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1、通信原理仿真实验报告班 级: K0311418 姓 名： 学 号： K0311418 指导老师：李时东老师 时 间：2014.6.11 实验一一、实验目的：1. 任意产生一个调制信号，画出其波形及其频谱；2. 产生一个余弦载波信号，画出其波形及其频谱；3. 分别采用AM，DSB，SSB的方式对调制信号进行调制，画出已调信号的波形及频谱；4. 采用适当的方式，分别对3中得到的已调信号进行解调，画出解调信号的波形；5. 产生一个高斯白噪声，叠加在已调信号上，然后进行解调，画出解调信号的波形；6. 比较4和5中的结果；二、 实验原理调幅（AM）如图1所示为调幅调制基本模型，假设调制信号m(t)平均值
2、为0，将其叠加一个直流偏量0A后与载波相乘，即可形成调幅信号。调幅信号时域表达式为：若m(t)为确知信号，则AM信号频谱为：其典型波形和频谱如图2所示：由图2中时域波形可以看出，当满足条件时，调幅波的包络与调制信号波形完全一致，因此用包络检波法将会很容易恢复出原始调制信号。如未满足前述条件，将出现“过调幅”现象，此时用包络检波将发生失真、无法准确恢复原始波形，应当采用其他的解调方法解调，如同步检波。 由图2中频域波形可看出AM信号频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽
3、最大值的2倍，即。双边带调制（DSB）如图3所示，在AM调制模型中将直流分量A0去掉，即可输出抑制载波双边带信号、简称DSB信号，其时域和频域表达式如下：对应的典型DSB信号波形和频谱图如图4所示：同AM调幅信号相比，DSB信号有以下三点特点： a) 需采用相干解调(同步检波)，不能采用简单的包络检波;b) 节省了载波功率，全部功率都用于信号传输，调制效率为100；c) DSB信号功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍。单边带调制（SSB）双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱()Mw的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频
4、带，这种方式称为SSB单边带调制。如图5所示滤波法产生SSB信号，先产生一个双边带信号，再让其通过一个边带滤波器滤除不要的边带，即可得到单边带信号。图中，()Hw为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：则可滤除下边带，保留上边带(USB)；若H（）具有如下理想低通特性：则可滤除上边带，保留上边带(LSB)：因此，SSB信号频谱可表示为，边带滤波器H（）滤波特性存在如图6所示a、b两种情况。 相对应的，SSB信号频谱也存在两种情况如图7。通常情况下选取保留上边带。除了滤波法还可使用相移法产生SSB信号。 SSB信号具备以下两点特点： a) 不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽
5、度为= ； b) SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。三、实验结果：1.2.3.4.5.6.7.8.实验二一、 实验目的：1.编写A律13折线PCM编码的程序，能够对任意输入信号输出其PCM编码；2.产生一个随机数字信号，分别进行ASK，FSK，PSK调制解调，画出解调前后的波形。二、实验原理：A律13折线原理：实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是m压缩律和A压缩律。美国采用m压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，PCM编码方式采用的也是A压缩律。 所谓A压缩律
6、也就是压缩器具有如下特性的压缩律：其中87.6A=。 在实际中，A律13折线应用比律13折线用得广泛。表3列出了计算x值与13折线时的x值的比较。表3中第二行的x值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的x值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，同时x按2的幂次分割有利于数字化。 A律压扩特性是连续曲线，A律不同压扩特性也不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，。本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来编码的。PCM编码原理：
7、脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为8个位，总共64kbps。PCM的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和m律方式，本设计采用了A律方式。 由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码，采用非均匀量化PCM编码示意图如图1所示。1. 抽样
8、 所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。2. 量化 从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图2所示，量化器Q输出L个量化值yk，k=1,2,3,L。 yk常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在xk与xk+1之间时，量化器输出电平为yk。这个量化过程可以表达为：这里xk称为分层电平。通常：,其中k称为量化间隔。3.编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码
9、。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。 在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加说明。4.译码 PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。其中各模块功能如下： D/A转换器：用来实现与A/D转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最基本的要求，也就是最起码的步骤。 瞬时扩张器：实现与瞬时压缩器相反的功能，由于
10、采用 A 律压缩，扩张也必须采用A律瞬时扩张器。 低通滤波器：由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，量化时 也会带来量化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。二进制数字调制技术原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。通常使用键控法来实现数字调制，比如对
11、载波的振幅、频率和相位进行键控。 2.1 2ASK 2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制和键控法。解调有相干解调和非相干解调。P=1时f(t)=Acoswt；p=0时f(t)=0；其功率谱密度是基带信号功率谱的线性搬移。 2.2 2FSK 一个FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。其解调和解调方法和ASK差不多。2FSK信号的频谱可以看成是f1和f2的两个2ASK频谱的组合。 2.3 2PSK 2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初相位为0，当基带信号为1时相对于初始相位为180。三、实验结果：1.11.22.1222.3实验三3.1模拟信号
12、源实验一、实验目的1了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数；2了解本模块在后续实验系统中的作用；3熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。二、实验仪器1时钟与基带数据发生模块，位号：G2频率计1台320M双踪示波器1台 4小电话单机1部三、实验原理本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边。1非同步函数信号它由集成函数
13、发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围010V，可由W03调节；频率范围约500HZ5KHZ，可由W02调节；直流电平可由W01调节（一般左旋到底）。非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。K01U01U02跟随放大器XR2206电 路三角波正弦波方波P03 图2-1 非同步函数信号源结构示意图2同步正弦波信号它由2KHz方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。2KHz方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ
14、的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz正弦波，在P04可测试其波形。用其作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。W04用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图2-2。U04南京润众科技有限公司整理U034U01跟随放大器P04CPLD器 件低通滤波器 图2-2 同步函数信号源结构示意图四、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”，插到底板“G”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。3. 非同步函数信号源测试：频率计和示波器监测P03测试点，按上述设置测试非同步函数信号源输出信号波形，记录其波形参数。4同步正弦波信号源测试：频率计和示波器监测P04测试点，按上述设置测试同步正弦波信号源输出信号波形
