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通信原理实验报告
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实验一 HDB3码型变换实验
一、实验目的
了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。
掌握HDB3码的编译规则。
了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。
二、实验器材
主控&信号源、2号、8号、13号模块 双踪示波器 连接线 三、实验原理
1、HDB3编译码实验原理框图
各一块 一台
若干
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信号源PN15数据HDB3编码HDB3-A1电平变换HDB3输出CLK时钟HDB3-B1数据移位输出取绝对值缓存4bitHDB3-A2极性反变换HDB3输入时钟HDB3-B2信号检测译码时钟输入单极性码8# 基带传输编译码模块数字锁相环法位同步BS2数字锁相环输入13# 载波同步及位同步模块 HDB3编译码实验原理框图
2、实验框图说明
我们知道AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。而HDB3编码由于需要插入破坏位B，因此，在编码时需要缓存3bit的数据。当没有连续4个连0时与AMI编码规则相同。当4个连0时最后一个0变为传号A，其极性与前一个A的极性相反。若该传号与前一个1的极性不同，则还要将这4个连0的第一个0变为B，B的极性与A相同。实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到HDB3-A1和HDB3-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到HDB3编码波形。
同样AMI译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。而HDB3译码只需找到传号A，将传号和传号前3个数都清0即可。传号A的识别方法是：该符号的极性与前一极性相同，该符号即为传号。实验框图中译码过程是将HDB3码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。
四、实验步骤
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实验项目一HDB3编译码（256KHz归零码实验）
概述：本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证HDB3编译码规则。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口 目的端口 连线说明 信号源：PN 据) 模块8：TH3(编码输入-数基带信号输入 信号源：CLK 钟) 模块8：TH4(编码输入-时提供编码位时钟 模块8：TH1(HDB3输出) 模块8：TH7(HDB3输入) 块 将数据送入译码模模块8：TH5(单极性码) 模块13：TH7(数字锁相环输入) 数字锁相环位同步提取 模块13：TH5(BS2) 模块8：TH9(译码时钟输入) 提供译码位时钟 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】 →【256K
归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。
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3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256K的PN序列。
4、实验操作及波形观测。
（1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH1(HDB3输出)，观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证HDB3编码规则。
注：观察时注意码元的对应位置。
（2）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点TP2 (HDB3-A1)，观察基带码元的奇数位的变换波形。
（3）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点TP3 (HDB3-B1)，观察基带码元的偶数位的变换波形。
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用示波器分别观测模块8的TP2(HDB3-A1)和TP3(HDB3-B1)，可从频域角度观察信号所含256KHz频谱分量情况；或用示波器减法功能观察HDB3-A1与HDB3-B1相减后的波形情况,，并与HDB3编码输出波形相比较。
用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录HDB3译码波形与输入信号波形。
思考：译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？
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答：波形相比延迟了八个时钟周期。
用示波器分别观测TP4(HDB3-A2)和TP8(HDB3-B2)，从时域或频域角度了解HDB3码经电平变换后的波形情况。
