包駿祥 電信1304-通信原理實驗

1、學生學號 0121309341719實驗課成績學 生 實 驗 報 告 書實驗課程名稱通信原理實驗開 課 學 院信息工程學院指導教師姓名唐靜學 生 姓 名包駿祥學生專業(yè)班級電信13042015-2016學年第1學期實驗教學管理基本規(guī)范實驗是培養(yǎng)學生動手能力、分析解決問題能力的重要環(huán)節(jié)；實驗報告是反映實驗教學水平與質(zhì)量的重要依據(jù)。為加強實驗過程管理，改革實驗成績考核方法，改善實驗教學效果，提高學生質(zhì)量，特制定實驗教學管理基本規(guī)范。1、 本規(guī)范適用于理工科類專業(yè)實驗課程，文、經(jīng)、管、計算機類實驗課程可根據(jù)具體情況參照執(zhí)行或暫不執(zhí)行。2、 每門實驗課程一般會包括許多實驗項目，除非常簡單的驗證演示性實驗

2、項目可以不寫實驗報告外，其他實驗項目均應按本格式完成實驗報告。3、 實驗報告應由實驗預習、實驗過程、結(jié)果分析三大部分組成。每部分均在實驗成績中占一定比例。各部分成績的觀測點、考核目標、所占比例可參考附表執(zhí)行。各專業(yè)也可以根據(jù)具體情況，調(diào)整考核內(nèi)容和評分標準。4、 學生必須在完成實驗預習內(nèi)容的前提下進行實驗。教師要在實驗過程中抽查學生預習情況，在學生離開實驗室前，檢查學生實驗操作和記錄情況，并在實驗報告第二部分教師簽字欄簽名，以確保實驗記錄的真實性。5、 教師應及時評閱學生的實驗報告并給出各實驗項目成績，完整保存實驗報告。在完成所有實驗項目后，教師應按學生姓名將批改好的各實驗項目實驗報告裝訂成冊

3、，構(gòu)成該實驗課程總報告，按班級交課程承擔單位（實驗中心或?qū)嶒炇遥┍９艽鏅n。6、 實驗課程成績按其類型采取百分制或優(yōu)、良、中、及格和不及格五級評定。附表：實驗考核參考內(nèi)容及標準觀測點考核目標成績組成實驗預習1 預習報告2 提問3 對于設(shè)計型實驗，著重考查設(shè)計方案的科學性、可行性和創(chuàng)新性對實驗目的和基本原理的認識程度，對實驗方案的設(shè)計能力20%實驗過程1 是否按時參加實驗2 對實驗過程的熟悉程度3 對基本操作的規(guī)范程度4 對突發(fā)事件的應急處理能力5 實驗原始記錄的完整程度6 同學之間的團結(jié)協(xié)作精神著重考查學生的實驗態(tài)度、基本操作技能；嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、團結(jié)協(xié)作精神30%結(jié)果分析1 所分析結(jié)果是否用原

4、始記錄數(shù)據(jù)2 計算結(jié)果是否正確3 實驗結(jié)果分析是否合理4 對于綜合實驗，各項內(nèi)容之間是否有分析、比較與判斷等考查學生對實驗數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)象分析的能力；對專業(yè)知識的綜合應用能力；事實求實的精神50%實驗課程名稱：_通信原理_ 實驗項目名稱FSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)綜合實驗電路設(shè)計實驗成績實 驗 者包駿祥專業(yè)班級電信1304組 別同 組 者實驗日期2016年 月 日一部分：實驗預習報告（包括實驗目的、意義，實驗基本原理與方法，主要儀器設(shè)備及耗材，實驗方案與技術(shù)路線等）一、實驗目的通過2FSK通信系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗，加強對2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的通信技術(shù)電路理解，學會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計計算環(huán)節(jié)。學

5、會對所學基本理論知識的綜合運用；掌握使用Multisim軟件的操作方法；進一步提高分析與解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決通信技術(shù)電路問題的本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H動手能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作 ，初步體驗從事通信產(chǎn)品研發(fā)的過程；增強學生的實際能力。二、設(shè)計內(nèi)容與要求1.設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)2FSK調(diào)制器與解調(diào)器的組成原理，設(shè)計出整個2FSK傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)方案與電路；2.電路技術(shù)指標：主載頻為16KHZ； f1= 8KHZ; f2 =4KHZ；數(shù)字基帶信號時鐘頻率fs=1000bit/s m序列產(chǎn)生器（7位或15位），作為數(shù)字基帶信號，傳輸速

