現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書課件

1、 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書1目目 錄錄第一部分第一部分 單單元元實驗實驗.1第一章第一章 工具模塊工具模塊.1實驗一 信號源模塊.1實驗二 信道與眼圖模塊.6第二章第二章 模擬調(diào)制模擬調(diào)制.9實驗三 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗（AM）.9實驗四 雙邊帶抑制載波調(diào)幅與解調(diào)實驗（DSB-SC AM）.12第三章第三章 信源編碼信源編碼.15實驗五 抽樣定理實驗（PAM） .15實驗六 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)實驗（PCM）.19實驗七 連續(xù)可變斜率增量調(diào)制與解調(diào)實驗（CVSD）.23實驗八 時分復(fù)用實驗（TDM）.27第四章第四章 數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸.31實驗九 碼型變換實驗.31實驗十

2、眼圖實驗.34第五章第五章 數(shù)字信號的載波傳輸數(shù)字信號的載波傳輸.36實驗十一 2ASK 調(diào)制與解調(diào)實驗.36實驗十二 2FSK 調(diào)制與解調(diào)實驗.40實驗十三 2PSK 調(diào)制與解調(diào)實驗.44實驗十四 DPSK 調(diào)制與解調(diào)實驗.49第六章第六章 同步同步.53實驗十五 同步載波提取實驗.53實驗十六 位同步信號提取實驗.56實驗十七 幀同步信號提取實驗.58第七章第七章 信道編碼信道編碼.61實驗十八 漢明碼編譯碼實驗.61實驗十九 循環(huán)碼編譯碼實驗.65實驗二十 卷積碼編譯碼實驗.67 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書2第二部分第二部分 系系統(tǒng)實驗統(tǒng)實驗.70實驗二十一 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗一.70實驗

3、二十二 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗二.73實驗二十三 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)實驗一.76實驗二十四 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)實驗二.78實驗二十五 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)實驗三.80 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書1第一第一部分部分 單單元元實驗實驗第一章第一章 工具模塊工具模塊實驗一實驗一 信號源信號源模塊模塊一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握信號源模塊的使用方法。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、對應(yīng)液晶屏顯示，觀測 DDS 模擬信源輸出波形。2、觀測各路數(shù)字信源輸出。3、觀測正弦點頻信源輸出。4、模擬語音信源耳機接聽話筒語音信號。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、帶話筒立體聲耳機 一副3、20M 雙蹤示波器 一臺四

4、、實驗原理四、實驗原理信號源模塊大致分為 DDS 模擬信源、數(shù)字信源、正弦點頻信源和模擬語音信源幾部分。1、DDS 模擬信源DDS 直接數(shù)字頻率合成模擬信源輸出波形種類、頻率、幅度及方波 B 占空比均可通過“DDS 信源按鍵”調(diào)節(jié)（具體的操作方法見“實驗步驟”），并對應(yīng)液晶屏顯示波形信息。正弦波輸出頻率范圍為 1Hz200KHz，幅度范圍為 200mV4V。三角波輸出頻率范圍為 1Hz20KHz，幅度范圍為 200mV4V。鋸齒波輸出頻率范圍為 1Hz20KHz，幅度范圍為 200mV4V。方波 A 輸出頻率范圍為 1Hz50KHz，幅度范圍為 200mV4V，占空比 50不變。方波 B 輸出

5、頻率范圍為 1Hz20KHz，幅度范圍為 200mV4V，占空比以 5步進可調(diào)。輸出波形如下圖 1-1 所示。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書2三角波：1Hz20KHz鋸齒波：1Hz20KHz正弦波：1Hz-200KHz方波A：1Hz50KHz(占空比50)方波B：1Hz20KHz（占空比0100可調(diào)）圖圖 1-11-1 DDSDDS 模擬信源信號波形模擬信源信號波形2、數(shù)字信源（1）數(shù)字時鐘信號24.576M：鐘振輸出時鐘信號，頻率為 24.576MHz。2048K： 類似方波的時鐘信號輸出點，頻率為 2048 KHz。64K： 方波時鐘信號輸出點，頻率為 64 KHz。32K： 方波時鐘信號輸出點

6、，頻率為 32KHz。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書38K： 方波時鐘信號輸出點，頻率為 8KHz。64K、32K、8K 波形要求兩兩對應(yīng)，在上升邊沿對齊，如下圖 1-2 所示。10t64K10t32K10t8K圖圖 1-21-2 數(shù)字時鐘信號波形數(shù)字時鐘信號波形（2）偽隨機序列PN15： N15 位的 m 序列輸出點，碼型為 1111 0101 1001 000，15 位一周期循環(huán)。PN31： N31 位的 m 序列輸出點，碼型為 1111 1001 1010 0100 0010 1011 1011 000，31 位一周期循環(huán)。PN511：N511 位的 m 序列輸出點，511 位一周期循環(huán)。（3

7、）24 位 NRZ 碼信源24 位 NRZ 碼型由“NRZ 碼型選擇”撥碼開關(guān) SW01、SW02、SW03 任意設(shè)置；碼速率由“碼速率選擇”撥碼開關(guān) SW04、SW05 任意設(shè)置。撥碼開關(guān) SW04、SW05 的作用是改變分頻器的分頻比。每 4 位對應(yīng) BCD 碼的 1 位，來分別表示分頻比的千位、百位、十位、個位。用于分頻的主頻是 768KHz，4 位 BCD 碼最大表示為“9” ，大于“9”的均認(rèn)為是“9” 。例如：SW04、SW05 設(shè)置為 00000001 00101000，表示對 768KHz 主頻 128 分頻，此時測試點“BS”輸出位同步頻率為 6 KHz， “NRZ”碼速率為