用示波器分别观测模块8的TH7(HDB3输入)和TH6(单极性码)，从频域角度观测双极性码和单极性码的256KHz频谱分量情况。
用示波器分别观测编码输入的时钟和译码输出的时钟，观察比较恢复出的位时钟波形与原始位时钟信号的波形。
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思考：此处输入信号采用的单极性码，可较好的恢复出位时钟信号，如果输入信号采用的是双极性码，是否能观察到恢复的位时钟信号，为什么？
答：不能。因为采用双极性码时，接收时钟信号与发出的时钟信号不同步。
实验项目二 HDB3编译码（256KHz非归零码实验）
概述：本项目通过观测HDB3非归零码编译码相关测试点，了解HDB3编译码规则。
1、保持实验项目一的连线不变。
2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】 →【256K非归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0100，即提取256K同步时钟。
3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256K的PN序列。
4、实验操作及波形观测。参照前面的256KHz归零码实验项目的步骤，进行相关测试
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实验项目三 HDB3码对连0信号的编码、直流分量以及时钟信号提取观测
概述：本项目通过设置和改变输入信号的码型，观测HDB3归零码编码输出信号中对长连0码信号的编码、含有的直流分量变化以及时钟信号提取情况，进一步了解HDB3码特性。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口 目的端口 连线说明 模块2：DoutMUX 据) 模块8：TH3(编码输入-数基带信号输入
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模块2：BSOUT 钟) 模块8：TH4(编码输入-时提供编码位时钟 模块8：TH1(HDB3输出) 模块8：TH7(HDB3输入) 块 将数据送入译码模模块8：TH5(单极性码) 模块13：TH7(数字锁相环输入) 数字锁相环位同步提取 模块13：TH5(BS2) 模块8：TH9(译码时钟输入) 提供译码位时钟 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】 →【256K
归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置为11110000，使DoutMUX输出码型中含有连4个0的码型状态。（或自行设置其他码值也可。）
3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256KHz的32位拨码信号。
4、实验操作及波形观测。
（1）观察含有长连0信号的HDB3编码波形。用示波器观测模块8的TH3(编码输入-数据)和TH1(HDB3输出)，观察信号中出现长连0时的波形变化情况。
注：观察时注意码元的对应位置。
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思考：HDB3编码与AMI编码波形有什么差别？
答：含有长连0信号的HDB3的编码波形在连零时仍呈现正负交替现象，但AMI编码时信号电平长时间不跳变。
观察HDB3编码信号中是否含有直流分量。将模块2的开关S1、S2、S3、S4拨为00000000 00000000 00000000 00000011，用示波器分别观测编码输入数据和编码输出数据，编码输入时钟和译码输出时钟，调节示波器，将信号耦合状况置为交流，观察记录波形。保持连线，拨码开关由0到1逐位拨起，直到模块2的拨动开关置为00111111 11111111 11111111 11111111，观察拨码过程中编码输入数据和编码输出数据波形的变化情况。
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思考：HDB3码是否存在直流分量？
答：HDB3码中不存在直流分量。
观察HDB3编码信号所含时钟频谱分量。将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置0，用示波器先分别观测编码输入数据和编码输出数据，再分别观测编码输入时钟和译码输出时钟，观察记录波形。再将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置1，观察记录波形。
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思考：数据和时钟是否能恢复？注：有数字示波器的可以观测编码输出信号FFT频谱。在恢复时钟方面HDB3码与AMI码比较有哪一个更好？比较不同输入信号时两种码型的时钟恢复情况并联系其编码信号频谱分析原因。
答：数据和时钟能够恢复。HDB3码和AMI码比较，HDB3码的恢复情况更好。其原因是HDB3编码信号频谱所含能量比AMI编码信号频谱所含能量多。
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实验二 FSK调制及解调实验
一、实验目的
掌握用键控法产生FSK信号的方法。
掌握FSK非相干解调的原理。
二、实验器材
主控&信号源、9号模块 双踪示波器 连接线 三、实验原理
1、实验原理框图
各一块 一台
若干
