通信系統(tǒng)原理實驗

1、通信系統(tǒng)原理實驗2013-2014通信系統(tǒng)原理實驗報告學院 實驗學院 專業(yè) 電子信息工程 姓名1 高一 學號1 11521312 姓名2 段然 學號2 11521104 班級 11電信1 日期 2014年5月29日 指導教師 殷衛(wèi)真老師 20第一類實驗實驗一 基于DDS的調(diào)制波形產(chǎn)生一、實驗要求及目的：構(gòu)建DDS以及m序列，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計FSK,ASK,PSK等調(diào)制波形，了解通信系統(tǒng)原理的相關(guān)知識，學習采用第三方軟件MODELSIM對ALTERA平臺的設(shè)計進行仿真。并且修改testbench，并仿真出FSK，ASK,PSK等調(diào)制波形。二、實驗環(huán)境:ALTERA Quartus II 8.0平

2、臺和第三方軟件MODELSIM C:UsersAdministratorDesktopasd通源實驗截圖psk圖2.bmp se 6.5進行仿真。三、實驗原理:DDS全稱Direct Digital Frequency Synthesizer（直接數(shù)字頻率合成），是根據(jù)奈奎斯特采樣定律，從連續(xù)信號的相位出發(fā)將一個正弦信號取樣、量化、編碼，形成一個正弦函數(shù)表，存于ROM中。合成時，通過改變相位累加器的頻率控制字來改變相位增量。相位增量（步長）不同，一個正弦周期內(nèi)的采樣點數(shù)不同。在時鐘頻率即采樣頻率不變的情況下，通過相位增量的改變來實現(xiàn)輸出頻率的改變。我們知道，對于正弦信號發(fā)生器，它的輸出可以用下

3、式來描述：其中Sout是指該信號發(fā)生器的輸出信號波形，fout指輸出信號對應(yīng)的頻率。上式的表述對于時間t是連續(xù)的，為了用數(shù)字邏輯實現(xiàn)該表達式，必須進行離散化處理。用采樣時鐘clk進行抽樣，令正弦信號的相位：在一個clk周期Tclk內(nèi)，相位的增量為：其中指clk的頻率，把分割成份，每個clk的相位增量：稱k為頻率控制字，得到輸出頻率：ASK:幅移鍵控 (Amplitude Shift Keying) ASK指的是振幅鍵控方式。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度。 幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實現(xiàn)。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波

4、出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。對于二進制幅度鍵控信號的頻帶寬度為二進制基帶信號寬度的兩倍。 幅移鍵控法(ASK)的載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的，其最簡單的形式是，載波在二進制調(diào)制信號控制下通斷， 此時又可稱作開關(guān)鍵控法(OOK)。多電平MASK調(diào)制方式是一種比較高效的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而一般只適宜在恒參信道下采用。FSK:頻移鍵控（Frequency-shift keying）。就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要

5、優(yōu)點是: 實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。 它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。PSK:相移鍵控 (phase-shift keying) 在某些調(diào)制解調(diào)器中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制系統(tǒng)，在最簡單的方式中，二進制調(diào)制信號產(chǎn)生0和1。載波相位來表示信號占和空或者二進制1和O。對于有線線路上較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可能發(fā)生4個或8個不同的相移，系統(tǒng)要求在接收機上有精確和穩(wěn)定的參考相位來分辨所使用的各種相位。利用不同的連續(xù)的相移鍵控，這個參考相位被按照相位改變而進行的編碼數(shù)據(jù)所取代，并且通過將相位與前面的位進行比較來檢測。四

6、、實驗內(nèi)容：首先在Quartus II上把電路連接好：圖1-3-1再生成.vho文件在modelsim SE 6.5中打開，配置并修改testbench文件，將工程中的work庫以及cycloneii庫配置好相應(yīng)的路徑，從而使在quartusII上編寫好的工程可以在modelsim中進行功能仿真，從而達到預(yù)期的效果。為了能夠更好的解釋系統(tǒng)，我們分別將ASK、FSK、PSK的部分程序代碼展示如下：FSK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FSK ISport(-FW_0