6、率fs=1000bit/s ； 調(diào)制器采用鍵控方式；解調(diào)器采用過零檢測法。要求掌握調(diào)制系統(tǒng)（多諧振蕩器、分頻器、波形變換（方波-正弦波）電路、M序列發(fā)生器）與解調(diào)系統(tǒng)（限幅器、微分整流電路、脈沖展寬電路、比較器、抽樣判決器以及壓控振蕩器等單元電路）設(shè)計方法；掌握調(diào)制、解調(diào)的基本原理。通過實際的方案分析進行比較，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法；了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按綜合實驗設(shè)計任務書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確地反映設(shè)計和實驗成果，能正確的繪制電路圖。三、FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)整體方案設(shè)計1.調(diào)制設(shè)計方案：設(shè)信息源發(fā)出的是由二進制符號0，1 組成的序

7、列， 且假定0 符號出現(xiàn)的概率為p，1 出現(xiàn)的概率為1- p，它們彼此獨立，那么，2FSK 信號便是1 符號對應于載頻1，而0 對應于載頻2（ 與1不同的另一個載頻） 的已調(diào)波形，而且1、2的改變是瞬間就能完成的。容易想到，2FSK 可以利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻,使其能夠輸出2 個不同頻率的碼元。2FSK信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。圖3-1數(shù)字鍵控法產(chǎn)生2FSK信號的原理圖：圖3-1數(shù)字鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的原理圖圖中兩個振蕩器的載波輸出受輸入的二進制基帶信號s(t)控制。由圖(a)可知，s(t)為“1”時，正脈沖使門電路1接通，門2斷

8、開，輸出頻率為f1；數(shù)字信號為“0”時，門1斷開，門2接通，輸出頻率為f2。在一個碼元Tb期間輸出1或2兩個載波之一。這種方法的特點是轉(zhuǎn)換速率快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路簡單，得到廣泛應用。對應圖3-1（a）和(b) ，2FSK調(diào)制器各點的時間波形如圖3-2所示，圖中波形g可以看成是兩個不同頻率載波的2ASK信號波形e和波形f的疊加?？梢?，2FSK信號由兩個2ASK信號相加構(gòu)成。其信號的時域表達式：圖3-2 2FSK調(diào)制器各點的時間波形本次綜合設(shè)計實驗調(diào)制部分正是采用此方法設(shè)計的。整個調(diào)制系統(tǒng)包括：載波振蕩器、分頻器、反相器、調(diào)制器與加法器等單元電路組成。2. 解調(diào)設(shè)計方案：數(shù)字頻率鍵控（

9、2FSK） 信號常用解調(diào)方法有很多種，在設(shè)計中利用過零檢測法。過零檢測法是利用信號波形在單位時間內(nèi)與零電平軸交叉的次數(shù)來測定信號頻率。解調(diào)系統(tǒng)組成原理框圖如圖3-3所示電路： 圖3-3 2FSK過零檢測解調(diào)電路原理框圖輸入的FSK 信號經(jīng)限幅放大后成為矩形脈沖波，再經(jīng)過微分電路得到雙向尖脈沖，然后整流得到單向尖脈沖，每個尖脈沖表示一個過零點，尖脈沖的重復頻率就是信號頻率的兩倍。將尖脈沖去觸發(fā)一單穩(wěn)電路， 產(chǎn)生一定寬度的矩形脈沖序列，該序列的平均分量與脈沖重復頻率成正比，即與輸入信號成正比。所以經(jīng)過低通濾波器輸出的平均分量的變化反映了輸入信號頻率的變化，這樣把碼元“ 1”與“ 0”在幅度上區(qū)分開