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I256K载波1NRZ_I信号源PN15基带信号取反NRZ_Q调制输出128K载波2Q单稳触发上沿门限判决低通滤波过零检测单稳触发下沿FSK解调输出LPF-FSK单稳相加输出解调输入9# 数字调制解调模块 2、实验框图说明
基带信号与一路载波相乘得到1电平的ASK调制信号，基带信号取反后再与二路载波相乘得到0电平的ASK调制信号，然后相加合成FSK调制输出；已调信号经过过零检测来识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决，得到原始基带信号。
四、实验步骤
实验项目一 FSK调制
1、关电，按表格所示进行连线。
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源端口 目的端口 连线说明 信号源：PN 模块9：TH1(基带信号) 调制信号输入 信号源：256KHz(载波) 模块9：TH14(载波1) 入 载波1输信号源：128KHz(载波) 模块9：TH3(载波2) 入 载波2输模块9：TH4(调制输出) 模块9：TH7(解调输入) 解调信号输入 开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【FSK数字调制解调】。将
9号模块的S1拨为0000。调节信号源模块的W2使128KHz载波信号的峰峰值为3V，调节W3使256KHz载波信号的峰峰值也为3V。
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3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率32KH。
4、实验操作及波形观测。
（1）示波器CH1接9号模块TH1基带信号，CH2接9号模块TH4调制输出，以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出，验证FSK调制原理。
将PN序列输出频率改为64KHz，观察载波个数是否发生变化。
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分析：发生变化。
实验项目二 FSK解调
1、保持实验项目一中的连线及初始状态。
2、对比观测调制信号输入以及解调输出：以9号模块TH1为触发，用示波器分别观测9号模块TH1和TP6（单稳相加输出）、TP7（LPF-FSK）、 TH8（FSK解调输出），验证FSK解调原理。
以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-FSK，观测眼图。
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五、实验报告
1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；
2、分析FSK调制解调原理。
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分析：解调输出为矩形波。
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实验三 DBPSK调制及解调实验
一、实验目的
1、 掌握DBPSK调制和解调的基本原理；
2、 掌握DBPSK数据传输过程，熟悉典型电路； 3、 熟悉DBPSK调制载波包络的变化；
4、 掌握DBPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法；
二、实验器材
1、 主控&信号源、9号、13号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干
三、实验原理
1、DBPSK调制解调（9号模块）实验原理框图
I256K载波1PN15基带信号差分编码NRZ_I信号源CLK差分编码时钟取反NRZ_Q调制输出反相256K载波2QDBPSK解调输出差分译码门限判决LPF-BPSK低通滤波相干载波解调输入差分译码时钟BPSK解调输出9# 数字调制解调模块数字锁相环载波同步13# 载波同步及位同步模块BS2数字锁相环输入SIN载波同步输入 四、实验步骤
实验项目一 DBPSK调制信号观测（9号模块）
概述：DBPSK调制实验中，信号是用相位相差180°的载波变换来表征被传递的信息。本项目通过对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证DBPSK调制原理。
1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 信号源：PN 信号源：256KHz 目的端口 模块9：TH1(基带信号) 模块9：TH14(载波1) 连线说明 调制信号输入 载波1输入
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信号源：256KHz 信号源：CLK 模块9：TH4(调制输出) 模块13：TH1(SIN) 模块9：TH4(调制输出) 模块9：TH12(BPSK解调输出) 模块13：TH5(BS2) 入) 模块9：TH3(载波2) 模块9：TH2(差分编码时钟) 模块13：TH2(载波同步输模块9：TH10(相干载波输入) 模块9：TH7(解调输入) 模块13：TH7(数字锁相环输入) 模块9：TH11(差分译码时钟) 入 载波2输入 调制时钟输入 载波同步模块信号输入 用于解调的载波 解调信号输入 数字锁相环信号输用作差分译码时钟 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【BPSK/DBPSK数字调制解调】。将9号模块的S1拨为0100，13号模块的S3拨为0111。
