号）由该端口输入，送入解调模块中进行解调。 3.J007（数字测试信号输入） 、J005（模拟测试信号输入） 、J006（地） （在实验箱左端 的信号输入接头）：为测试信号输入湍，用于向通信原理综合实验系统中送入各种 测试信号。测试信号的输入能否加入测试模块还与测试模块的跳线器设置有关，具 体见测试
5、步骤。 4.JF01、JG01：标准异步数据端口 A（JF01）和 B（JG01） 。A 到 B 的异步传输经过信 道传输，B 到 A 为直通方式。 （通信原理综合实验系统接口布局见幻灯片） 在通信原理综合实验系统中，为便于学习和实验，各项实验内容是以模块进行划分，每 个测试模块都可单独开设实验。各模块之间的系统连接见图 1.2.3 所示（幻灯片上也有） 。由 交换处理模块 DTMF 检测 1 DTMF 检测 2 电 话 接 口 1 话 音 编 解 码 话 音 编 解 码 电 话 接 口 2 无线传输信道 有线传输信道 汉 明 编 码 汉 明 译 码 信 道 解 调 信 道 调 制 噪声 信
6、号 复 接 信 号 解 复 接 话音编码数据 地址码 m 序列 帧标志 话音编码数据 地址码显示 m 序列输出 帧标志同步 线路 译码 编码 位同步 恢复 数据 终端 数据 终端 2#1# 图 1.2. 各电路测试模块间连接框图 FSK BPSK DBPSK PCM ADPCM CVSD HDB3 CMI 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 5 - 图可看出，在系统中通信双方的传输信道是不对称的。 从用户电话 1 向用户电话 2 的信号支路是以无线信道传输技术为主，信号流程为：用户 电话接口 1话音编码 1汉明纠错编码信道调制加噪信道信道解调汉明译码话 音解码 2用户
7、电话接口 2。从用户电话 2 向用户电话 1 的信号支路是以有线信道传输技术 为主，信号流程为：用户电话接口 2话音编码 2信道复接线路编码（HDB3/CMI） 线路译码信道解复接话音解码 1用户电话接口 1。 在每一个模块中，都有测试点与测试插座对应信号点的定义。 （二）通信原理实验箱用户使用说明书（二）通信原理实验箱用户使用说明书(详细参见幻灯片 ) 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 6 - 二、数字调制技术二、数字调制技术 实验一实验一 FSKFSK 传输系统实验传输系统实验 （一）、实验原理和电路说明（一）、实验原理和电路说明 1、FSK 调制调制 在二进制
8、频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称 为高音和低音，代表二进制的 1 和 0） 。产生 FSK 信号最简单的方法是根据输入数据比特是 0 还是 1，在两个独立的振荡器中切换。采用该法产生的 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。其实现如图 3.1- 1 所示。 因相位不连续会造成频谱扩展，随着数字处 理技术的发展，越来越多地采用连续相位 FSK 调制技术。 目前较常用 FSK 信号的产生方法 是，先产生 FSK 基带信号，用基带信 号对单一载波振荡器进行频率调制。 应当注意，尽管调制波形 m（t） 在比特转换时不连续，但
9、相位函数 （t）是与 m（t）的积分成比例的， 因而是连续的，其相应波形如图 3.1.2 所示。FSK 的信号频谱如图 3.1.3 所 示。 FSK 信号的传输带宽： Br=2f+2B 其中 B 为数字基带信号的带宽。 在通信原理综合实验系统中，FSK 的调制方 输入数据 振荡 器 f 振荡 器 f 放大 输出 图 3.1.1 非连续相位 FSK 的调 制框图 图 3.1.3 FSK 的信号频谱 图 3.1.2 连续相位 FSK 的调制信号 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 7 - t c dttmKtft)(22)( 案如下： FSK 信号： 其中： 因而有： 其
10、中： 如果进行量化处理，采样速率为 fs，周期为 Ts，有下式成立： 按照上述原理，FSK 正交调制器的 实现为如图 3.1-4 结构（幻灯片上有）： 如发送 0 码，则相位累加器在前一 码元结束时相位基础上，在每个抽)(n 样到达时刻相位累加，直到该码 s Tf12 元结束；如发送码，则相位累加器在 前一码元结束时的相位基础上，在每个抽样到达时刻相位累加，直到该码元结束。)(n s Tf22 在通信信道 FSK 模式的基带信号中传号采用频率，空号采用频率。在 FSK 模式下， H f L f 不采用采用汉明纠错编译码技术。调制器提供的数据源有： 1、外部数据输入：可来自同步数据接口、异步数据
