通信原理實驗指導手冊示例

試驗一：抽樣定理試驗

一、試驗目的

I、熟悉TKCS-AS型通信系統(tǒng)原理試驗裝置；

2、熟悉用示波器觀測信號波形、測量頻率與幅度；

3、驗證抽樣定理；

二、試驗預習規(guī)定

1、復習《通信系統(tǒng)原理》中有關(guān)抽樣定理口勺內(nèi)容；

2、閱讀本試驗的內(nèi)容，熟悉試驗的環(huán)節(jié)；

三、試驗原理和電路闡明

1、概述

在通信技術(shù)中為了獲取最大的經(jīng)濟效益，就必須充足運用信道的傳播能力，擴大通信容量。因此，采用多路

化制式是極為重要B勺通信手段。最常用的多路復用體制是頻分多路復用(FDM)通信系統(tǒng)和時分多路復用(TDM)通

信系統(tǒng)。頻分多路技術(shù)是運用不同樣頻率的正弦載波對基帶信號進行調(diào)制，把各路基帶信號頻譜搬移到不同樣的

頻段上，在同??信道上傳播。而時分多路系統(tǒng)中則是運用不同樣步序的I脈沖對基帶信號進行抽樣，肥抽樣后的脈

沖信號準時序排列起來，在同一信道中傳播。

運用抽樣脈沖把?種持續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值日勺過程稱為“抽樣”，抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅(PAM)信

號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的所有信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復出原

信號。

抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳播理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)的。

在工作設(shè)備中，抽樣過程是模擬信號數(shù)字化日勺第?步。抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能指標。

作為例子，圖1-1示意地畫出了傳播?路語音信號的PCM系統(tǒng)。從圖中可以看出要實現(xiàn)對語音的PCM編

碼，首先就要對語音信號進行抽樣，然后才能進行量化和編碼。因此，抽樣過程是語音信號數(shù)字化II勺重要環(huán)節(jié)，

也是一切模擬信號數(shù)字化口勺重要環(huán)節(jié)。

PAMPAM

_LTLIIIIIIJLJL

語音語音

信號信號

圖1-1單路PCM系統(tǒng)示意圖

為了讓試驗者形象地觀測抽樣過程，加深對抽樣定理的理解，本試驗提供了一種經(jīng)典的抽樣電路。除此，

本試驗還模擬了兩路PAM通信系統(tǒng)，從而協(xié)助試驗者初步理解時分多路時通信方式。

2、抽樣定理

抽樣定理指出，一種頻帶受限信號m⑴假如它的I最高頻率為仙（即m⑴B勺頻譜中沒有加以上時分量），可以唯

一地由頻率等于或不不大于2后口勺樣值序列所決定。因此，對于一種最高頻率為3400Hz的語音信號m⑴，可以

用頻率不不大于或等于6800HzH勺樣值序列來體現(xiàn)。抽樣頻率fs和語音信號m⑴的頻譜如圖1-2和圖1-3所示。

由頻譜可知，用截止頻率為m的J理想低通濾波器可以無失真地恢復:原始信號nMt）,這就闡明了抽樣定理的

對口勺性。

實際上，考慮到低通濾波器特性不也許理想，對最高頻率為3400Hz日勺語音信號，一般采用8KHz抽樣頻率,

這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶，見圖14假如fs<2fH，就會出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖1-5所示。

在驗證抽樣定理H勺試驗中，我們用單一頻率排的正弦波來替代實際的語音信號，采用原則抽樣頻率fs=8KHz,

變化音頻信號的J頻率排，分別觀測不同樣頻率時，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號，體會抽樣定理口勺對的性。

圖1-2語音信號R勺頻譜圖1-3語音信號H勺抽樣頻譜和抽樣信號H勺頻譜

驗證抽樣定理日勺試驗方框如圖1-6所示。在試驗中，連接(TP8)和(TPI4),就構(gòu)成了抽樣定理試驗電路。

圖1-6抽樣定理試驗框圖

抽樣電路采用場效應晶體管開關(guān)電路。抽樣門在抽樣脈沖日勺控制下以每秒八千次日勺速度開關(guān)。T1為結(jié)型場

效應晶體管，T2為驅(qū)動三極管。當抽樣脈沖沒來時，驅(qū)動三極管處在截止狀態(tài)，-5V電壓加在場效應晶體管柵

極G,只要G極電位負于源極S日勺電位，并且|UGS|>|UP|,則場效應晶體管處在夾斷狀態(tài)，輸出信號為“0”。抽

樣脈沖來時，驅(qū)動三極管導通，發(fā)射極+5V電壓加到驅(qū)動二極管，使之反向偏置,從截止到導通內(nèi)跳變電壓經(jīng)跨

接在二極管兩端的I電容加到場效應晶體管日勺G極。使柵極、源極之間日勺電壓迅速抵達場效應晶體管導通的數(shù)值,

并一直抵達使源極電壓等于漏極上R勺模擬電壓。這樣，抽樣脈沖期間模擬電壓經(jīng)場效應晶體管開關(guān)加到負載上。

由于抽樣電路的負載是一種電阻，因此抽樣的I輸出端能得到一串脈沖信號。此脈沖信號的J幅度與抽樣時輸入信號

口勺瞬時值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的J寬度相似。這樣，脈沖信號就是脈沖調(diào)幅信號。當抽樣脈沖寬度遠