8、 6Kbps。NRZ： 24 位 NRZ 碼輸出點，碼速率數(shù)值上等于位同步信號 BS 的頻率，碼型可通過撥碼開關(guān) SW01、SW02、SW03 改變，24 位一周期循環(huán)。BS： 24 位 NRZ 碼的位同步信號輸出點，方波，頻率由“碼速率選擇”撥碼開關(guān)確定。2BS： 對應(yīng) 2 倍位同步信號頻率值的方波輸出點。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書4FS： 幀同步信號輸出點，窄脈沖，高電平對應(yīng) 24 位 NRZ 碼第一位碼元的前半位。NRZ、FS、2BS、FS 波形要求兩兩對應(yīng)，在上升邊沿對齊，如下圖 1-3 所示。2BSTS10tBSTS0tTS10tFS1SNRZT0t1圖圖 1-31-3 NRZNRZ

9、碼信源輸出信號波形碼信源輸出信號波形3、正弦點頻信源1K 正弦基波：1KHz 正弦波輸出點，波形關(guān)于地對稱，Vp-p1V0.3V。2K 正弦基波：2KHz 正弦波輸出點，波形關(guān)于地對稱，調(diào)節(jié)“2K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器P03，幅度范圍：200mV200mV5V1V。192K 正弦載波：192KHz 正弦波輸出點，波形關(guān)于地對稱，Vp-p3.6V0.4V。384K 正弦載波：384KHz 正弦波輸出點，波形關(guān)于地對稱，調(diào)節(jié)“384K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器 P04，幅度范圍：200mV200mV5V1V。4、模擬語音信源話筒語音信號先進入音頻放大電路，然后從“TOUT”測試點輸出。接收到的語音信號從“RI

10、N”測試點輸入，經(jīng)音頻放大電路送入耳機中接聽。兩個旋轉(zhuǎn)電位器“T 音量調(diào)節(jié)”和“R 音量調(diào)節(jié)”調(diào)節(jié)兩個音頻放大電路的放大倍數(shù)。五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再按下信號源模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng) 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書5的發(fā)光二極管燈亮，信號源模塊開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、DDS 模擬信源（1）按鍵“波形選擇” ， “DDSOUT”測試點輸出波形種類在正弦波、三角波、鋸齒波、方波 A、方波 B 間循環(huán)切換。（2）按鍵“步進選擇” ，

11、“DDSOUT”測試點輸出波形頻率步進值在 1KHz、10KHz、 1Hz、50Hz 間循環(huán)切換。（3）按鍵“1”或“1” ， “DDSOUT” 測試點輸出波形頻率增加或減少相應(yīng)的步進值。（4）當(dāng)輸出波形選擇“方波 B”時，按鍵“功能切換” ，此時液晶屏顯示“步進”切換為“占空比” 。再按鍵“1”或“1” ，方波 B 占空比由 0開始，每次增加或減少 5。再次按鍵“功能切換” ，此時液晶屏顯示“占空比”切換回“步進” 。（5）按鍵“復(fù)位” ， “DDS”測試點輸出波形 2KHz 正弦波，頻率步進值為 1KHz。說明：說明：按“復(fù)位”鍵后，設(shè)置的方波 B 的占空比信息仍保存；若斷電后再開電，方波

12、B 的占空比還原為 0。（6） “DDSOUT”的波形信息應(yīng)與液晶屏顯示對應(yīng)。（7） “DDSOUT”測試點輸出波形幅度可由“DDS 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器 P05 調(diào)節(jié)，波谷值為 0，波峰值在 200mV4V 間變化。（8）對應(yīng)液晶屏顯示，示波器觀測“DDSOUT”測試點波形，掌握 DDS 模擬信源的使用方法。4、數(shù)字信源（1）示波器觀測各路數(shù)字時鐘信號。（2）示波器觀測各路偽隨機序列。（3）任意設(shè)置“NRZ 碼型選擇”撥碼開關(guān)和“碼速率選擇”撥碼開關(guān)，示波器觀測 24位 NRZ 碼信源信號。5、正弦點頻信源調(diào)節(jié)兩個“調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器，示波器觀測四路正弦點頻信源信號波形。6、模擬語音信源連接測試點

13、“TOUT”與“RIN” ，將耳機和話筒插入相應(yīng)的音頻插座，一邊說話一邊調(diào)節(jié)兩個“音量調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器 P01、P02，直至耳機能聽到清晰的說話聲音。六、課后擴展題六、課后擴展題什么是“DDS 直接數(shù)字頻率合成模擬信源”？它的基本原理是什么？有興趣的同學(xué)可以查閱相關(guān)資料，搭建硬件電路，編寫軟件程序，自主開發(fā)，實現(xiàn)一個簡單的 DDS 模擬信源?；蛟趯嶒炏渑涮椎?CPLD 二次開發(fā)模塊、DSP 二次開發(fā)模塊的硬件平臺上，完成“直接數(shù)字頻率合成實驗” 。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書6實驗二實驗二 信道與眼圖信道與眼圖模塊模塊一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握用眼圖來定性評價基帶傳輸系統(tǒng)性能。2、掌握信道與

14、眼圖模塊的使用方法。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、信號送入高斯白噪信道，調(diào)節(jié)噪聲功率大小，觀測信道輸出。2、數(shù)字基帶傳輸信道觀測眼圖。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、信道與眼圖模塊 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺4、虛擬儀器（選配） 一塊5、頻譜分析儀 一臺四、實驗原理四、實驗原理1、高斯白噪本實驗中我們用偽隨機序列模擬高斯白噪聲。偽隨機噪聲具有類似于隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，同時又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理。由于它具有隨機噪聲的優(yōu)點，又避免了它的缺點，因此獲得了日益廣泛的實際應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的偽隨機噪聲都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列（經(jīng)濾波等處理后）得到的。我們把這種周期序列稱為偽隨機

15、序列。通常產(chǎn)生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又可分為線性反饋移存器和非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列，通常簡稱為 m 序列。由于 m 序列的均衡性、游程分布、自相關(guān)特性和功率譜與上述隨機序列的基本性質(zhì)很相似，所以通常認(rèn)為 m 序列屬于偽噪聲序列或偽隨機序列。用 m 序列的這一部分頻譜作為噪聲產(chǎn)生器的噪聲輸出，雖然這種輸出是偽噪聲，但是多次進行某一測量，都有較好的重復(fù)性。將 m 序列進行濾波，就可取得上述功率譜均勻的部分作為輸出。實驗中， “噪聲功率調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器用來控制疊加在信號上的噪聲功率的大小。2、傳輸畸變和眼圖一個