11、接口和 m 序列； 2、全 1 码：可测试传号时的发送频率（高） ； 3、全 0 码：可测试空号时的发送频率（低） ； 4、0/1 码：0101交替码型，用作一般测试； 5、特殊码序列：周期为 7 的码序列，以便于常规示波器进行观察； 6、m 序列：用于对通道性能进行测试； FSK 调制器基带处理结构如图 3.1.5 所示（幻灯片上有）： )(sinsin)(coscos 2sinsin2coscos)( 00 00 ttwttw tftwtftwts ii si ss ssc Tfn nKmfTn TnKmTfnn 2) 1( )(2) 1( )(22) 1()( 0 1 2 1 当输入码为
12、 当输入码为 f f fi f1 f2 输入码流 cos( ) sin( ) 正 交 调 制 器 W0 z-1 图 3.1.4 FSK 正交调制器结构图 )2cos()( 0 tftwts i 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 8 - )( 0 N E QP b e 2、 FSK 解调解调 FSK 解调方式很多：相干解调和滤波非相干解调、正交相乘非相干解调。 ）FSK 相干解调（最佳接收） 相干 FSK 解调框图如图 3.2.1 所示： 其误码率为： 相干 FSK 解调在加性高斯白噪声下具有较好的性能，但在其它信道特性下情况则不完全 相同，如在无线衰落信道下，其性能
13、较差，一般采用非相干解调方案。 ）FSK 滤波非相干解调 - + coswHt CoswLt 载波恢复 接收的 FSK 信号 码元积分 码元积分 判决 图 3.2.1 相干 FSK 的解调框图 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 9 - ) 2 exp( 2 1 0 N E P b e wwtRtRsin)sin()()(2 FSK 的非相干解调一般采用滤波非相干解调，如图 3.2.2 所示。输入的 FSK 中频信号分 别经过中心频率为、 H f 的带通滤波器，然后分 L f 别包络检波，包络检波的 输出在 t=kTb时抽样（其 中 k 为整数） ，并且将这 些值进行
14、比较判决，输出 是 1 或是 0。 非相干检测时 FSK 系统的平均误码率为： 在高斯白噪声信道环境下 FSK 滤波 非相干解调性能较相干 FSK 的性能要差， 但在无线衰落环境下，FSK 滤波非相干 解调却表现出较好的稳健性。 FSK 滤波非相干解调方法一般采用模 拟方法来实现，该法不太适合对 FSK 的数字化解调。其数字化解调 一般用下法实现。 ）FSK 的正交相乘非相干解调 （解调框图见图 3.2.3） 。 输入的信号为 在上图中，延时信号为 其中为延时量。 相乘后的结果为： 在上式中，第一项经过低通后可被滤除。当时，上式可简化。2/ 0 w 因而经过积分器（低通）后，输出信号大小为：
15、，从而实现了 FSK 的正交相乘非相干解调。AB 两点的波形如图 3.2.4 所示。wTbsin - + 接收的 FSK 信号 包络检波 包络检波 判决 带通滤 波 FH 带通滤 波 FL 图 3.2.2 非相干 FSK 接收机方框 图 放大 延时 X 低通滤波 A B 图 3.2.3 FSK 正交相乘非相干解调示意图 )cos()( 0 twtwtR )()cos()( 0 twwtR )cos()()(2cos )()cos()cos(2)()(2 000 00 wwwwtww twwtwwtRtR R(t)R(t) 低通滤波后输出 图 3.2.4 差分解调波形 现代通信原理实验指导书 成都信息工程学院通信原理课程小组 - 10 - 在 FSK 中位定时的恢复见 BPSK 解调方式。 通信原理实验的 FSK 模式中，采样速率为 96KHz 的采样速率（每一个比特采 16 个样点） ，FSK 基带信号的载频为 24KHz，因而在 DSP 处理过程中，延时取 1 个样值。 FSK 的解调框图如图 3.2.5（幻灯片上有）所示： *3、FSK 系统性能系统性能 一个实际通信设备，其性能一般 较理论性能在上要恶