不不不大于抽樣周期時，電路輸出的成果靠近于理想抽樣序列。由圖1-6可知，用一低通濾波器即可實現(xiàn)模擬

信號時恢復。為便于觀測，解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器構(gòu)成，低通濾波器的截止頻率為3400Hz。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內(nèi)容與環(huán)節(jié)

(一)、準備工作

1、觀測本試驗電路部分及所需直流電壓;

1、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀測輸出端，調(diào)整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；

2、正弦波信號從信號輸入端(TP4)輸入；

3、連接(TP2)—(TP6)；

4、以(TP4)作比較信號，觀測抽樣后形成的PAM信號(TP8),調(diào)整示波器觸發(fā)同步，使波形在示波

器上穩(wěn)定，計算一種周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，查對信號頻率與抽樣頻率的關(guān)系；

V

幅度：V

t

C"周期：S

頻率：Hz

抽樣后形成的PAM信號CTP8)

5、變化信號頻率f；計算一種周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，填入下表：

f(Hz)3005001000202330005000

抽樣次數(shù)||||||一

6、連接(TP2)—(TP6)；(TP8)—(TP14)在(TP15)觀測經(jīng)低通濾波器和放大器的解調(diào)信號，測

曷其頻率確定和輸入信號的關(guān)系，驗證抽樣定理。

V

幅度：V

?周期：s

解調(diào)信號(TP15)

六、試驗匯報

1、整幀試驗數(shù)據(jù)，畫出對應的曲線和波形。

2、抽樣定理的內(nèi)容和公式？

3、試驗心得與體會。

試驗二：脈沖調(diào)幅(PAM)試驗

一、試驗目的1

1、觀測理解PAM信號II勺形成過程；

2、理解PAM的平頂展寬解調(diào)過程；

3、低通濾波器在解調(diào)中U勺作用；

二、試驗預習規(guī)定

1、復習《通信系統(tǒng)原理》中有關(guān)PAM的內(nèi)容；

2、復習模擬通信系統(tǒng)和基帶傳播的有關(guān)章節(jié)；

3、閱讀本試驗的內(nèi)容，熟悉試驗的環(huán)節(jié)；

三、試驗原理

1、多路脈沖調(diào)幅(PAM信號的形成和解調(diào))

多路脈沖調(diào)幅的試驗框圖如圖2—7所示。在試驗中，連接(TP8)和(TP11)、(TP13)和(TP14)就構(gòu)成了

多路脈沖調(diào)幅試驗電路。

圖2-7多路脈沖調(diào)幅試驗框圖

分路抽樣電路的作用是：將在時間上持續(xù)的語音信號經(jīng)脈沖抽樣形成時間上離散的脈沖調(diào)幅信號。n路抽樣

脈沖在時間上是互不交又、次序排列的。各路的抽樣信號在多路匯接時公共負載上相加便形成合路H勺脈沖調(diào)幅信

號。本試驗設(shè)置了兩路分路抽樣電路。

多路脈沖調(diào)幅信號進入接受端后，由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路PAM信號，發(fā)送端分路抽

樣與接受端分路選通是一一對應的，這是依托它們所使用的定期脈沖H勺對應關(guān)系決定H勺。為簡化求驗系統(tǒng)，本試

驗的分路選通脈沖直接運用該路的分路抽樣脈沖經(jīng)合適延遲獲得。援受端的選通電路也采用結(jié)型場效應晶體管作

為開關(guān)元件，但輸出負載不是電阻而是電容。采用這種類似于平頂抽樣的電路是為了處理PAM解調(diào)信號的幅度

問題。由于時分多路II勺需要，分路脈沖H勺寬度T是很窄的。當占空比為TS/TS的脈沖通過話路低通濾波器后，

低通濾波器輸出信號的幅度很小。這樣大的衰減帶來的后果是嚴重的。不過，在分路選通后加入保持電容，可使

分路后"勺PAM信號展覽到100%的占空比，從而處理信號幅度衰減過大的問題。但我們懂得平頂抽樣將引起固

有U勺頻率失真。

PAM信號在時間上是離散的，但在幅度上卻是持續(xù)的。而在PCM系統(tǒng)里，PAM信號只有在被量化和編碼

后才有傳播的也許。本試驗僅提供一種PAM系統(tǒng)的簡樸模式。

2、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路際串話

路際串話是衡量多路系統(tǒng)的重要指標之一。路際串話是指在同一時分多路系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信

