通信原理實驗2016NI

1、通信原理實驗NI EmonaDATEx實驗臺簡介DATEx說明：1、 本系統(tǒng)中每一方塊圖都代表著一基本電子電路功能，如振蕩器、濾波器、加法器、乘法器等。2、 模塊上的控制旋鈕是沒有刻度的，必須依據實際的測量變量來確認理論的計算值。3、 每一模塊的前面板功能規(guī)劃相同：面板左邊為輸入，右邊為輸出；所有輸入和輸出都以形狀來表示信號形態(tài)，圓圈代表模擬信號，方塊代表數(shù)字信號?；竟潭K詳細介紹1、 主振蕩器（Master Signals）1) 100kHz載波振蕩器（Carrier oscillator），正交正弦波輸出和數(shù)字輸出；2) 8kHz正弦信息信號（數(shù)字信號）；3) 2kHz正弦信息信號（數(shù)

2、字、模擬信號）。2、 音頻放大器和3kHz低通濾波器（Headphone Amplifier）1) 音頻放大器，具耳機信號輸出孔。2) 3kHz五階橢圓形低通濾波器。3、 放大器（Amplifier）可調增益的放大器，放大倍數(shù)為0.2-10倍，反相放大。4、 可變DC（Variable DC）+，提供可變正輸出電壓輸出；-，提供可變正輸出電壓輸出。5、 示波器選擇器（Scope Selector）切換選擇欲顯示的信號，于示波器上顯示。6、 加法器（ADDER）兩路模擬輸入信號A(t)和B(t)可以相加在一起，其中G和g部分為可調增益，結果總和顯示在輸出端，為GA+gB。增益可調（02），反相放

3、大，帶寬600kHz7、 音頻振蕩器（Audio oscillator）音頻振蕩器是一低失真，具有500Hz到10kHz頻率可調范圍的正弦波源。提供三組輸出：兩組正交正弦波和一組TTL準位信號。8、 公用模塊（UTILITIES）,包含4個獨立的功能模塊(1) 信號比較器(可用REF提供判決門限)(2) 整流器(3) 二極管和RC低通濾波(4) RC低通濾波9、 乘法器（Multiplier）兩組模擬輸入信號X(t)和Y(t)可相乘在一起。10、 移相器（Phase Shifter）移相器介入于一組輸入和輸出之間做相位移，此相位移可以由旋鈕調節(jié)。11、 序列產生器（Sequence gener

4、ator）使用外接時鐘信號，序列產生器輸出兩組獨立的偽隨機序列X和Y，有模擬與TTL準位兩種信號模式。同步信號輸出（SYNC output）與序列信號的開始是一致的，并可供重置信號輸入。12、 可調低通濾波器（Tuneable LPF）低通濾波器的截至頻率可由前面板旋鈕改變。濾波器的截止頻率由前面板的按鈕調整(200Hz to 12kHz)。增益（GAIN）也是可由前面板的旋鈕調整（01.6倍）。13、 雙脈沖產生器（Twin Pulse Generator）TWIN模式輸出兩組序列脈波（Sequential pulses）Q1和Q2，脈波寬度和與脈波之間的延遲，都可由使用者自己調整。14、

5、線性編碼器（Line-code encoder）可產生不歸零絕對碼NRZ-L，不歸零相對碼NRZ-M，單極性歸零碼RZ，雙極性歸零碼RZ，AMI碼和Machester碼。15、 線性譯碼器（Line-code decoder）可將產生的不歸零絕對碼NRZ-L，不歸零相對碼NRZ-M，單極性歸零碼RZ，雙極性歸零碼RZ，AMI碼和Machester碼等碼型譯為原始的二進制信息。16、 M進制編碼器（M-Level encoder）提供六種編碼格式：4-QAM，8-QAM，16-QAM，4-PSK，8-PSK和16-PSK。17、 M進制譯碼器（M-Level decoder）提供七種譯碼格式：B