16、實際的基帶傳輸系統(tǒng)，盡管經(jīng)過了精心的設(shè)計，但要使其傳輸特性完全符合理想情況是困難的，甚至是不可能的。因此，碼間干擾也就不可能避免。我們知道，碼間干擾問題與發(fā)送濾波器特性、信道特性、接收濾波器特性等因素有關(guān)，因而計算由于這些因素所引起的誤碼率就非常困難，尤其在信道特性不能完全確知的情況下，甚至得不到一種合適的定量分析方法。眼圖就是一種能夠方便地估計系統(tǒng)性能的實驗手段。這種方法的具體做法是：用 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書7一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步。這時就可以從示波器顯示的圖形上觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度。所謂

17、眼圖就是指示波器顯示的圖形，因為在傳輸二進制信號波形時，它很像人的眼睛。為了說明眼圖和系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，我們把眼圖簡化為一個模型，如圖 2-1 所示。該圖表述了下列意思：（1）眼圖張開部分的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣、再生的時間間隔。顯然，最佳抽樣時刻應(yīng)是“眼睛”張開最大的時刻；（2）對定時誤差的靈敏度可由眼圖的斜邊之斜率決定，斜率越陡，對定時誤差就越靈敏；（3）圖中的陰影區(qū)的垂直高度表示信號畸變范圍；（4）圖中央的橫軸位置對應(yīng)判決門限電平；（5）在抽樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限，即若噪聲瞬時值超過這個容限，就有可能發(fā)生錯誤判決。圖圖 2-12-1 眼圖模型

18、眼圖模型五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、信道與眼圖模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、高斯白噪信道（1）將信號源模塊任一測試點信號（建議“24.576M”時鐘信號除外） ，送入高斯白噪信道“輸入”點。（2）示波器觀測“噪聲”測試點，為位數(shù)較長的偽隨機序列，示波器無法穩(wěn)定觀測。（3）觀測“噪聲”的頻譜，應(yīng)為偽隨機序列的頻譜，逼近高斯白噪的頻譜特性。 這里可采用頻譜分析儀或選配

19、的虛擬儀器進行信號頻譜分析。（4）示波器觀測“輸出”測試點，調(diào)節(jié)“噪聲功率調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器 P01。逆時針旋 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書8轉(zhuǎn)到底時無失真，順時針增大噪聲功率，且輸出信號波形上疊加的噪聲越明顯。（5）觀測“輸出”測試點信號的頻譜隨噪聲功率大小的變化情況。4、觀測眼圖（1）信號源模塊“碼速率選擇”撥碼開關(guān)設(shè)置為 3 分頻，即撥為 00000000 00000011。（2）此時，將 256K 碼速率的 NRZ 碼或任一偽隨機序列，例如 PN15，送入“256K”數(shù)字基帶傳輸信道“輸入”測試點。（3）示波器設(shè)定為外觸發(fā)方式，即選擇為“Ext”觸發(fā)。1 通道接“256K”數(shù)字基帶傳輸信道“輸

20、出” ， “EXT TRIG”外觸發(fā)通道接信號源模塊“BS” ，調(diào)節(jié)“256K 碼速率帶限信道” “眼圖調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器，觀測眼圖“眼睛”張開/閉合過程。注：注： 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗中，時分復(fù)用信號的碼速率為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗中，時分復(fù)用信號的碼速率為 256K，送入，送入 256K 數(shù)字基帶數(shù)字基帶傳輸信道觀測眼圖；時分復(fù)用信號經(jīng)單極性碼型變換后，傳輸信道觀測眼圖；時分復(fù)用信號經(jīng)單極性碼型變換后，BPH/CMI 編碼的碼速率編碼的碼速率為為 512K，送入，送入 512K 數(shù)字基帶傳輸信道觀測眼圖。數(shù)字基帶傳輸信道觀測眼圖。 “512K 碼速率帶限信道碼速率帶限信道”觀測觀測眼圖的操作步

21、驟與之相同。信道與眼圖模塊作為工具模塊之一，本實驗中僅要求眼圖的操作步驟與之相同。信道與眼圖模塊作為工具模塊之一，本實驗中僅要求掌握其使用方法，在今后的實驗中再具體使用到。掌握其使用方法，在今后的實驗中再具體使用到。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書9第二章第二章 模擬調(diào)制模擬調(diào)制實驗三實驗三 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗（常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)實驗（AM）一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握常規(guī)雙邊帶調(diào)幅與解調(diào)的原理及實現(xiàn)方法。2、掌握二極管包絡(luò)檢波法原理。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、完成常規(guī)雙邊帶調(diào)幅，觀測 AM 信號的波形及其頻譜。2、采用二極管包絡(luò)檢波法，解調(diào) AM 信號。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號

22、源模塊 一塊2、調(diào)制模塊 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺4、帶話筒立體聲耳機 一副四、實驗原理四、實驗原理幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使之隨調(diào)制信號作線性變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖 3-1 所示。m(t)mcoscth(t)s (t)圖圖 3-1 幅度調(diào)制器的一般模型幅度調(diào)制器的一般模型1、常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）常規(guī)雙邊帶調(diào)制簡稱調(diào)幅（AM）。假設(shè)調(diào)制信號的平均值為 0，將其疊加一個直( )m t流偏量后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號。其時域表示式為0A0( )( ) cosAMcstAm tt若為確知信號，則 AM 信號的頻譜為( )m t 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書10

23、01( )()()()()2AMccccSAMM 其典型波形和頻譜（幅度譜）如圖 3-2 所示cosct( )m t0 0t tt t0 00( )Am t0 0t tt t0 0( )AMSt0 0( )MHH0 01 1( )AMSCC0A0A12圖圖 3-2 AM 信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜若為隨機信號，則已調(diào)信號的頻域表示必須用功率譜描述。( )m t由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：時，AM 調(diào)幅波的包絡(luò)與調(diào)制信號0max( )m tA的形狀完全一樣，因此用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號；如果上述條件( )m t沒有滿足，就會出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象，這時用包絡(luò)檢波將會發(fā)生失真。A