號串擾到其他話路上去，這樣就產(chǎn)生了同一端機中的各路通話之間U勺串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者

導致失密或影響正常通話：后者等于噪聲干擾。對路際串話必須設(shè)法防止。一種實用H勺通話系統(tǒng)必須滿足對路際

串話規(guī)定的指標。

在一種理想的傳播系統(tǒng)中，各路PAM信號應是嚴格地限制在本路時隙中的矩形脈沖。但假如傳播PAM信

號H勺通道頻帶是有限的，則PAM信號就會出現(xiàn)“拖尾”的現(xiàn)象，當“拖尾”嚴重，以至侵入鄰路隙時?，就產(chǎn)生

了路際串話。

在考慮通道頻帶高頻端時，可將整個通道簡化為圖2-8所示H勺低通網(wǎng)絡(luò)，它的上截止頻率為：

fi=l/(2JiR,Ci)

圖2-8通道的低通等效網(wǎng)絡(luò)

為了分析以便，設(shè)第一路有幅度為V的PAM脈沖，而其他路沒有。當矩形脈沖通過圖2-8(a)所示的低通網(wǎng)

絡(luò)，輸出波形如圖2-8(b)所示。脈沖終了時，波形按RC時間常數(shù)指數(shù)下降。這樣，就有了第一路脈沖在第二

路時隙上的殘存電壓一一串話電壓△U,這種由于信道的高頻響應不夠引起的路際串話就叫做高頻串話。

當考慮通道頻帶U勺低頻端時，可將通道簡化為圖2-9所示II勺高通網(wǎng)絡(luò)。它II勺下截止頻率為：

f2=l/(2JiR2c2)

日于R2c2?T因此當脈沖通過圖2-9（a）所示的高通網(wǎng)絡(luò)后，輸制波

形如圖2-9（b）所示。長長的“拖尾”影響到相隔很遠的時隙。若計算某一話路上的串話電壓，則需要計算前n路

對這一路分別產(chǎn)生的串話電壓，積累起來才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應不夠而引起II勺路際串話就

叫做低頻串話。處理低頻串話是一項很困難U勺工作。

n平

匕I集明

(a)（b）

圖2-9通道口勺高頻等效電路

四、試驗儀器

雙蹤同步小波器

五、試驗內(nèi)容與環(huán)節(jié)

1、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀測輸出端，調(diào)整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；

2、正弦波信號從信號輸入端（TP4）輸入:

3、連接(TP2)—(TP6)、(TP8)一(TPU)、(TP13)一(TP14)、(TP3)一(TP12)；

4、在（TP13）觀測選通后的單路解調(diào)展寬信號，用示波器讀出T的寬度（單位為us）；T

（US）；

單路解調(diào)展寬信號（TP13）

5、變化信號頻率f,在（TP15）觀測經(jīng)低通濾波器放大后口勺音頻信號，測量整個系統(tǒng)的頻率特性

幅度：V

_________________t

<一周期：S

頻率：Hz

單路解調(diào)展寬信號（TP13）

測量整個系統(tǒng)H勺頻率特性，測試數(shù)據(jù)填入下表：

f(Hz)3005001000202330005000

TP15(Vp-p)

六、試驗匯報

1、整頓試驗數(shù)據(jù)，畫出對應的曲線和波形；

2、回答：PAM信號是怎樣形成“勺？

3、試驗心得與體會。

試驗三：脈沖編碼調(diào)制（PCM）試驗

一、試驗目的

1、理解語音信號編譯碼H勺工作原理；

2、驗證PCM編碼原理：

3、初步理解PCM專用集成電路的）工作原理和應用；

4、理解語音信號數(shù)字化技術(shù)的重要指標及測試措施；

二、試驗預習規(guī)定

1、復習《通信系統(tǒng)原理》中有關(guān)編譯碼和PCM通信系統(tǒng)日勺內(nèi)容；

2、閱讀本試驗的內(nèi)容，熟悉試驗的環(huán)節(jié)；

三、試驗原理

1、概述

圖3-1PCM數(shù)字終端機的構(gòu)造示意圖

脈沖編碼(PCM)技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。十數(shù)年來，由于超大規(guī)模集成技術(shù)的I發(fā)展,

PCM通信設(shè)備在縮小體積、減輕重量、減少功耗、簡化調(diào)試以及以便維護等方面均有了明顯的改善。目前，數(shù)