10、來，恢復出數(shù)字基帶信號。其原理框圖及各點波形如圖3-4所示。 圖3-4 過零檢測電路信號波形四、系統(tǒng)中各種單元電路設(shè)計以及仿真1.主載波振蕩器電路設(shè)計與工作原理載波振蕩器的功用是提供2FSK調(diào)制系統(tǒng)所需的載波和信碼定時信號，它可用門電路或集成電路（555）構(gòu)成多諧振蕩器。本實驗系統(tǒng)要求產(chǎn)生的主載波振蕩頻率為16KHZ載波，要求輸出頻率可調(diào)。為簡化實驗電路，本次實驗系統(tǒng)選用門電路構(gòu)成多諧振蕩器。已知該門電路的估算振蕩周期是: T»2.2RC。經(jīng)計算其實際電路如圖4-1所示： 圖4-1 主載波振蕩器電原理圖由圖4-1電路可知，在三個與非門之間加入了一個R(R1)C(C1)延時網(wǎng)絡，由于R

11、C較大，可忽略tpd。接通電源時，C 的充放電使“A”點電壓發(fā)生變化。每當”A”點到達閾值電壓VT=1.4V時，電路就會翻轉(zhuǎn)，電路不停的自動翻轉(zhuǎn)，就會在Vo 端輸出一系列的矩形脈沖，即電路產(chǎn)生了振蕩。并且調(diào)整R1可以改變RC值，使振蕩頻率改變。R2起隔離作用，把電容C1的輸出與U3c的輸入隔離開。電路振蕩波形如圖4-2所示：圖4-2 主載波信號波形圖2.分頻器電路設(shè)計與工作原理將主載波按設(shè)計技術(shù)指標要求，一般用D觸發(fā)器構(gòu)成適當?shù)姆诸l電路，獲得載頻f1、f2和序列所需的時鐘信號。本實驗系統(tǒng)，將主載波16KHZ進行二分頻得8KHZ信號作f1；將8KHZ載波進行二分頻得4KHZ信號作f2；再將4KH

12、Z四分頻得1KHZ信號作為fs，為M序列發(fā)生器提供編碼時鐘信號。分頻器的實際電路如圖4-3所示： 圖4-3 分頻器電原理圖分頻電路輸出信號波形如圖4-4所示： 圖4-4(1) f1=8KHZ波形 圖4-4(2) f2=4KHZ波形 圖4-4(3) fs=1KHZ波形3.波形變換電路設(shè)計與工作原理為使載波的波形是正弦波，需將分頻器輸出的方波轉(zhuǎn)換成正弦波。采用低通濾波器可實現(xiàn)此功能，其4KHZ轉(zhuǎn)換電路如圖4-5所示。（8KHZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路省略）圖4-5波形轉(zhuǎn)換電路4. m序列發(fā)生器電路設(shè)計與工作原理四級偽隨機碼Q3Q2Q1Q01111011100110001100001000010100111

13、000110101101011010110111101111m序列也稱作偽隨機序列，它的顯著特點是：（a）隨機特性；（b）預先可確定性；（c）可重復實現(xiàn)。本次綜合設(shè)計要求用D觸發(fā)器構(gòu)成四級移位寄存器，形成長度為24-1=15位碼長的偽隨機碼序列，碼率約為1000bit/s。m序列輸出圖4-5是實驗系統(tǒng)中4級偽隨機序列碼發(fā)生器電原理圖。 圖4-5 M序列發(fā)生器電原理圖從圖中可知，這是由4級D觸發(fā)器和異或門組成的4級反饋移位寄存器。本電路是利用帶有兩個反饋抽頭的4級反饋移位寄存器，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見表1，該電路輸出的信碼序列為： 111101011001000。 信號波形如圖4-6所示： 圖4-6 基帶

14、信號波形圖5.調(diào)制器電路設(shè)計與工作原理2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時刻，2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會不利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號，這時的已調(diào)信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。在這里，我們采用的是載波調(diào)頻法，其調(diào)制器電路原理圖如圖4-7所示： 圖4-7 門電路與電子開關(guān)構(gòu)成的調(diào)制器電原理圖由圖4-7可知，