24、M 的優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，所以至今調(diào)幅制仍廣泛用于無線電廣播。本實驗采用的 AM 調(diào)幅框圖如下圖 3-3 所示。調(diào)調(diào)制制輸輸出出基基帶帶輸輸入入載載波波輸輸入入csin t0A +m(t)0A +m(t)csin t圖圖 3-3 AM 調(diào)幅實驗框圖調(diào)幅實驗框圖上圖中，由信號源模塊 DDS 模擬信源直接提供調(diào)制信號，即含直流分量的正0( )Am t弦模擬信號，同時將信號源模塊 384KHz 正弦載波作為載波輸入，兩者相乘得到“AM 調(diào)幅 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書11信號”輸出。模塊電路中“調(diào)制深度調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器可調(diào)節(jié)乘法器的調(diào)制深度。2、包絡(luò)檢波法解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接收的

25、已調(diào)信號中恢復(fù)出原基帶信號（即調(diào)制信號）。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。前面提到，當(dāng) AM 信號在滿足的條件下，其包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀0max( )m tA( )m t完全一樣。因此，AM 信號一般都采用簡單的包絡(luò)檢波法來恢復(fù)信號。本實驗采用的二極管峰值包絡(luò)檢波器如下圖 3-4 所示。二二極極管管包包絡(luò)絡(luò)檢檢波波R RC C低低通通濾濾波波A AM M輸輸入入檢檢波波輸輸出出解解調(diào)調(diào)輸輸出出圖圖 3-4 AM 解調(diào)實驗框圖（包絡(luò)檢波法）解調(diào)實驗框圖（包絡(luò)檢波法）實驗中將 AM 調(diào)幅信號送入“AM 輸入”，經(jīng)二極管包絡(luò)檢波得到“檢波輸出”信號，它是 AM 調(diào)幅信號的包絡(luò)

26、，然后再經(jīng)一級 RC 低通濾波器，還原出原調(diào)制信號。五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、調(diào)制模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、AM 調(diào)幅（1）信號源模塊“DDSOUT”測試點輸出 2KHz 正弦波信號，調(diào)節(jié)“DDS 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器，使其峰峰值為 1V 左右。同時，調(diào)節(jié)“384K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器，使“384K 正弦載波”輸出峰峰值為 3.6V 左右。（2）實驗連線如下：信號

27、源模塊信號源模塊 調(diào)制模塊調(diào)制模塊“模擬相乘法調(diào)制模擬相乘法調(diào)制”DDSOUT 基帶輸入384K 正弦載波 載波輸入（3）調(diào)節(jié)“調(diào)制深度調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器，示波器雙蹤觀測調(diào)制模塊模擬相乘法調(diào)制“基帶輸入”與“調(diào)制輸出”信號。此時，將示波器兩通道幅度單位調(diào)到同一檔，例如均為“1V/格”檔位，理解基帶信號是 AM 調(diào)幅信號的“包絡(luò)”這一概念。4、AM 解調(diào)（包絡(luò)檢波法）將 AM 調(diào)幅信號送入包絡(luò)檢波法“AM 輸入”測試點，觀測“檢波輸出”與“解調(diào)輸出”測試點波形，并對比模擬信號還原的效果。5、模擬語音信號 AM 調(diào)幅與解調(diào)用信號源模塊模擬語音信源輸出的“TOUT”話音信號代替 2K 正弦信號送入模擬

28、調(diào)制模塊中，模擬解調(diào)模塊還原的“解調(diào)輸出”信號送回信號源模擬語音信源“RIN”測試點，耳機接收話筒語音信號，完成模擬語音信號 AM 調(diào)幅與解調(diào)的整個 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書12過程。實驗四實驗四 雙邊帶抑制載波調(diào)幅與解調(diào)實驗（雙邊帶抑制載波調(diào)幅與解調(diào)實驗（DSB-SCDSB-SC AMAM）一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握雙邊帶抑制載波調(diào)幅與解調(diào)的原理及實現(xiàn)方法。2、掌握相干解調(diào)法原理。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、采用乘法器實現(xiàn) DSB 調(diào)幅，觀測 DSB 調(diào)幅信號的波形及頻譜。2、采用相干解調(diào)法解調(diào) DSB 調(diào)幅信號。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、調(diào)制模塊 一塊3、20M

29、雙蹤示波器 一臺4、帶話筒立體聲耳機 一副5、虛擬儀器（選配） 一塊6、頻譜分析儀 一臺四、實驗原理四、實驗原理1、DSB 調(diào)幅在常規(guī)雙邊帶調(diào)幅過程中，載波不攜帶任何信息，信息完全由邊帶傳送。因此，如果在AM 調(diào)制模型中將直流去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式抑制載波雙邊帶0A信號（DSBSC） ，簡稱雙邊帶信號（DSB） 。其典型波形和頻譜如圖 4-1 所示。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書13( )m t0 0t tcosct0 0t tt t0 0載載波波反反相相點點0 0( )MHH0 0CC( )DSBSt( )DSBS圖圖 4-1 DSB 信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜DSB 信號的

30、調(diào)制效率是 100，即全部功率都用于信號傳輸。但由于 DSB 信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號。DSB 信號解調(diào)時需采用相干解調(diào)，也稱同步檢波。DSB 信號雖然節(jié)省了載波功率，但它所需的傳輸帶寬仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍，與 AM信號帶寬相同。實驗中采用如下框圖 4-2 實現(xiàn) DSB 調(diào)幅。調(diào)調(diào)制制輸輸出出基基帶帶輸輸入入載載波波輸輸入入csin tm(t)*m(t)csin t圖圖 4-2 DSB 調(diào)幅實驗框圖調(diào)幅實驗框圖由信號源模塊提供不含直流分量的 2K 正弦基波信號和 384K 正弦載波信號，( )m tsinct經(jīng)乘法器相乘，調(diào)制深度可由“