字終端機H勺關(guān)犍部件、如編譯碼器(Codec)和話路濾波器等都實現(xiàn)了集成化。本試驗是以這些產(chǎn)品編排H勺PCM

編譯碼系統(tǒng)試驗，以期讓試驗者理解通信專用大規(guī)模集成電路在通信系統(tǒng)中應用的I新技術(shù)。

PCM數(shù)字終端機的)構(gòu)成原理如圖3-1所示。試驗只包括虛線框內(nèi)的部分，故名PCM編譯碼試驗。

2、試驗原理和電路

PCM編譯碼系統(tǒng)由定期部分和PCM編譯碼器構(gòu)成。

(一)、PCM編譯碼原理

為適應語音信號H勺動態(tài)范圍，實用口勺PCM編譯碼必須是非線性H勺。目前，國際上采用時均是折線近似的對

數(shù)壓擴特性。CCITTo的提議規(guī)定以13段折線近似的A律(A=87.56)和15段折線近似日勺口律(H=255)作為國際原

則。A律和u律時量化特性初始段如圖3-2(a)和圖3-2(b)所示。

圖3-2量化特性

這種折線近似壓擴特性的)特點是：各段落間量階關(guān)系都是2II勺倍數(shù)，在段落內(nèi)為均勻分層量化，即等間隔

16個分層。這些對于用數(shù)字電路實現(xiàn)非線性編碼與譯碼是極為以便的J。

(二)、PCM編譯碼器簡介

本試驗PCM編譯碼器采用了TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是CMOS工藝制造歐J單片PCMA/u律編

譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067口勺管腳如圖3-3所示。

TP3067的管腳定義簡述如下：

(1)VPO+接受功放日勺同向輸出。

(2)GNDA模擬地。所有信號以這個引腳為參照點。

(3)VP0-接受功放的反向輸出。

(4)VPI將輸入轉(zhuǎn)換到接受功放。

(5)VFR0接受濾波器的模擬輸出。

二VBB

2VFXH

二

VFXI-

I9

ISCSX

二

I7ANLB

I6

I5TSX

I4二

I3rex

IZ

II二DX

BCLXX

MCLKX

圖3-3TP3067I內(nèi)管腳圖

(6)VCC正電源引腳。VCC：+5V±5%

(7)FSR接受部分的8KHz幀同步時隙信號。

(8)DRPCM碼流解碼輸入。

(9)BCLKR/CLKSET接受數(shù)據(jù)(DR)時鐘，在固定速率工作模式下為2048K。FSR的上升沿，可以從

64KHz變化到2.048MHz。邏輯輸入可以交替地選擇在同步模式下提供應主時鐘H勺1.536MHz/1.554MHz或

2.048MHz,BCLKX用于傳播和接受。

(10)MCLKR/PDN接受主時鐘。1.544MHz或2.048MHz?？梢耘cMCLK同步，但最佳是在最

佳性能時與MCLKX同步。在MCLKR持續(xù)低時，所有內(nèi)部定期選擇MCLKX。在MCLKR持續(xù)高時，器件

處在低功耗狀態(tài)。

(II)MCLKX傳播主時鐘必須是1.536MHz,1.544MHz或2.048MHz可以與MCLKR同步。

(⑵BCLKX傳播數(shù)據(jù)(DX)位時鐘，固定速率工作模式下為2048K可以從64KHz變化至U2.048?MHz,

但必須與MCLKX同步。

(13)DX編碼數(shù)據(jù)輸出，通過FSX使能。

(14)FSX發(fā)送部分的8KHz幀同步時隙信號，

(15)TSX編碼時的消耗輸出.

(16)ANLB控制輸入日勺模擬回路。操作時必須置邏輯“0”。

(17)GSX傳播輸入放大器的模擬輸出，用于內(nèi)部設(shè)置增益。

(18)VFXI-傳播輸入放大器的反向輸入。

(19)VFXI+傳播輸入放大器的同向輸入。

(20)VBB負電源引腳。VBB=-5V±5%O

(三)、定期部分

TP3067編譯碼器所需的定期脈沖均由定期部分提供。這里只需要主時鐘2048KHZ和幀定期8KHz信號。

為了簡化試驗內(nèi)容，木試驗系統(tǒng)”勺編譯碼部分公用一種定期源以保證發(fā)收時隙的同步。在實際口勺PCM

數(shù)字設(shè)備中，確有一種同步系統(tǒng)來保證發(fā)收同步的。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內(nèi)容與環(huán)節(jié)