7、:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); -FW_1 :in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); x :in std_logic; FWORD : OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0) ); END FSK;architecture EVEN of FSK isCONSTANT A:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="0000000001111111"CONSTANT B:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):="00000000000

8、11111"BEGIN FWORD<=A WHEN X='0' ELSE B;END;PSK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PSK ISport( X:in std_logic; A:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); B:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END PSK;architect

9、ure EVEN of PSK isBEGIN DOUT<=A WHEN X='0' ELSE B;END;ASK：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ASK ISport( X:in std_logic; A:in std_logic_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END ASK;architecture EVEN of ASK isCONSTANT b:

10、STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0):="10000000"BEGIN DOUT<=A WHEN X='0' ELSE B;END;五、實驗結(jié)果：FSK結(jié)果圖展示：ASK和PSK結(jié)果展示：實驗二、仿真實現(xiàn)HDB3 或 CMI編解碼 或 曼徹斯特碼一、實驗要求及目的：選用m序列作為基帶碼，對其查找或編寫HDB3或 CMI編解碼或曼徹斯特碼的VHDL程序，并編寫相應(yīng)的VHDL testbench,用MODELSIM進行仿真。二、實驗環(huán)境:ALTERA Quartus II 8.0平臺和第三方軟件MODELSIM se 6.5進行仿真。三

11、、實驗原理:M序列：M序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱，是一種偽隨機序列、偽噪聲(PN)碼或偽隨機碼?？梢灶A(yù)先確定并且可以重復(fù)實現(xiàn)的序列稱為確定序列；既不能預(yù)先確定又不能重復(fù)實現(xiàn)的序列稱隨機序列；不能預(yù)先確定但可以重復(fù)產(chǎn)生的序列稱偽隨機序列。對于一個n級反饋移位寄存器來說，最多可以有2n 個狀態(tài)，對于一個線性反饋移位寄存器來說，全“0”狀態(tài)不會轉(zhuǎn)入其他狀態(tài)，所以線性移位寄存器的序列的最長周期為 2n-1。當n級線性移位寄存器產(chǎn)生的序列ai的周期為T= 2n-1時，稱ai為n級m序列。當反饋函數(shù)f（a1,a2,a3,an）為非線性函數(shù)時，便構(gòu)成非線性移位寄存器，其輸出序列為非線性序列。輸出序列

12、的周期最大可達 2n ，并稱周期達到最大值的非線性移位寄存器序列為M序列。四、實驗內(nèi)容：首先，與實驗一相同，需要在QuartusII上連接好電路，而且需要將所給的工程文件中的電路進行一部分的修改并且進行編譯：圖2-3-1生成.vho文件并且在modelsim SE 6.5中打開，配置并修改testbench文件，并且在modelsim中生成由該.vho文件產(chǎn)生的新文件.vhd，以保證M序列能夠正確的被仿真出來，同時將工程中的work庫以及cycloneii庫配置好相應(yīng)的路徑，從而使在quartusII上編寫好的工程可以在modelsim中進行功能仿真，從而達到預(yù)期的效果。該實驗代碼如下：M序列

13、：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY m isport (-DATA_IN: in STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); clr,clk, LOAD: in STD_LOGIC; DATA_OUT: OUT STD_LOGIC);END m;ARCHITECTURE five of m is Signal rq: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);constant DATA_IN:STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0):="00101" BEGINP1

14、: PROCESS(clr,clk,LOAD)BEGIN IF (clr='1') then rq <= (others=>'1'); ELSIF clk'EVENT AND clk='1' THEN IF (load='1') then rq<=DATA_IN; ELSE DATA_OUT<=rq(0); rq(4)<=rq(0) XOR rq(3); rq(3 downto 0)<=rq(4 downto 1); END IF;END IF;END PROCESS P1; END f