6、PSK，4-QAM，8-QAM，16-QAM，4-PSK，8-PSK和16-PSK。18、 定標模塊（Decision-maker module）1) 進入到任何眼圖的相交處，做硬判決（hard decision）的效能觀察及測量；2) 連續(xù)可變的決定點，可調整位寬的交叉；3) 最多可同步轉換兩組噪聲線碼（數(shù)字）信號，轉成清晰線碼（數(shù)字）信號，同時并輸出一組同相的（in-phase）位時脈（bit clock）。可調整定標以一亮點顯示在眼圖上。供所有的TIMS線編碼實驗做圖標。19、 噪聲產生器（Noise Generator）（1）提供3個等級的白噪聲（0dB/-6dB/-20dB）（2）最

7、大噪聲幅值為：4.8V20、 雙模擬開關（Dual Analog Switch）兩組單極性模擬開關，由具TTL準位信號做數(shù)字控制，兩組開關的輸出是在內部相加并顯示在模塊輸出端。NI ELVISmx 測試軟件說明：1、 DMMDigital Multimeter，數(shù)字萬用表2、 ScopeOscilloscope，示波器3、 FGENFunction Generator，信號發(fā)生器4、 VPSVariable Power Supplies，可變電壓源5、 DSADynamic Signal Analyzer，動態(tài)信號分析（可分析頻譜）實驗一DSB調制與解調（Double Side Band mo

8、dulation and demodulation）一、 實驗目的1、 了解DSB調制和解調的基本工作原理。2、 了解噪聲對信號傳輸?shù)挠绊憽６?模塊可編程信號源（FGEN）、主振蕩器、加法器乘法器、低通濾波器、噪聲源。三、 實驗內容1、 畫出DSB調制的原理圖；2、 根據原理圖將模塊之間正確連線，并畫出連線圖；3、 調制信號的頻率為2kHz，載波頻率可根據需求自行設置（正弦和余弦均可，可以使用主振蕩器的載波信號）；4、 觀察調制后已調信號的波形并記錄，觀察相位反轉點；5、 觀察已調信號的頻譜頻譜（用DSA模塊，注意選擇通道和調整截至頻率）；6、 對已調DSB信號采用相干解調，畫出解調框圖，將

9、模塊之間正確連線；7、 觀察解調波形和頻譜并記錄（需分別觀測通過乘法器以及低通濾波器后的信號的波形）；8、 將噪聲加入信道，觀察解調后的波形與原輸入信號之間的關系并記錄，與系統(tǒng)未加入噪聲時的信號進行比較。四、 思考1、 DSB解調能否使用包絡檢波？2、 噪聲對信號的傳輸有無影響？實驗二幅度調制與解調（Amplitude modulationand demodulation）一、 實驗目的1、 了解振幅調制器的基本工作原理。2、 了解調幅波調制系數(shù)的意義和求法。二、 模塊可編程信號源（FGEN）、可變直流電壓（VPS）、主振蕩器、加法器、乘法器、低通濾波器、噪聲模塊。三、 實驗內容1、 畫出AM

10、調制的原理圖；2、 根據原理圖將模塊之間正確連線，并畫出連線圖；3、 調制信號的頻率為2kHz，載波頻率可根據需求自行設置（正弦和余弦均可，可以使用主振蕩器的載波信號）；4、 打開VPS模塊，調整直流電壓的輸出（負電壓）；5、 調整加法器的增益G和g，分別調整AC振幅和DC值，在不同情況下（正常調制、100調制、過調制），用示波器觀察乘法器的輸出，并記錄調制的波形，記錄讀出振幅的最大值和最小值，算出調制系數(shù)；表一：不同調制系數(shù)時的AM調制調制系數(shù)DC(V)AC(峰值)表達式波形0.511.56、 觀察不同調制度時已調信號的頻譜（用DSA模塊，注意選擇通道和調整截至頻率）；7、 對AM調幅波采用