31、調(diào)制深度調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器調(diào)整，得到 DSB 調(diào)幅信號輸出。2、相干解調(diào)法相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜搬移。調(diào)制是把基帶信號的頻譜搬到了載頻位置，這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把在載頻位置的已調(diào)信號的譜搬回到原始基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。相干解調(diào)器適用于所有線性調(diào)制信號的解調(diào)。實驗中采用如下框圖 4-3 實現(xiàn)相干解調(diào)法解調(diào) DSB 信號。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書14D DS SB B輸輸入入L LP PF F相相乘乘輸輸出出解解調(diào)調(diào)輸輸出出載載波波輸輸入入圖圖 4-3 DSB 解調(diào)實驗框圖（相干解調(diào)法）解調(diào)實驗框

32、圖（相干解調(diào)法）將 DSB 調(diào)幅信號與相干載波相乘，得“相乘輸出”信號，再經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可恢復(fù)出原始的基帶調(diào)制信號。五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、調(diào)制模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、DSB 調(diào)幅（1）信號源模塊“2K 正弦基波”測試點，調(diào)節(jié)“2K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器，使其輸出信號峰峰值為 1V 左右；“384K 正弦載波”測試點，調(diào)節(jié)“384K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)

33、電位器，使其輸出信號峰峰值為 3.6V 左右。（2）實驗連線如下：信號源模塊信號源模塊 調(diào)制模塊調(diào)制模塊“模擬相乘法調(diào)制模擬相乘法調(diào)制”2K 正弦基波 基帶輸入384K 正弦載波 載波輸入（3）調(diào)節(jié)“調(diào)制深度調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器，用示波器觀測“調(diào)制輸出”測試點信號波形及其頻譜。（4）觀測 DSB 調(diào)幅信號的頻譜，并與 AM 調(diào)幅信號的頻譜進行比較分析。 這里可采用頻譜分析儀或選配的虛擬儀器進行信號頻譜分析。4、DSB 解調(diào)（相干解調(diào)法）（1）實驗連線如下：調(diào)制模塊內(nèi)連線調(diào)制模塊內(nèi)連線載波輸入（模擬相乘法調(diào)制）載波輸入（相干解調(diào)法）調(diào)制輸出（模擬相乘法調(diào)制）DSB 輸入（相干解調(diào)法）（2）調(diào)節(jié)“解調(diào)

34、深度調(diào)節(jié)”旋轉(zhuǎn)電位器，觀測“相乘輸出”與“解調(diào)輸出”測試點波形，并對比模擬信號還原的效果。5、模擬語音信號 DSB 調(diào)幅與解調(diào)用信號源模塊模擬語音信源輸出的“TOUT”話音信號代替 2K 正弦信號輸入模擬調(diào)制模塊中，模擬解調(diào)模塊還原的“解調(diào)輸出”信號送回信號源模擬語音信源“RIN”測試點，耳機接收話筒語音信號，完成模擬語音信號 DSB 調(diào)幅與解調(diào)的整個過程。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書15第三章第三章 信源編碼信源編碼實驗五實驗五 抽樣定理實驗（抽樣定理實驗（PAM）一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握抽樣定理的概念。2、掌握模擬信號抽樣與還原的原理及實現(xiàn)方法。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、采用不同頻率

35、的方波對同一模擬信號抽樣并還原，觀測并比較抽樣信號及還原信號的波形和頻譜。2、采用同一頻率但不同占空比的方波對同一模擬信號抽樣并還原，觀測并比較抽樣信號及還原信號的波形和頻譜。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、信源編碼模塊 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺4、帶話筒立體聲耳機 一副5、虛擬儀器（選配） 一塊6、頻譜分析儀 一臺四、實驗原理四、實驗原理1、低通抽樣定理12Hf 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書16抽樣定理表明：一個頻帶限制在（0， ）內(nèi)的時間連續(xù)信號，如果以 T 秒( )m t的間隔對它進行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。( )m t需要注意，若抽樣間隔 T 變得大

36、于 ，則和的卷積在相鄰的周期內(nèi)存在( )M( )T重疊（亦稱混疊），因此不能由恢復(fù)?？梢?， 是抽樣的最大間隔，它被( )Ms( )M稱為奈奎斯特間隔。下圖 5-1 是當(dāng)抽樣頻率2B 時（不混疊）及當(dāng)抽樣頻率2B 時sfsf（混疊）兩種情況下沖激抽樣信號的頻譜。(a)(a) 連續(xù)信號及頻譜連續(xù)信號及頻譜（b b） 高抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（不混疊）高抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（不混疊）Hf12Hf12HTf00mm( )Ft( )f t10tST1mmss( )sF0 sT( )sf t0 sTt( )sf tmmss( )sF1ST10 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書17（c c） 低抽樣頻率時的

37、抽樣信號及頻譜（混疊）低抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（混疊）圖圖 5-1 采用不同抽樣頻率時抽樣信號及頻譜采用不同抽樣頻率時抽樣信號及頻譜2、模擬信號的抽樣模擬信號的抽樣，又稱脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調(diào)制方式。圖 5-2 是模擬信號的抽樣原理框圖。抽抽樣樣信信號號抽抽樣樣保保持持P PA AM M輸輸出出抽抽樣樣脈脈沖沖圖圖 5-2 模擬信號的抽樣原理框圖模擬信號的抽樣原理框圖實際上理想沖激脈沖串物理實現(xiàn)困難，實驗中采用 DDS 直接數(shù)字頻率合成信源產(chǎn)生的矩形脈沖來代替理想的窄脈沖串。抽樣信號規(guī)定在音頻信號 3003400Hz 范圍內(nèi)，由信號源模塊提供。抽樣脈沖的頻率