15、ive;五、實驗結(jié)果：M序列結(jié)果圖展示：圖2-4-1第二類實驗實驗一 采用5001實驗箱測試BPSK系統(tǒng)眼圖一、實驗要求及目的：采用5001實驗箱測試BPSK系統(tǒng)眼圖及調(diào)制波形，了解通信系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。并且針對BPSK系統(tǒng)眼圖測試結(jié)果對系統(tǒng)型性能進行定性、定量分析。二、實驗環(huán)境:ZH5001實驗箱、示波器三、實驗原理：首先對ZH5001實驗箱做一個簡單的介紹：通信原理綜合實驗系統(tǒng)中，涉及有數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、糾錯編譯碼技術(shù)、語音編碼技術(shù)、數(shù)字復(fù)接技術(shù)、基帶傳輸技術(shù)、電話接口技術(shù)、數(shù)字接口技術(shù)等。該系統(tǒng)將當今的核心技術(shù)和新器件融入通信原理課程，其具有以下特點：先進性：數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)+P

16、FGA技術(shù)。全面性：通過這些測試接口，可以對每一種電路模塊的功能和性能有一個全面的了解。系統(tǒng)性：每個電路測試模塊可以放入多個系統(tǒng)中進行綜合實驗。基礎(chǔ)性：與當今通信原理課程和教學大綱結(jié)合緊密。使用性：便于老師對實驗內(nèi)容的組織和實施。（接下來的實驗便不再贅述該實驗箱簡述）BPSK：二進制相移鍵控（BPSK）就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平，使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。通常，兩個載波相位相差弧度，故有時又稱為反相鍵控PSK。以二進制調(diào)相為例，取碼元為“0”時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相；取碼元為“1”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。圖3-3-1四

17、、實驗內(nèi)容：（一）BPSK調(diào)制基帶信號眼圖觀測1. 選擇不激活“匹配濾波”方式（未打勾），以TPM01作同步，觀測TPi03的波形。2. 菜單選擇激活“匹配濾波”方式（打勾），此時系統(tǒng)構(gòu)成收發(fā)匹配濾波最佳接收機，重復(fù)上述實驗步驟。仔細觀察和區(qū)別與上述兩種方式下發(fā)送信號的眼圖（TPi03）的波形。（二）I路和Q路調(diào)制信號的相平面（矢量圖）信號觀察1. 測量TPi03和TPi04的李沙育（x-y）波形，將示波器設(shè)置在（x-y）,通過菜單選擇不同的輸入碼型下進行測量；結(jié)合BPSK調(diào)制器原理分析測試結(jié)果。 2. 通過菜單選擇“匹配濾波”方式設(shè)置，重復(fù)上述實驗步驟仔細觀察和區(qū)別兩種方式下矢量圖信號。 五

18、、實驗結(jié)果：BPSK調(diào)制基帶信號眼圖（匹配濾波）BPSK調(diào)制基帶信號眼圖（不匹配濾波）可以看出眼圖信號并不是十分的良好，可能與信號干擾有關(guān)。I路和Q路調(diào)制信號的相平面（矢量圖）信號圖（匹配濾波）I路和Q路調(diào)制信號的相平面（矢量圖）信號圖（不匹配濾波） 可以看出匹配濾波與否對波形影響并不大。實驗二 采用5001實驗箱測試FSK 正交信號及調(diào)制波形一、 實驗要求及目的：采用5001實驗箱測試fsk及調(diào)制波形，了解通信系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。并且針對fsk系統(tǒng)李薩茹測試結(jié)果對系統(tǒng)型性能進行定性、定量分析。二、實驗環(huán)境:ZH5001實驗箱、示波器三、實驗原理：一般FSK調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號的方法是根據(jù)輸入的