11、相干解調，畫出解調框圖，將模塊之間正確連線，觀察表一中不同調制指數(shù)時的解調波形，并記錄解調后的波形及頻譜，分析解調波形與原輸入信號之間的關系，驗證幅度調制不失真的條件；8、 將噪聲加入信道，觀察解調后的波形與原輸入信號之間的關系并記錄，與系統(tǒng)未加入噪聲時的信號進行比較。四、 思考1、 振幅調制調制系數(shù)的作用；振幅調制有哪些優(yōu)點和缺點。2、 AM調制的解調方式有哪幾種？DSB調制能否使用包絡檢波？實驗三取樣與重建(Sampling and reconstruction)一、 實驗目的了解采樣定理的原理，采樣后的信號如何恢復以及取樣時鐘應該如何選取。二、 模塊主振蕩器、乘法器、可調低通濾波器、信號

12、發(fā)生器（FGEN）三、 實驗步驟1、 畫出采樣定理的原理圖，寫出數(shù)學表達式。2、 畫出模塊連線圖。3、 將主振蕩器中的2KHz模擬信號作為取樣信號。4、 信號發(fā)生器（FGEN）中的波形選擇為方波，調整方波占空比、頻率、幅度和基準電壓，以獲得合適的脈沖信號。5、 根據采樣定理的原理圖，進行連線。6、 用示波器觀察采樣后的輸出信號并記錄。7、 將采樣后的輸出信號接到可調低通濾波器的輸入端，再用示波器進行觀察并記錄。8、 觀察采樣頻率為8kHz時采樣信號的頻譜（用DSA模塊，注意選擇通道和調整截止頻率）。9、 調整脈沖信號的頻率，觀察正常抽樣、臨界抽樣和不滿足抽樣定理時信號的恢復情況，并記錄波形。四

13、、 思考：1、 為什么要從取樣信號中恢復原信號，需要低通濾波器畫出取樣后的信號頻譜。2、 為什么取樣脈沖的頻率要大于兩倍信號頻率，而不是等于。實驗四PCM編譯碼(PCM coding & decoding)一、 實驗目的了解PCM編碼的原理。二、 模塊主振蕩器、序列產生器、PCM編碼器、PCM譯碼器、低通濾波器三、 實驗步驟1、 將主振蕩器100KHz數(shù)字信號輸入到PCM編碼模塊的CLK端，將FGEN的FUNC OUT輸入到PCM編碼模塊的IN端，F(xiàn)GEN按照如下的參數(shù)設置：Waveshape:SineFrequency:500Hz(也可以設置為其他頻率)Amplitude:4VppD

14、C offset:0V2、 觀察原信號與編碼后的信號的波形并記錄。3、 將編碼后的信號輸入到PCM譯碼模塊，PCM譯碼模塊的CLK與PCM編碼模塊的CLK相同，將PCM編碼模塊的FS與PCM譯碼模塊的FS相連。4、 將此信號通過緩沖放大器，作為模擬信道，用示波器觀察通過放大器后的波形，并記錄。5、 將譯碼后的信號通過可調低通濾波器，觀察輸出波形并與輸入波形相比較并記錄。6、 若將輸入信號變?yōu)橹绷餍盘枺ㄕ?V之間），觀察編碼后的波形和譯碼后的波形；改變輸入直流信號的正負極性，試觀察編碼后波形的區(qū)別。四、 思考：1、 PCM編碼的原理是什么？2、 目前在通信系統(tǒng)中，PCM的使用狀況如何？實驗五線

15、性編碼與譯碼(Line coding & decoding)一、 實驗目的了解信道編碼和解碼的種類和格式，它們的優(yōu)缺點和信道編碼和解碼器的作用，并用示波器進行各種情況下的波形分析。二、 模塊序列產生器、線性編碼器、噪聲模塊三、實驗步驟1、根據編碼的原理畫出模塊連線圖。2、用序列碼產生器產生一個數(shù)字信號，再加入線性編碼器進行編碼，分別產生不歸零絕對碼（NRZ-L），曼徹斯特碼（Bi-），單極性歸零碼（UNT-RZ），AMI碼（RZ-AMI），畫出產生的數(shù)字信號和經過線性編碼以后的各種碼型的波形，和理論的分析結果相比較。3、將此信號通過緩沖放大器，作為模擬信道，其帶寬可以調整，用示波器觀察