1、用示波器在(TP1)觀測主振波形、在(TP2)、(TP3)和(TP4)觀測波形，記錄它們的頻率和幅

V

V

2、打開低頻函數(shù)發(fā)生器電源，用示波器觀測輸出端，調(diào)整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；TP3：

幅度:V

TP4：

幅度：V

(TP3)和(TP4)

3、正弦波信號從信號輸入瑞(TP5)輸入；

4、觀測(TP6)PCM編碼輸出口勺碼流，畫出其波形；

5、連接(TP6)-(TP7)觀測經(jīng)譯碼和接受低通濾波器恢復出時同相輸出音頻信號(TP8)和反相輸

出H勺音頻信號(TP8'),記錄各點的波形頻率和幅度；

V

幅度：V

°------------------J周期：s

頻率：Hz

PCM編碼輸出(TP6)

6、測試系統(tǒng)口勺頻率特性：變化信號頻率f,在(TP8)觀測經(jīng)低通濾波器后H勺音頻信號，測量整個系

統(tǒng)H勺頻率特性；

幅度：V

°------------------J周期：s

頻率：Hz

7、測試系統(tǒng)時,HE妗山頻率f,在(TP8)觀測經(jīng)低通漉波器后的音頻信號，測量整個系統(tǒng)的頻率

特性，測試數(shù)據(jù)填入下表:

f(Hz)3005001000202330005000

TP8(Vp-p)

六、試驗匯報

1、整頓試驗數(shù)據(jù)，畫出對應的曲線和波形;

2、PCM編譯系統(tǒng)由那些部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？

3、試驗心得與體會。

試驗四：移相鍵控（PSK）試驗

一、試驗目的

1、理解M序列的性能，掌握其實現(xiàn)措施及其作用；

2、理解2PSK系統(tǒng)H勺構(gòu)成給證，其調(diào)制解調(diào)原理；

3、學習集成電路壓控振蕩器在系統(tǒng)中的應用；

4、學習2PSK系統(tǒng)重要性能指標的測試措施；

二、試驗預習規(guī)定

1、復習《通信系統(tǒng)原理》中有關(guān)PSK調(diào)制解調(diào)的）內(nèi)容；

2、閱讀本試驗的內(nèi)容，熟悉試驗的環(huán)節(jié)；

3、理解有關(guān)技術(shù)指標歐J測量措施；

三、試驗原理

（一）概述

數(shù)字通信系統(tǒng)的模型可以用圖5-1體現(xiàn)，虛線框內(nèi)口勺部分稱為數(shù)字調(diào)制和解調(diào)部分，以完畢數(shù)字基帶信號

到數(shù)字頻帶信號之間日勺變換。

圖5-1數(shù)字通信系統(tǒng)模型

與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)同樣是通過某種方式，將基帶信號曰勺頻譜由一種頻率位置搬移到另一

種頻率位置上去。不同樣的是，數(shù)字調(diào)制的基帶信號不是模擬信號而是數(shù)字信號。

在大多數(shù)狀況下，數(shù)字調(diào)制是運用數(shù)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進行鍵控，便

可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數(shù)字調(diào)制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜運用率等方面，以相干PSK的

性能最佳，目前已在中、高速傳播數(shù)據(jù)時得到廣泛應用。

近年來，在數(shù)字微波通信中深入提高頻譜運用率的課題已獲得重要進展。除2PSK外，已派生出多種調(diào)制形

式，如四相移相鍵控(QPSK)、八相移相鍵控(8PSK)、正交部分響應(QPRS)、十六狀態(tài)正交電幅(16QAM)以及

64QAM、256QAM等，這些都是高效率的調(diào)制手段。

為了模擬實際數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，本試驗的調(diào)制和解調(diào)基本上由數(shù)字電路構(gòu)成。數(shù)字電路具有變喚速度快、解調(diào)

測試以便等長處。為了試驗過程中觀測以便，試驗系統(tǒng)的載波選為5MHz。

(二)調(diào)制

2PSK系統(tǒng)的調(diào)制部分框圖如圖5-2所示，下面分幾部分闡明。

圖5-22PSK調(diào)制部分用圖

1、M序列發(fā)生器

實際的數(shù)字基帶信號是隨機的，為了試驗和測試以便，一般都是用M序列發(fā)生器產(chǎn)生一種偽隨機序列來充

當數(shù)字基帶信號源。按照本原多項式f(x)=X$+X3+1構(gòu)成日勺五級線性移位寄存器，就可得到31位碼長的M

序列。碼元定期與載波日勺關(guān)系可以是同步的I，以便清嘶觀測碼元變化時對應調(diào)制載波的對應變化：也可以是異步

H勺，日于實際的系統(tǒng)都是異步的，碼元速率約為IMbt/S。

2、相對移相和絕對移相

移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調(diào)載波H勺相位作為基準的相位調(diào)制叫做絕對移相。以二進制