19、數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號稱為不連續(xù)FSK信號。而FSK正交調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調(diào)制。在二進制ASK系統(tǒng)中，其頻帶利用率是1bitsHz，若利用正交載波調(diào)制技術(shù)傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與其它技術(shù)結(jié)合起來，還可進一步提高頻帶利用率。李薩如圖形就是利用一個示波器，在X 軸和Y軸上輸入不同的正弦信號，把他們有機的疊加起來所形成的一種圖形。由于輸入信號是加在X方向偏轉(zhuǎn)電壓和Y方向的偏轉(zhuǎn)電壓上，從電子槍里頭噴出的電子

20、就會在這兩個電壓的影響下，向不同的方向偏轉(zhuǎn)，然后打在屏上，顯示出不同的波形。所以，通過對波形的研究，我 們就可以了解到兩個方向所加的信號得特征，如果已經(jīng)知道一個方向的型號特征，就可以通過對比，得出另一個信號的特征，再根據(jù)這些特征來求出一些需要的值。要想通過一個信號的特征推出另一個信號特征，那么就必須了解影響李薩如圖形的一些 關(guān)鍵因素，通過比較這些因素，才能得出結(jié)果。通常情況下能夠影響圖形形狀的有輸入信號的振幅大小，兩個輸入信號的初始相位的不同，兩個信號的頻率的不同等。四、實驗內(nèi)容：將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育應(yīng)為一個圓。通過菜單測量。選

21、擇在不同的輸入碼型下進行五、實驗結(jié)果：示波器上顯示的李薩茹圖形如下：我們使用不同輸入碼型來觀察輸出的李薩茹圖形，并無過多區(qū)別，因此在這里只列舉以上一張圖片作為示例。實驗三 采用5001實驗箱測試M序列的CMI編碼二、 實驗要求及目的：采用5001實驗箱測試M序列的CMI編碼，了解通信系統(tǒng)的編碼原理，并且根據(jù)CMI編碼規(guī)律對測試結(jié)果進行定性、定量分析。二、實驗環(huán)境:ZH5001實驗箱、示波器三、實驗原理：CMI又稱傳號反轉(zhuǎn)碼，是一種二電平非歸零碼。其中“0”碼用固定的負、正電平表示，“1”碼用交替的正、負電平表示。具有以下優(yōu)點：(1)不存在直流分量，且低頻分量較??；(2)信息碼流中具有很強的時鐘

22、分量，便于從信號中提取時鐘信息；(3)具有一定的檢錯能力。因此，在高次群的PCM系統(tǒng)中作為接口的碼型，在速率低于8 848 kb/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中被推薦為線路傳輸碼型。CMI碼是一種1B2B碼(一位信息碼，二位碼元)，即將過來的一位碼子用兩位碼子來表示。當過來“0”碼時，編碼輸出固定的“01”碼；當過來的是“1”碼時，編碼輸出“00”或者“11”碼，并且交替出現(xiàn)。根據(jù)上邊所述CMI編碼原理可知，首先要把過來的PCM碼流中的“0”和“1”碼分開，然后分別進行編碼。當輸入碼為“1”碼時，編碼輸出交替出現(xiàn)“00”和“11”碼。因此，在電路中必須設(shè)置一個狀態(tài)來記憶上一次的關(guān)于“1”碼的編碼輸出，這一功能由JK觸發(fā)器來實現(xiàn)。四、實驗內(nèi)容：1. 觀測TPX01和TPX05，用TPX01同步，分析編碼輸出數(shù)據(jù)是否與編碼理論一致。2.將KX02設(shè)置在1_2位置，重復(fù)上一步驟測量。五、實驗結(jié)果：CMI編碼與輸入的M序列對比演示圖如下：按照CMI的編碼規(guī)則：“0”碼用固定的負、正電平表示，“1”碼用交替的正、負電平表示，可以看出輸出的CMI編碼規(guī)則正確，但是當輸入信號有長時間的0信號或者長時間的1信號時，就會產(chǎn)生一定時間的延時，導致輸出碼型不規(guī)整。實驗四 采用5001實驗箱的HDB3編碼三、 實驗要求及目的：采用5001實驗箱測試HDB3編碼，了解通