16、通過放大器后的波形，并分別記錄。4、將編碼后的信號疊加噪聲后通過緩沖放大器，作為模擬信道，其帶寬可以調整，用示波器觀察通過放大器后的波形。四 、思考：1、 線性編解碼的目的是什么？2、目前在通信系統(tǒng)中，哪些信道編碼在被使用。實驗五 眼圖(Eye patterns)一、 試驗目的了解眼圖產生的原因及其作用。二、 模塊序列產生器、可調低通濾波器。三、 實驗步驟1、眼圖的原理圖如圖一所示。圖一 眼圖原理2、根據原理圖畫出模塊連線圖。3、從示波器上可以觀察出實驗結果，并畫出圖形。4、將信道中加入噪聲，通過調整噪聲的大小，觀察眼圖的形狀（即從清晰到不清晰到模糊的過程），并畫出圖形。四、 思考觀察眼圖，可

17、以得到哪些信息？增大數(shù)據速率，直到從眼圖的觀察中你能估計出誤差已發(fā)生。或者，使用一個固定速率的數(shù)據，改變?yōu)V波器帶寬。估計可能的最大數(shù)據速率。你能將這個速率和濾波器帶寬聯(lián)系起來嗎？實驗六幅度鍵控的調制與解調（ASK modulation and demodulation）一、 實驗目的了解幅度鍵控調制與解調的基本組成和原理。二、 模塊主振蕩器、乘法器、雙模擬開關、序列產生器、可調低通濾波器、比較器（相當于抽樣判決）、噪聲模塊、可調直流電壓三、 實驗步驟1、 畫出2ASK調制的原理圖；2、 根據原理圖將模塊之間正確連線，并畫出連線圖；3、 將主振蕩器模塊2KHz正弦信號加至序列碼產生器的CLK輸入

18、端并將其輸出的X作為數(shù)字信號序列，加至乘法器（或者用雙模擬開關實現(xiàn)）的輸入端；4、 用FGEN模塊產生頻率為8kHz的載波（峰峰值約為2V）加至乘法器的輸入端；5、 用示波器觀察乘法器的輸出信號（ASK信號）并記錄，分析載波頻率和輸入碼元寬度之間的關系并記錄；6、 觀察已調信號的頻譜（用DSA模塊）；7、 畫出采用相干解調的框圖并進行連線；8、 對2ASK信號進行解調，比較解調結果與輸入信號并記錄；9、 若信道中加入噪聲，通過改變噪聲的大小，試分析和觀察并記錄解調后的信號。四、 思考：1、 幅度鍵控在通信系統(tǒng)中的優(yōu)缺點（與FSK、PSK比較）。2、 幅度鍵控的解調方式，舉出兩種以上，說明原理。

19、實驗七 相移鍵控的調制與解調(BPSK-modulation and demodulation)一、 實驗目的了解二進制相移鍵控調制與解調的基本組成和原理。二、 模塊主振蕩器、乘法器、雙模擬開關、序列產生器、可調低通濾波器、比較器（相當于抽樣判決）、噪聲模塊三、 實驗內容1、 畫出2PSK調制的原理圖；2、 根據原理圖將模塊之間正確連線，并畫出連線圖；3、 將主振蕩器模塊2KHz正弦信號加至序列碼產生器的CLK輸入端并將其輸出的Line Code（編碼類型調整為00）作為數(shù)字信號序列，加至乘法器的輸入端；4、 用FGEN模塊產生頻率為4kHz的載波（峰峰值約為2V）加至乘法器的輸入端；5、 用示波器觀察乘法器的輸出信號（PSK信號）并記錄，分析載波頻率和輸入碼元寬度之間的關系并記錄；6、 觀察已調信號的頻譜（用DSA模塊）；7、 畫出采用相干解調的框圖并進行連線；8、 對2PSK信號進行解調，比較解調結果與輸入信號并記錄（判決門限選擇為零）；9、 若信道中加入噪聲，通過改變噪聲的大小，試分析和觀察并記錄解調后的信號。四、 思考：1、 PSK和DPSK的區(qū)別