15、若用門電路構(gòu)成調(diào)制器，其工作過程是：從“XMIN”輸入的基帶信號分成兩路，1路經(jīng)（74LS00）反相后接至U12C（74LS00）的控制端，另1路直接接至U10A的控制端。從“載波f1”和“載波f2”輸入的載波信號分別接至U10A和U12C的輸入端。當基帶信號為“1”時，門電路U10A 打開，U12C關(guān)閉，輸出第一路載波；當基帶信號為“0”時，U10A關(guān)閉，U12C打開，此時輸出第二路載波，再通過相加器就可以得到2FSK調(diào)制信號。波形如圖4-8 所示。圖4-8 2FSK信號波形6.過零檢測2FSK信號解調(diào)電路設(shè)計與工作原理從前面原理的介紹中，我們知道2FSK調(diào)制信號的解調(diào)若用非相干過零檢測法，

16、由圖可見，必須有七個單元模塊來完成。考慮到2FSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)集于同一仿真電路中，已調(diào)信號未經(jīng)信道傳輸，沒有畸變、沒有信道的干擾，因而采用數(shù)字電路完成限幅、微分、整流和脈沖形成四大功能是較簡單的，其參考電路如圖4-9所示。電路輸出信號波形如圖4-10所示。圖4-9 限幅、微分、整流、展寬電路原理圖由圖可見，該脈沖形成電路用雙J-K觸發(fā)器74LS107、二極管、阻容等元件組成。該電路具有單穩(wěn)態(tài)特性，它的穩(wěn)定狀態(tài)是： Q=1或=0。當CP端有輸入信號觸發(fā)時，輸入信號的下降沿使電路狀態(tài)發(fā)生改變:Q=0或=1。這時J-K觸發(fā)器清零端的電壓VRD將緩慢降低，當降至1.4V左右時，觸發(fā)器清零，電路又回

17、到穩(wěn)定狀態(tài)，此時，二極管導通，電容C經(jīng)二極管正向電阻rD 反向充電，因為反向充電的時常數(shù)充= rD C 較小，因而觸發(fā)器清零端的電壓會很快上升至高電位上，保證Q端維持低電平。顯然，輸入信號的下降沿作用后，清零端電平下降到1.4V左右的時間長度與脈沖寬度有關(guān)，脈沖寬度放= W1C，調(diào)節(jié)W1可以改變形成脈沖的寬度。調(diào)節(jié)W1使脈沖形成電路上下兩支脈沖的寬度分別小于T1/2（T1=1/f1），保證兩路脈沖疊加后不混疊，但也不能使脈寬過窄，因為形成脈沖的寬度將影響低通濾波器輸出幅度的幅度。 圖4-10 限幅、微分、整流、展寬電路輸出信號波形7.低通濾波器電路設(shè)計與工作原理為了獲得良好的幅頻特性，脈沖展寬

18、電路輸出端所接的低通濾波器的帶外衰減應很快，達40dB/十倍頻程。實驗中要求采用巴特沃斯低通濾波器，其電路如圖4-11所示。輸出信號波形如圖4-12所示。圖中所示的低通濾波器為二階有源低通濾波器。能提供40dB/十倍頻程衰減量，由截止頻率公式： 圖4-11低通濾波器電原理圖 圖4-12 低通濾波器輸出信號波形圖8.電壓比較器電路組成與工作原理電壓比較器是集成運放非線性應用電路，他常用于各種電子設(shè)備中，所謂電壓比較器就是將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域在

19、本實驗系統(tǒng)，電壓比較器的主要任務是將鎖相環(huán)輸出的數(shù)字基帶信號進行零電平判決與實現(xiàn)波形的變換，使之成為規(guī)則的矩形波。其基本電路構(gòu)成如圖4-13所示，輸出信號波形如圖4-14所示。它由通用電壓比較器芯片LM311構(gòu)成，其反相輸入端接分壓電位器的中心抽頭，以取得參考電壓Vb；當輸入信號電壓ViVb 輸出為1； 當輸入信號電壓ViVb 輸出為0。圖4-13 電壓比較器基本電路構(gòu)成圖4-14 電壓比較器輸出波形9.抽樣判決器電路組成與工作原理抽樣判決器的功用是：在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。鎖相環(huán)電壓比較器輸出的信號，必須進行碼再生電路（即抽樣判決電路）才能恢復出和發(fā)送端相同的非歸零碼。在2FSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決電路通常用觸發(fā)器對判決信號進行抽樣再生，其基本電路如圖4-15所示，輸出信