調(diào)相為例，取碼元為“1”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相；取碼元為“0”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相；“1”

和“0”時調(diào)制后載波相位差180°。絕對移相日勺波形如圖5-3所示。

理帶-------------------

信號------------------------------------>t

回)A碼元10W00

-Iwwvwwz

溫-八k/www-

圖5-3絕對移相口勺波形示意圖

在同步解調(diào)的PSK系統(tǒng)中，由于收端載波恢復存在相位模糊的問題，即恢復的載波也許與未調(diào)載波同相，

也也許反相,以至使解調(diào)后的信碼出現(xiàn)也也“1”倒置,發(fā)送為“1”碼,解調(diào)后得到“0”碼；發(fā)送為也”碼,

解調(diào)后得到“1”碼。這是我們所不僅愿的J,為了克服這種現(xiàn)象，人們提出了相對移相方式。

相對移相的調(diào)制規(guī)律是：每一種碼元的載波相位不是以固定的未調(diào)載波相位作基準H勺，而是以相鄰的前一種

碼元時載波相位來確定其相位的取值。例如，當某一碼元取“I”時，它的載波相位與前一碼元內(nèi)載波同相：碼

元取“0”時，它的載波相位與前一媽元即J載波反相。相對移相的波形如圖5-4所示。

u⑴A

基帶——------------

信號------------------------------------->t

別A碼元101100

器fwv贏2

圖5?4相對移相日勺波形示意圖

一般狀況下，相對移相可通過對信碼進行變換和絕對移相來實現(xiàn)，將信碼通過差分編碼變換成新的碼組一一

相對碼，再運用相對碼對載波進行絕對移相，使輸出的已調(diào)載波相位滿足相對移相的相位關(guān)系。

設(shè)絕對碼為｛南｝,相對碼為｛0｝,則二相編碼的邏輯關(guān)系為：

bi=ai-bi-i(1)

差分編碼的功能可由一種模二和電路和一級移位寄存器構(gòu)成。

調(diào)相電路可由模擬相乘器實現(xiàn)，也可由數(shù)字電路實現(xiàn)。試驗中的調(diào)相電路是由數(shù)字選擇器(74LS153)完畢。

當2腳和14腳同步為高電平時，7腳輸出與3腳輸入?yún)^(qū)10相載波相似；當2腳和14腳同步為低電平時，7腳輸

出與6腳輸入的n相載波相似。這樣就完畢了差分信碼對載波“勺相位調(diào)制。圖5-5示出了一種數(shù)字序列的相對移

相H勺過程。

對應于差分編碼，在解調(diào)部分有差分譯碼。差分譯碼H勺邏輯為:

Ci=bi+bi-i(1)

將⑴式代入⑵式,得

Ci=a,-bi-1+bi-i

Vbi-i-bi-)=0

a=ai+0=aj

這樣，經(jīng)差分譯碼后就恢復了原始的信碼序列。

圖5-5絕對碼實現(xiàn)相對移相的過程

3、數(shù)字調(diào)相器的重要指標

在設(shè)計與調(diào)整一種數(shù)字調(diào)相器時，重要考慮日勺性能指標是調(diào)相誤差和寄生調(diào)幅。

(I)調(diào)相誤差

由于電路不理想，往往引進附加的相移，使調(diào)相器輸出信號的載波相位取值為00及180+△中，我們把這個

偏離時相角△①稱為調(diào)相誤差。調(diào)和器日勺調(diào)相誤差相稱于損失了有用信號的I能量。

(2)寄生調(diào)幅

理想的二相相位調(diào)制器，當數(shù)碼取“0”或“1”時，具輸出信號的幅度做保持不變，即只右相位調(diào)制而沒

有附加幅度調(diào)制。但由于調(diào)制器的特性不均勻及脈沖高卜.電平日勺影響，使得“0”碼和“1”碼的)輸出信號幅度不

等。設(shè)“0”碼和“1”碼所對應的輸出信號幅度分別為U°m或UM，則寄生調(diào)幅為：

m=(Uom-Uim)/(Uom+Uim)X100%(3)

(三)解調(diào)

2PSK系統(tǒng)的解調(diào)部分框圖如圖5-6所示。

圖5-62PSK解調(diào)部分框圖

1、同相正交環(huán)