38、根據(jù)抽樣定理的描述，應(yīng)大于或等于輸入音頻信號頻率的 2 倍。抽樣信號和抽樣脈沖送入模擬信號數(shù)字化模塊抽樣保持電路中，產(chǎn)生 PAM 抽樣信號。3、抽樣信號的還原若要解調(diào)出原始語音信號，將抽樣信號送入截止頻率為 3400Hz 的低通濾波器即可。因為抽樣脈沖的頻率高于輸入的音頻信號的頻率，通過低通濾波器之后高頻的抽樣時鐘信號被濾除，因此，只需通過低通濾波器便能還原出原音頻信號。其原理框圖如下圖 5-3 所示。解解調(diào)調(diào)輸輸入入低低通通濾濾波波解解調(diào)調(diào)輸輸出出圖圖 5-3 抽樣信號的還原原理框圖抽樣信號的還原原理框圖五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、信源編碼模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸

39、良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、信號源模塊調(diào)節(jié)“2K 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電位器，使“2K 正弦基波”輸出幅度為 3V 左右。4、實驗連線如下：信號源模塊信號源模塊 信源編碼模塊信源編碼模塊 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書182K 正弦基波抽樣信號DDS-OUT 抽樣脈沖信源編碼模塊內(nèi)連線信源編碼模塊內(nèi)連線PAM 輸出解調(diào)輸入5、不同頻率方波抽樣（1）信號源模塊“DDS-OUT”測試點輸出選擇“方波 A” ，調(diào)節(jié)“DDS 調(diào)幅”旋轉(zhuǎn)電

40、位器，使其峰峰值為 3V 左右。（2）示波器雙蹤觀測“抽樣信號”與“PAM 輸出”測試點波形，對比方波 A 的頻率為4KHz、8KHz、16KHz 等典型頻率值時“PAM 輸出”測試點波形及頻譜的區(qū)別。 這里可采用頻譜分析儀或選配的虛擬儀器進行信號頻譜分析。（3）示波器雙蹤觀測“抽樣信號”和“解調(diào)輸出”測試點波形，對比方波 A 的頻率為4KHz、8KHz、16KHz 等典型頻率值時抽樣信號還原的效果。6、同頻率但不同占空比方波抽樣（1）信號源模塊“DDS-OUT”測試點輸出選擇“方波 B” ，以 4KHz 頻率為例，其峰峰值不變。說明：說明：為能穩(wěn)定觀測“抽樣信號”與“PAM 輸出”測試點波形

41、，每次方波 B 的占空比調(diào)節(jié)好后，均要重新按“功能切換”鍵，將“占空比”菜單切換回“步進”菜單。（2）示波器雙蹤觀測“抽樣信號”與“PAM 輸出”測試點波形，對比方波 B 的占空比為 20、50、80等比值相差較大時“PAM 輸出”測試點波形及頻譜的區(qū)別。 這里可采用頻譜分析儀或選配的虛擬儀器進行信號頻譜分析。（3）示波器雙蹤觀測“抽樣信號”和“解調(diào)輸出”測試點波形，對比方波 B 的占空比為 20、50、80等比值相差較大時抽樣信號還原的效果。（4）改變方波 B 的頻率，重復(fù)上述實驗步驟。7、模擬語音信號抽樣與還原用信號源模塊模擬語音信源輸出的“TOUT”話音信號代替 2K 正弦信號輸入信源編

42、碼模塊中，還原的“解調(diào)輸出”信號送回信號源模擬語音信源“RIN”測試點，耳機接收話筒語音信號，完成模擬語音信號抽樣與還原的整個過程。六、課后擴展題六、課后擴展題回顧信號與系統(tǒng)等教材中關(guān)于“抽樣定理”的闡述。有興趣的同學(xué)可閱讀教師參考書光盤中附帶的 MC14066 芯片數(shù)據(jù)手冊，自行設(shè)計一個抽樣保持電路，搭建硬件電路，通過實驗調(diào)試檢驗實際效果。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書19實驗六實驗六 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)實驗脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)實驗（PCM）一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握抽樣信號的量化原理。2、掌握脈沖編碼調(diào)制的基本原理。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、對模擬信號脈沖編碼調(diào)制，觀測 PCM 編碼。2、

43、將 PCM 編碼解調(diào)還原。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、信源編碼模塊 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺4、帶話筒立體聲耳機 一副四、實驗原理四、實驗原理1、抽樣信號的量化原理模擬信號抽樣后變成在時間離散的信號后，必須經(jīng)過量化才成為數(shù)字信號。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化兩種。非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書20間隔也??；反之，量化間隔就大。非均勻量化與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點：首v先，當(dāng)輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度（實際中往往是這樣）時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化

44、噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例，因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的信噪比。非均勻量化的實際過程通常是將抽樣值壓縮后再進行均勻量化。現(xiàn)在廣泛采用兩種對數(shù)壓縮，美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用 A 壓縮律。本實驗中 PCM 編碼方式也是采用 A 壓縮律。A 律壓擴特性是連續(xù)曲線，實際中往往都采用近似于 A 律函數(shù)規(guī)律的 13 折線（A=87.6）的壓擴特性。這樣，它基本保持連續(xù)壓擴特性曲線的優(yōu)點，又便于用數(shù)字電路來實現(xiàn)，如下圖 6-1 所示。 0 0818283848685871 11613218141211 164112

45、81( (1 1) )( (2 2) )( (3 3) )( (4 4) )( (7 7) )( (5 5) )( (8 8) )( (6 6) )未未壓壓縮縮y yx x圖圖 6-16-1 1313 折線特性折線特性表 6-1 列出了 13 折線時的值與計算得的值的比較。xx表表 6-16-1 A A 律和律和 1313 折線比較折線比較y0818283848586871x012816 .6016 .3014 .15179. 7193. 3198. 111按折線分段的x012816413211618141211段落12345678斜率161684212141表中第二行的值是根據(jù)計算得到的，第

46、三行的值是 13 折線分段時的值?？蓌6 .87Ax 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書21見，13 折線各段落的分界點與曲線十分逼近，同時按 2 的冪次分割有利于數(shù)字化。6 .87Ax2、脈沖編碼調(diào)制的基本原理通常把從模擬信號抽樣、量化，指導(dǎo)變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）。在 13 折線法中，無論輸入信號是正是負(fù)，均用 8 位折疊二進制碼來表示輸入信號的抽樣量化值。其中，用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的 8 種可能狀態(tài)來分別代表 8 個段落的起

