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1、山东大学通信原理实验预习报告预 习 报 告课程名称： 通信原理实验 课题名称： 实验一 模拟锁相环 专业班级: 14通信工程 一班实验成员: 吕传磊硬件实验回答预习问题1、 通信原理实验系统由哪些部分组成？显示控制模块、FPGA初始化模块、信道接口模块、DSP+FPGA处理模块、D/A模块、中频调制模块、中频解调模块、A/D模块、测试模块、汉明编码模块、汉明译码模块、噪声模块、电话接口（1、2）模块、双音多频DTMF（1、2）模块、PAM模块、ADPCM（1、2）模块、CVSD发模块、CVSD收模块、帧传输复接模块、帧传输解复接模块、AMI/HDB3码模块、CMI编码模块、CMI译码模块、模拟
2、锁相环模块、数字锁相环模块、现代调制技术模块等。2、 本实验系统中，无线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功能是什么？根据实验系统无线信道传输过程，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用户电话接口2。可知模块及框图如下：电话1、电话2模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息PCM/ADPCM/CVSD模块：信源编码与解码模块，对语音信号，进行压缩/解压缩算法。 汉明编码、汉明译码模块：信道编码与信道译码，线性分组码，通过增加冗余，增强通信可靠性。 调制、解调模块：数字基带信号与数字频带信号的转换。调制是为了将基带信号转变为适
3、合信道传输的带通信号，解调是为了将带通信号还原成基带信号，以获取信息。 噪声模块：产生高斯白噪声，以模拟AWGN信道。3、 本实验系统中，有线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功能是什么？根据实验系统有线信道传输过程，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。 可知模块及框图如下：电话1、电话2模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息ADPCM模块：信源编码与解码模块，自适应差分脉冲编码调制方式，主要针对语音信号，提供压缩/解压缩算法。 线路码编码/解码模块：将码序列转换为适合基带信道传输的码序列，减少线
4、路码频谱中高频信号，并便于从接收端提取符号同步信号。 信号复接/解复接模块：将多个数字低速信号合并为一路高速信号（将一路信号分接为多路信号）4、 查阅相关资料，解释软件无线电（SDR）的含义，并举例介绍其在现代通信系统中的应用。软件定义的无线电(Software Defined Radio，SDR) 是一种无线电广播通信技术，它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。 TDSCDMA是唯一明确将智能天线和高速数字调制技术设计在标准中，明确用软件无线电技术来实施的标准。5、 本实验系统中，语音编码包括哪些方式？简要介绍
5、各种方式的实现过程和特点。ADPCM，自适应差分脉冲编码调制。特性：综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是： 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。优点：算法复杂度低，压缩比大（CD音质400kbps），编解码延时最短（相对其它技术）缺点：声音质量一般PCM （脉冲编码调制）是Pulse Code Modulation的缩写。脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将
6、话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)是最常用、最简单的波形编码。它是一种直接、简单地把语音经抽样、A/D转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法，是其他编码算法的基础。 PCM的优点就是音质好，缺点就是体积大。 CVSD，连续可变斜率增量调制，基本原理是采用自适应方法使量阶的大小随输入信号的统计特性变化而跟踪变化。如量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩M，记作ADM。若量阶随音节时间间隔（5一20ms）中信号平均斜率变化，则称为连续
7、可变斜率增量调制，记作CVSD。由于这种方法中信号斜率是根据码流中连“1”或连“0”的个数来检测的，所以又称为数字检测、音节压扩的自适应增量调制，简称数字压扩增量调制。 CVSD的特性很适合语音数字编码。由于采用1bit量化，避免了复杂的帧结构。有很好的检测误码和纠错的性能。其他的语音编码方案则需要有数字信号处理器和外部模数数模转换器来对模拟信号进行数字转换。整个CVSD编解码算法，包括了输入输出滤波器，可以继承在单硅片里。尽管结构简单，CVSD却有足够的复杂度用来在安全应用领域进行数字加密。最后，CVSD可以在很宽的速率范围内工作CVSD已经被成功的应用于9.6kbps64kbps。在9.6
8、kbps音频质量不是特别的好，但是不影响理解。在24kbps到48kbps，语音质量已经很容易接受。高于48kbps时，性能达到了Toll Quality的级别。6、 本实验系统中，调制解调包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。 FSK（Frequency-shift keying，频移键控）是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。MSK，最小频移键控(Minimum Shift Keying)是一种特殊的连续相位的频移键控(CPFSK)
9、。其最大频移为比特速率的1/4，即MSK是调制系数为0.5的连续相位的FSK。其特点是：一是信号能量的99.5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位FSK信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。二是信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。 BPSK (Binary Phase Shift Keying)二进制相移键控，是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相
10、位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。 具有倒现象，虽抗噪声较强但传送效率差。 DBPSK（差分二进制移相键控）方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。即用前后两个码元之间相差来表示码元的值“0”和“1”。例如，假设相差值“”表示符号“1”，相差为“0”表示符号“0。可以看出2DPSK的波形与BPSK的不同，他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位差才表示信息符号。这说明，解调2DPSK信号是并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则只要鉴别这个相差关系就可正确恢复数字信息，这就
11、避免了BPSK中的倒现象发生。 GMSK，高斯最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying），这是GSM系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字蜂窝移动通信系统空中接口的重要组成部分。GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。 QAM是Quadrature Amplitude Modulation的缩写，中文译名为“正交振幅调制”，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。QAM是正交载波调制技术与多电平振幅键控的结合。与其它调制技术相比,QAM编
12、码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。7、 本实验系统中，线路编码包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。 AMI码，极性交替翻转码，将二元码变换为三元码，并引入相关性，用以改变信号波形的功率谱结构，但容易使时钟提取困难。 HDB3码，三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。HDB3码将4个连续的“0”位元取代成“000V”或“B00V”。CMI（Coded Mark Inversion）码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种双极性
13、二电平码。其编码规则是“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10为禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可以用来宏观检错。8、 在通信系统中，锁相环的作用是什么？ 同步在电信网中是一个十分重要的概念。同步的种类很多，有时钟同步、比特同步等等，其最终目的使本地时钟源锁定在另一个参考时钟源上，如果所有的终端均采用这种方式，则将以统一步调进行工作。同步的技术基础是锁相，因而锁相技术是通信中最重要的技术之一。9、解释以下英文缩写的含义，给出英文全称： FPGA：FieldProgrammable Gate Arra
14、y，即现场可编程门阵列DTMF：Dual Tone Multi Frequency，双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。PCM：脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)ADPCM: Adaptive Differential Pulse Code Modulation, 自适应差分脉冲编码调制CVSD: Continuous Variable Slope Delta Modulation (CVSD)连续可变斜率增量调制语音编码PAM：脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation）DSP：Digital Signal Processi
15、ng，数字信号处理A/D：模数转换，Analog to DigitalD/A：数模转换，Digital to AnalogHDB3: 三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适用于基带传输的编码方式CMI: Coded Mark Inversion码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种双极性二电平码。BPSK: Binary Phase Shift Keying-二进制相移键控FSK: Frequency-shift keying，频移键控DBPSK：Differential binary phase shift keying 差分二进制移相键控TDM：Time Division Multiplexing，时分复用模式。时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术FDM：Frequency Division Multiplexing，频分多路复用，就是指用不同频率传送各路消息，以实现多路通信CDMA：Code Division Multiple Access，又称码分多址，CD
