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1、现代通信原理实验指导书现代通信原理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2008年11月目 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 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、语音编码技术实验一 PAM编译码器系统实验二 PCM编译码器系统四、基带传输码型 实验一 AMI/HDB3码型变换实验一、绪论（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
2、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，还包括调制
3、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. K002（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
4、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）FSKBPSKDBPSKPCMADPCMCVSDHDB3CMI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：
5、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。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(详细参见幻灯片 )二、数字调制技术实验一 FSK传输系统实验（一）、实验原理和电路说明1、FSK调制图3.1.1 非连续相位FSK的调制框图在二进制频移键控中，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
6、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。图3.1.2连续相位FSK的调制信号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。图3.1.3 FSK的信号频谱应当注意，尽管调制波形m（t）在比特转换时不连续，但相位函数（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。FS
7、K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的调制方案如下：FSK信号：其中：因而有：其中：如果进行量化处理，采样速率为fs，周期为Ts，有下式成立：图3.1.4 FSK正交调制器结构图按照上述原理，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，在每个抽样到达时刻相位累加，直到该码元结束；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。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F
8、SK模式下，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）：2、 FSK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）图3.2.1 相干FSK的解调框图相干FSK解调框图如图3.2.1所示
9、：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，其性能较差，一般采用非相干解调方案。）FSK滤波非相干解调图3.2.2 非相干FSK接收机方框图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、的带通滤波器，然后分别包络检波，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：图3.2.3 FSK正交相乘非相干解调示意图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
10、衰落环境下，FSK滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。图3.2.4 差分解调波形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。t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。因而经过积分器（低通）后，输出信号大小为：，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。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1
11、6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系统性能图3.3.1 采用功率计测量连接示意图一个实际通信设备，其性能一般较理论性能在上要恶化几个dB，一般可达（23dB）。因而，对于一个调制方式已确定的信道设备，其误码率的测量是一个十分重要的环节。一方面可以衡量其在实际信道环境下的性能，比理论值所恶化的程度；另一方面，通过测量设备的信道误码率指标，可以判断当前设备是否工作正常。对设备信道误码率指标的测量，不仅仅对该设备的性能有所了解，同时它也是通信系统工程方面（系统建立、维护）重要的工具。1）
12、信道的测量：对于FSK信道的测量一般可采用功率测量。首先，测量高斯白噪声谱密度。按图3.3.1连接，在A点将调制信号断开，这样在B点处将测量得信道上高斯噪声的能量，根据高斯噪声所占据的带宽可计算出高斯白噪声的谱密度：然后在C点处断开,测量信号功率,计算出信号的每比特能量：这样通过功率测量即可测量出FSK在实际信道环境下的。如果定性测量可通过通信原理综合实验系统的TPJ05进行：首先断开发信号，在示波器上测量接收的噪声大小En，然后在没有噪声时在示波器上观察信号的大小Es，通过这两项估计当前的大致情况。基带等效带宽为76.8KHz，信息速率为8KBPS，因而有下式成立：这样通过改变噪声大小，可测
13、量FSK的误码性能。2）误码率测量对信道误码率的测量一般需通过误码测试仪进行。误码测试仪首先发送一串伪码给信道设备，信道设备将FSK信号发送，并经信道返回（主要是完成加噪功能），然后解调。将解调之后的数据再送入误码测试仪进行比较，将误码进行计数。而后将误码率显示出来。（二）实验仪器（见幻灯片）（三）实验目的（见幻灯片）（四）实验内容测试前检查： 首先将通信原理综合实验系统调制方式设置成“FSK传输系统”；用示波器测量TPMZ07测试点的信号，若有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；若没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。1、FSK调制1）FSK基带信号观测（1） TPi03是
14、基带FSK波形（D/A模块内）。通过菜单选择为1码输入数据信号，观测TPi03信号波形，测量其基带信号周期。（2） 通过菜单选择为0码输入数据信号，观测TPi03信号波形，测量其基带信号周期。将测量结果与1码比较。2）发端同相支路和正交支路信号时域波形观测TPi03和TPi04分别是基带FSK输出信号的同相支路和正交支路信号。测量两信号的时域信号波形时将输入全1码（或全0码），测量其两信号是否满足正交关系。思考：产生两个正交信号去调制的目的。3）连续相位FSK调制基带信号观测图3.1.6 FSK的频谱调制过程（1） TPM02是发送数据信号（DSP+FPGA模块左下脚），TPi03是基带FSK
15、波形。测量时，通过菜单选择为0/1码输入数据信号，并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与TPi03点波形应有明确的信号对应关系。并且，在码元的切换点发送波形的相位连续。思考：非连续相位FSK调制在码元切换点的相位是如何的？（2） 通过菜单选择为特殊序列码输入数据信号，重复上述测量步骤。记录测量结果。4）FSK调制中频信号波形观测在FSK正交调制方式中，必须采用FSK的同相支路与正交支路信号；不然如果只采一路同相FSK信号进行调制，会产生两个FSK频谱信号，这需在后面采用较复杂的中频窄带滤波器，如图3.1.6所示。（1） 调制模块测试点TPK03为FSK调制中频信号观测点。测量时，通过菜单选择为0/1码输入数据信号，并以TPM02作为同步信号。观测TPM02与T