47、點電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的 16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16 個均勻劃分的量化級。這樣處理的結(jié)果，使 8 個段落被劃分成 27128 個量化級。段落碼和 8 個段落之間的關(guān)系如表 6-2 所示，段內(nèi)碼與 16 個量化級之間的關(guān)系見表 6-3。上述編碼方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。表表 6-26-2 段落碼段落碼 表表 6-36-3 段內(nèi)碼段內(nèi)碼段落序號段落碼量化級段內(nèi)碼151111811114111013110171101211001110116101101010910015100810007011140116011050101301040100300112001200

48、10100011000000003、PCM 原理框圖PCM 原理框圖如下圖 6-2 所示。 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書22信信號號源源抽抽樣樣保保持持模模擬擬信信號號時時鐘鐘信信號號量量化化編編碼碼P PC CM M編編碼碼譯譯碼碼P PC CM M編編碼碼時時鐘鐘信信號號L LP PF F模模擬擬信信號號編編碼碼部部分分譯譯碼碼部部分分圖圖 6-26-2 PCMPCM 原理框圖原理框圖上圖中，信號源模塊提供音頻范圍內(nèi)模擬信號及時鐘信號，包括工作時鐘 2048K、位同步時鐘 64K、幀同步時鐘 8K，送信源編碼模塊，經(jīng)抽樣保持、量化、編碼過程，產(chǎn)生 64K 碼速率的 PCM 編碼信號。譯碼部分同樣

49、將 PCM 編碼與各時鐘信號送入，經(jīng)譯碼、低通濾波器，還原出模擬信號。五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、信源編碼模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、PCM 編碼（1）信號源模塊“2K 正弦基波”幅度調(diào)節(jié)至 3V 左右。（2）實驗連線如下：信號源模塊信號源模塊 信源編碼模塊（模塊左下方信源編碼模塊（模塊左下方 PCM 編解碼）編解碼）2K 正弦基波SIN2048K2048KIN

50、64 KCLKIN8KFRAMIN（3）以“FRAM-IN”信號為內(nèi)觸發(fā)源，示波器雙蹤觀測“FRAM-IN”、“PCM-OUT”測試點波形,PCM 編碼能夠穩(wěn)定觀測，且每四幀編碼為一個周期。說明：說明：幀信號對應(yīng)的那一位 PCM 編碼，可能出現(xiàn)半位為 0，半位為 1 的情況，這是由實驗中使用的 PCM 編譯碼芯片的工作時序決定的。（4）以“S-IN”信號為內(nèi)觸發(fā)源，示波器雙蹤觀測“S-IN” 、 “ PCM-OUT”測試點波形，PCM 編碼能夠穩(wěn)定觀測，每一周期正弦波對應(yīng) 4 幀共 32 位 PCM 編碼，且 32 位一循環(huán)，碼速率為 64K。（5）改變信號源模塊“2K 正弦基波”的幅度，重復(fù)

51、上述實驗步驟。4、PCM 譯碼（1）以上模塊設(shè)置和連線均不變，增加連線如下：信源編碼模塊內(nèi)連線（模塊左下方信源編碼模塊內(nèi)連線（模塊左下方 PCM 編解碼）編解碼）PCMOUTJPCMIN2048KINJ2048KIN 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書23CLKIN JCLKINFRAMINJFRAMIN（2）示波器雙蹤觀測“S-IN”和“JPCM-OUT”測試點波形，均為正弦波，且幅度相當(dāng)。5、模擬語音信號 PCM 編譯碼用信號源模塊模擬語音信源輸出的“TOUT”話音信號代替 2K 正弦信號輸入模擬信號數(shù)字化模塊中，還原的“解調(diào)輸出”信號送回信號源模擬語音信源“RIN”測試點，耳機接收話筒語音信號，完成

52、模擬語音信號 PCM 編譯碼的整個過程。六、課后擴展題六、課后擴展題閱讀教師參考書光盤中附帶的 TP3067 芯片數(shù)據(jù)手冊，特別是對“同步工作模式”和“異步工作模式”的理解。思考實驗中觀測到的幀信號對應(yīng)的那一位 PCM 編碼，為什么會出現(xiàn)半位為 0，半位為 1 的情況？有興趣的同學(xué)可參考 TP3067 芯片的典型電路，自行設(shè)計一個 PCM 編解碼電路，搭建硬件電路，通過實驗調(diào)試檢驗實際效果。實驗七實驗七 連續(xù)可變斜率增量調(diào)制與解調(diào)實驗（連續(xù)可變斜率增量調(diào)制與解調(diào)實驗（CVSDCVSD）一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、掌握增量調(diào)制的原理。2、掌握連續(xù)可變斜率增量調(diào)制的原理。3、了解增量調(diào)制系統(tǒng)中的量

53、化噪聲。二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1、對模擬信號連續(xù)可變斜率增量調(diào)制，觀測各中間過程點波形。2、將 CVSD 編碼信號解調(diào)還原。三、實驗儀器三、實驗儀器1、信號源模塊 一塊2、信源編碼模塊 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺四、實驗原理四、實驗原理1、增量調(diào)制原理增量調(diào)制簡稱為，其基本原理是只用一位編碼表示抽樣幅度的增量特性，即采用一M位二進制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號在抽樣時刻的值相對于前一個抽樣時刻的值是增大還 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書24是減小的，增大輸出“1”碼，減小輸出“0”碼。輸出的“1”或“0”只表示信號相對于前一個時刻的增減情況，不表示信號的絕對值。2、連續(xù)可變斜率增量調(diào)制原理在語