3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率32KHz，调节信号源模块的W3使256KHz载波信号的峰峰值为3V。
4、实验操作及波形观测。
（1）以9号模块“NRZ-I”为触发，观测“I”；
（2）以9号模块“NRZ-Q”为触发，观测“Q”。
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（3）以9号模块“基带信号”为触发，观测“调制输出”。
思考：分析以上观测的波形，分析与ASK有何关系？
分析：I和Q处的波形分别为两个相位不同的2ASK，调制输出的是两个2ASK分别于两个相位相差π的载波相乘后再相加的结果，
实验项目二 DBPSK差分信号观测（9号模块）
概述：本项目通过对比观测基带信号波形与NRZ-I输出波形，观察差分信号，验证差分变换原理。
1、保持实验项目一中的连线。 2、将9号模块的S1拨为“0100”。
3、以“基带信号”为触发，观测“NRZ-I”。记录波形，并分析差分编码规则。
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分析：这种编码规则是用相邻码元的跳变和不变来表示消息，而与码元本身的电位或极性无关，即有跳变为+E，无跳变为-E。
实验项目三 DBPSK解调观测（9号模块）
概述：本项目通过对比观测基带信号波形与DBPSK解调输出波形，验证DBPSK解调原理。
1、保持实验项目一中的连线。将9号模块的S1拨为“0100”。 2、以9号模块的“基带信号”为触发，观测13号模块的“SIN”，调节13号模块的W1使“SIN”的波形稳定，即恢复出载波。
以9号模块的“基带信号”为触发观测“DBPSK解调输出”，
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多次单击13号模块的“复位”按键。观测“DBPSK解调输出”的变化。
3、以信号源的CLK为触发，测9号模块LPF-BPSK，观测眼图。
五、实验报告
1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；
姓名： 学号：
基带信号先经过差分编码得到相对码，再将相对码的1电平和0电平信号分别与256K载波及256K反相载波相乘，叠加后得到DBPSK调制输出；已调信号送入到13模块载波提取单元得到同步载波；已调信号与相干载波相乘后，经过低通滤波和门限判决后，解调输出原始相对码，最后经过差分译码恢复输出原始基带信号。其中载波同步和位同步由13号模块完成。
2、通过实验波形，分析DBPSK调制解调原理。 调制原理：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。
解调原理：对DBPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
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实验四 带通信道模拟及眼图实验
一、实验目的
1、 了解眼图与信噪比、码间干扰之间的关系及其实际意义； 2、 掌握眼图观测的方法并记录研究。
二、实验器材
1、 主控&信号源、9号、13号、17号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干
三、实验原理
1、实验原理框图
PSK调制信号信道输出信道输入升余弦滤波带通滤波白噪声观测噪声幅度调节加升余弦滤波的带通信道模拟白噪声产生
带通信道模拟框图
2、实验原理框图
带通信道是将直接调制的PSK信号和经过升余弦滤波后调制的PSK信号送入带通信道，比较两种状况的眼图。然后，改变带通信道的带宽重复观测。
四、实验步骤
概述：该项目是通过分别改变噪声幅度和带通信道频率范围，观测信道的眼图输出变化情况，了解和分析信道输出原因.
1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 信号源：PN15 信号源：256KHz 信号源：256KHz 信号源：CLK 模块9：TH4(调制输出) 模块17：TH2(信道输出) 模块13：TH1(SIN) 模块17：TH2(信道输出) 钟) 模块17：TH1(信道输入) 模块13：TH2(载波同步输入) 模块9：TH10(相干载波输入) 模块9：TH7(解调输入) 目的端口 模块9：TH1(基带信号) 模块9：TH14(载波1) 模块9：TH3(载波2) 模块9：TH2(差分编码时连线说明 调制信号输入 载波1输入 载波2输入 调制时钟输入 调制输出经过信道模拟 载波同步模块信号输入 用于解调的载波 送入解调单元
姓名： 学号：
2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【信道模拟及眼图观测实验】→【250KHz~262KHz带通信道】。
3、此时系统初始状态为：PN15为8K。 4、实验操作及波形观测。
（1）以CLK时钟信号为触发源对比观测LPF-BPSK观测点，观察输出眼图波形。
（2）调节17号板W1噪声幅度调节，调节噪声幅度，观察眼图波形变化。17号模块测试点TP4可以观察添加的白噪声。
（3）在主控菜单中改变带通信道频率范围，观察输出眼图变化，并分析原因。
姓名： 学号：
五、实验报告
1、完成实验并思考实验中提出来的问题。 2、分析实验电路工作原理，简述其工作过程。
带通信道是将直接调制的PSK信号和经过升余弦滤波后调制的PSK信号送入带通信道，比较两种状况的眼图。然后，改变带通信道的带宽重复观测。
该项目是通过分别改变噪声幅度和带通信道频率范围，观测信道的眼图输出变化情况，了解和分析信道输出原因.