絕大多數(shù)二相PSK信號采用對稱的移相鍵控，因而在碼元1、0等條件下都是克制載波的，即在調(diào)制信號的

頻譜中不含載波頻譜，這樣就無法用窄帶濾波器從調(diào)制信號中直接提取參攝影位教波。對PSK而言，只要用某

種非線性處理II勺措施去掉相位調(diào)制，就能產(chǎn)生與載波有一定關(guān)系的分量,恢復出同步解調(diào)所需要的參攝影位載波,

實現(xiàn)對克制載波的跟蹤。

從PSK信號中提取載波的常用措施是采用載波跟蹤鎖相環(huán)，如平方環(huán)、同相正交環(huán)、逆調(diào)制環(huán)和判決反饋

環(huán)等。這幾種鎖相環(huán)的性能特點列于表4-1中。

不試驗采用同相正交環(huán)，同相正交環(huán)又叫科斯塔斯(Cosatas)環(huán)。原理框圖如圖5-8所示。在這種環(huán)路里，誤

差信號是由兩個鑒相器提供的。壓控振蕩器(VCO)給出兩路互相正交的載波到鑒相器，輸入的2PSK信號經(jīng)鑒相

后再日低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，得到基帶信號Udi,、Ud2,這時的基帶信號包括著碼元信號，

無法對壓控振蕩相(VCO)進行控制。將Udi和Ud2通過基帶模擬器而乘，就可以去掉碼元信息，得到反應VCO輸

出信號與輸入載波間相位差的控制電壓。

表4-1幾種鎖相環(huán)H勺性能特點

特性、鎖相環(huán)平方環(huán)同相正交環(huán)逆調(diào)制環(huán)判決反饋環(huán)

環(huán)路工作頻率f=2fof=fof=fof=fo

等效鑒相特性正弦正弦近似距形近似距形

解調(diào)能力無有有有

鑒相器工需用基帶模擬需用二次調(diào)制需用基帶模擬

電路復:雜程度

作頻率高相乘器器調(diào)制器

圖5-8同相正交環(huán)原理框圖

2、集成電路壓控振蕩器(IC-VCO)

壓控振蕩器(VCO)是鎖相環(huán)的關(guān)鍵部件，它的頻率調(diào)整和壓控敏捷度決定于鎖相環(huán)的跟蹤性能。

試驗電路采用一種集成電路的壓控振蕩器74S124o集成片配以簡樸的外部元件并加以合適調(diào)整，即可得到

令人滿意的成果。如圖5-9所示。

弟成芯片的每一種振蕩器均有兩個電壓控制端，Vr用于控制頻率范圍(14腳)，Vf用于控制頻率范圍調(diào)整(1

腳)。外接電容器Cext用于選擇振蕩器H勺中心頻率。當Vr和Vf取值合適，振蕩器工作正常時，振蕩器頻率fo與

Cexl內(nèi)關(guān)系近似為:

4

f0=5X10-/Cext(4)

fo與CextH勺關(guān)系曲線如圖5-與所示。

TVIL

bVrHH*冊

1忤IT1T

1?Itl?19IfIBW?

74LS124

I

圖5-9IC-VCO的使用實例圖5-10頻率fo與Ccxt日勺關(guān)系曲線

當固定Cext時，Vr與Vf有確定的函數(shù)關(guān)系。以Vr=Vf=2V時H勺輸出頻率歸為歸一化頻率單位，由試驗數(shù)

據(jù)可面出以Vr為參變量時歸一化頻率力與Vr的變化曲線如圖5-11所示。

圖5-11fn隨Vf的變化曲線

由圖5-11II勺曲線可以看出，隨\T的增大，VCOII勺壓控敏捷度和線性范圍都在增大。選用合適的Vr值和Cext

值，將誤差電壓經(jīng)線性變換后充當控制電壓Vr,這樣就可實現(xiàn)由誤差電壓控制VCO。當f°=10MHz時，一組經(jīng)

典的試驗數(shù)據(jù)為：

Cext=27.5pF,Vr=3.76V

這時Vr在2.8V左右移動。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內(nèi)容與環(huán)節(jié)

1、M序列發(fā)生器

觀測偽隨機碼M序列(TP2絕對碼炳波形：畫出M序列的波形并以(TP1)為時鐘信號寫出它的碼流(至

少32位二進制碼)；驗證M序列的重要性質(zhì)；如:

2、觀測并記錄相對碼(TP3)的波形:畫出(TP3)日勺波形并以(TP1)為時鐘信號寫出它的I碼流(至少

32位二進制碼);

3、數(shù)字調(diào)相電路

以(TP3)為同步信號，觀測并記錄載波信號(TP5)H勺波形;

幅度：V

周期：s

載波信號(TP5)