54、音通信中應(yīng)用較為廣泛的是音節(jié)壓擴自適應(yīng)增量調(diào)制，它是在數(shù)字碼流中提取脈沖控制電壓，經(jīng)過音節(jié)平滑，按音節(jié)速率去控制量化階距的。用得較多的是連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（CVSD，Continuously Variable Slope Delta Modulation）系統(tǒng)。下圖 7-1 為 CVSD 編碼器與解碼器的原理框圖。它由三個部分組成：（1）斜率過載檢測電路：用來檢測過載狀態(tài)，它是由一個 3 比特或 4 比特移位寄存器構(gòu)成的連碼檢測電路，也稱為電平檢測電路。（2）斜率量值控制電路：用來轉(zhuǎn)換量化階距的大小。（3）斜率極性控制電路： 用來轉(zhuǎn)化量化階距的極性，當(dāng)時，輸出為正極性，當(dāng)( ) 0e t ，

55、輸出為負(fù)極性。( ) 0e t （a a）發(fā)送端編碼器）發(fā)送端編碼器( )e t( )m t( )p t( )m t模擬信號發(fā)送數(shù)字信號音節(jié)壓擴控制電路（壓縮）斜率極性控制電路斜率量值控制電路斜率過載檢測電路時鐘本地譯碼器判決器相減器 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書25（b b）接收端解碼器）接收端解碼器圖圖 7-17-1 CVSDCVSD 編碼器與解碼器原理框圖編碼器與解碼器原理框圖參照上圖 7-1（a）發(fā)送端的編碼器原理框圖，模擬信號送入“模擬輸入”測試點，( )m t與本地譯碼器的輸出“本地譯碼”信號相減，比較得誤差信號“比較輸出” 。 若( )m t( )e t，則“編碼輸出”輸出“1”碼；若

56、 ，則輸出“0”碼。( ) 0e t ( )p t( ) 0e t ( )p t“編碼輸出”在輸入的 32K 時鐘信號的控制下，經(jīng)過由四級移位寄存器構(gòu)成的四連( )p t碼檢測電路，檢測順次的 4 位編碼中是否出現(xiàn)連續(xù)的“1”碼或連續(xù)的“0”碼。當(dāng)移存器各級輸出為全“1”碼或全“0”碼時，檢測邏輯電路從“一致脈沖”測試點輸出“1” ?！耙恢旅}沖”信號再經(jīng)非線性網(wǎng)絡(luò)，通過對基本 量階及自適應(yīng) 量階的大小調(diào)整，即調(diào)節(jié)兩個旋轉(zhuǎn)電位器的電平值，以此控制積分量階的大小，經(jīng)一次積分得“一次積分”信號?！耙淮畏e分”再經(jīng)第二級積分運算放大器電路二次積分，得到“本地譯碼”信號，反饋回輸入端與下一時刻輸入模擬信號

57、再進行比較，從而完成整個編碼過程。CVSD 的量階變化，主要是由連碼檢測規(guī)則決定的。隨輸入信號正斜率增加，碼流中連“1”碼就增多；如果負(fù)斜率增加，則連“0”碼增多，對 CVSD 而言，只要把包絡(luò)音節(jié)時間內(nèi)連“1”碼或連“0”碼的次數(shù)逐一檢測出來，經(jīng)過音節(jié)平滑，形成控制電壓，就能得到不同輸入信號斜率量階值，以致于再生信號能始終跟蹤話音模擬信號的變化，量階( )m t( )m t值隨輸入信號斜率變化而做自適應(yīng)和調(diào)整。如下圖 7-2 所示。( )m t音節(jié)壓擴控制電路（擴張）( )m t( )p t量化電路斜率極性控制電路譯碼器低通濾波器斜率過載檢測電路斜率量值控制電路時鐘語音信號 現(xiàn)代通信原理實驗

58、指導(dǎo)書26圖圖 7-27-2 CVSDCVSD 編碼器正常編碼時的波形編碼器正常編碼時的波形解調(diào)的過程與調(diào)制的過程類似，這里不再贅述。3、增量調(diào)制系統(tǒng)中的量化噪聲解碼器恢復(fù)的信號是階梯形電壓經(jīng)過低通濾波平滑后的解調(diào)電壓，它與編碼器輸入模擬信號的波形近似，但是存在失真。將這種失真稱為量化噪聲（quantization noise）。量化噪聲產(chǎn)生的原因有兩個：第一個原因是由于編碼、譯碼時用階梯波形去近似表示模擬信號波形，由階梯本身的電壓突跳產(chǎn)生失真。這是增量調(diào)制的基本量化噪聲，又稱一般量化噪聲。它伴隨著信號永遠(yuǎn)存在，即只要有信號，就有這種噪聲。第二個原因是信號變化過快引起失真，這種失真稱為過載量化

59、噪聲，它發(fā)生在輸入信號斜率的絕對值過大時。由于當(dāng)抽樣頻率和量化臺階一定時，階梯波的上升速度趕不上信號的上升速度，就發(fā)生了過載量化噪聲，如下圖 7-3 所示。圖圖 7-37-3 無法跟蹤無法跟蹤信號的變化而造成過載現(xiàn)象信號的變化而造成過載現(xiàn)象( )m t( )m t五、實驗步驟五、實驗步驟1、將信號源模塊、信源編碼模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下兩個模塊中的電源開關(guān)，對應(yīng)的發(fā)光二極管燈亮，兩個模塊均開始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、CVSD 編碼幅度t跟蹤信號( )m

60、 t話音信號( )m t 現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書27（1）信號源模塊“DDS-OUT”選擇 2KHz 正弦波輸出，幅度調(diào)節(jié)至 4V 左右。（2）實驗連線如下：信號源模塊信號源模塊 信源編碼模塊（模塊上方）信源編碼模塊（模塊上方）DDS-OUT 模擬輸入32K32K 輸入（3）示波器觀測“比較輸出”測試點波形，應(yīng)為“模擬輸入”信號與“本地譯碼”信號相減比較的結(jié)果。（4）示波器雙蹤觀測“比較輸出”與“編碼輸出”測試點， “編碼輸出”是“比較輸出”經(jīng) 32K 時鐘抽樣判決后的結(jié)果。（5）示波器雙蹤觀測“編碼輸出”與“一致脈沖”測試點， “一致脈沖”是“編碼輸出”經(jīng)四連碼檢測的結(jié)果，檢測到四連碼時輸出