4、以（TP3）為同步信號，觀測并記錄數(shù)字調(diào)相信號（TP6）的波形。

“4、用TP2（相對碼）作對比，觀測解調(diào)輸出（TP13）的波形。

六、試驗匯報

1、整頓試驗數(shù)據(jù)，畫出對應的曲線和波形；

2、2PSK系統(tǒng)由那些部分構(gòu)成？各部分II勺作用是什么？

3、設(shè)給定一碼組（絕對碼），畫出對其進行2PSKU勺調(diào)制和解調(diào)的波形；

4、試驗心得與體會。

試驗五：HDB3碼型變換試驗

一、試驗目的

1、理解二進制單極性碼變換為HDB3碼日勺編碼規(guī)則：

2、掌握HDB3碼的工作原理和實現(xiàn)措施；

二、試驗預習規(guī)定

1、復習《通信系統(tǒng)原理》中數(shù)字信號的基帶傳播和信道編碼原理中的內(nèi)容;

2、閱讀本試驗的內(nèi)容，熟悉試驗的環(huán)節(jié)；

三、試驗原理

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，有時不通過數(shù)字基帶信號與信道信號之間日勺變換，只由終端設(shè)備進行信息與數(shù)字基帶信

號之間日勺變換，然后直接傳播數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳播中常常采用AMI碼（符

號交替反轉(zhuǎn)碼）和HDB3碼（三階高密度雙極性碼）。

1、傳播碼型

在數(shù)字復用設(shè)備中，內(nèi)部電路多為一端接地，輸出口勺信碼一般是單極性不歸零信碼。當這種碼在電纜.上長距

離傳播時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地（即對地是平衡的），這里就要選用?種適合線路上

傳播的碼型，一般有如下幾點考慮：

（I）在選用的碼型II勺頻譜中應當沒有直流分量，低頻分量也應盡量少。這是由于終端機輸出電路或再生中

繼器都是通過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量U勺。

（2）傳播型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是由于電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重，當碼型

頻譜中高頻分量較大時，就限制廣信碼的傳播距離或傳播質(zhì)量。

（3）碼型應便于再生定期電路從碼流中恢復位定期。若信號連“0”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，

恢復位定期就困難，因此應當使變換后的碼型中連“0”較少。

（4）設(shè)備簡樸，碼型變換輕易實現(xiàn)。

（5）選用的碼型應使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形I向誤碼率比單極性信號低。根據(jù)這些原則，在傳播

線路上一般采用AMI碼和HDB3碼。

2、AMI碼

我們用“0”和“我代表傳號和空號。AMI碼的編碼規(guī)則是“0”碼不變，“1”碼則交替地轉(zhuǎn)換為+1和-1。

當碼序列是時，AMI碼就變?yōu)?+100-1000+1-1+10-1o這種碼型交替出現(xiàn)正、負極脈沖，因此沒直流分量,低頻

分量也很少，它的頻譜如圖6-1所示，AMI碼的能量集中于fo/2處（fo為碼速率）。

圖6-1AMI碼H勺頻譜示意圖

這種碼的反變換也很輕易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將“-1”翻轉(zhuǎn)為“+1”，恢復成單極性碼。

這種碼未能處理信碼中常常出現(xiàn)代I長連“0”日勺問題。

3、HDB3碼及變換規(guī)則

這是一種4連0取代碼，當沒有4個以上連“0”碼時，按AMI規(guī)則編碼，當出現(xiàn)4個連“0”碼時，以碼

型取代節(jié)“000V”或“B00V”替代四連“0”碼。

選用取代節(jié)II勺原則是：用B脈沖來保證任意兩個相連取代節(jié)的V脈沖間“1”日勺個數(shù)為奇數(shù)。當相鄰V脈

沖問“1”碼數(shù)為奇數(shù)時，則用“000V”取代，為偶數(shù)個時就用“B00V”取代。在V脈沖背面的“1”碼和B碼

都依V脈沖的極性而正負交替變化。為了討論以便，我們不管“0”碼，而把相鄰的信碼“1”和取代節(jié)中的B

碼用B1B2……Bn體現(xiàn)，Bn背面為V,選用“000V”或“B00V”來滿足Bn的n為奇數(shù)。當信碼中的“1”碼依

次出現(xiàn)的序列為VBlB2B3...BnVBl時,HDB3碼為…+或為?+++?。由此看出,V脈沖是可以辯認

的，這是由于Bn和其后出現(xiàn)的V有相似的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱V脈沖為破壞點，必要

時加取代節(jié)B00V,保證n永遠為奇數(shù)，使相鄰兩個V碼U勺極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中。相鄰兩

個V碼之間或是其他的“1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則。通過這

樣的變換，既消除了直流成分，又防止了長連“0”時位

定期不易恢復的狀況，同步也提供了取代信息。圖6-2給出了HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的規(guī)定。

圖6-2HDB3碼"勺頻譜示意圖

由于HDB3碼的這些長處能很好地滿足傳播碼型的各項規(guī)定，因此常被用于遠端接口電路中。在