姓名： 学号：
一、实验目的
实验五 MSK调制及解调实验
1、了解MSK调制解调的原理及特性。
二、实验器材
1、 2、 3、
主控&信号源模块、10号、11号模块 各一块 双踪示波器 一台 连接线 若干
三、实验原理
1、实验原理框图
NRZ-I信号源CLKPN15BSINDin1差分编码相对码串并变换NRZ-QI-OUTI-IN10.7M-II查表调制输出Q-OUTQ-IN10.7M-QQ发射天线10# 软件无线电调制模块MSK/GMSK调制
MSK/GMSK调制框图
低通I-OUT滤波SIN接收天线增益调节解调输入分频COSVCO低通Q-OUT滤波相位轨迹检测低通滤波DA输出1码元再生差分译码DoutBS-Out11# 软件无线电解调模块MSK/GMSK解调
MSK/GMSK解调框图
2、实验框图说明
MSK调制实验框图中，基带信号先经过差分变换，再串并变换处理分成奇数位、偶数位输出NRZ-I和NRZ-Q两路信号；然后分别经过波形查表处理，将基带信号映射成正弦波（是为了得到圆形的星座图），形成I-OUT和Q-out成形输出；再分别与10.7M正交载波相乘后叠加，最后输出MSK调制信号。GMSK与MSK相比，在基带成形是所用的正弦波更加平滑，其他与MSK相同。
姓名： 学号：
MSK解调实验框图中，接收信号分别与正交载波进行相乘，经过低通滤波处理，然后将两路信号进行相位轨迹检测，经低通滤波处理后得到模拟信号，最后通过码元再生电路以及差分逆变换电路恢复出原始的基带信号。其中，解调用的载波与调制端非同步，是译码端本地VCO分频所得的正交载波。
四、实验步骤
实验项目一 MSK调制
概述：本项目是观测MSK调制信号的时域或频域波形，了解调制信号产生机理及成形波形的星座图。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口 信号源：PN 信号源：CLK 模块10：TH7(I-Out) 目的端口 连线说明 模块10：TH3(DIN1) 信号输入 模块10：TH1(BSIN) 时钟输入 模块10：TH6(I-In) I路成形信号加载频 Q路成形信号加载频 模块10：TH9(Q-Out) 模块10：TH8(Q-In) 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【MSK/GMSK数字调制解调】→【MSK星座图观测及“硬调制”】。
3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率16KHz，载频为10.7MHz。 4、实验操作及波形观测。
（1）示波器探头CH1接10号模块TP8(NRZ-I)，CH2接10号模块TP9(NRZ-Q)，观测基带信号经过串并变换后输出的两路波形。
（2）示波器探头CH1接10号模块TP8(NRZ-I)，CH2接10号模块TH7(I-Out)，对比观测I路信号成形前后的波形。
（3）示波器探头CH1接10号模块TP9(NRZ-Q)，CH2接10号模块TH9(Q-Out)，对比观测Q路信号成形前后的波形。
（4）示波器探头CH1接10号模块TH7(I-Out)，CH2接10号模块TH9(Q-Out)， 调节示波器为XY模式，观察MSK星座图。
（5）示波器探头CH1接10号模块TH7(I-Out)，CH2接10号模块TP3(I)，对比观测I路成形波形的载波调制前后的波形。
姓名： 学号：
（6）示波器探头CH1接10号模块TH9(Q-Out)，CH2接10号模块TP4(Q)，对比观测Q路成形波形的载波调制前后的波形。
（7）示波器探头CH1接10模块的TP1，观测I路和Q路加载频后的叠加信号，即MSK调制信号。
实验项目二 MSK非相干解调
概述：本项目是对比观测MSK解调信号和原始基带信号的波形，了解MSK非相干解调的实现方法。
1、关电，保持实验项目一中的连线不变，继续按表格所示进行以下连线。
源端口 目的端口 连线说明 模块10：P1(调制输出) 模块11：P1(解调输入) 已调信号送入解调端 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【MSK/GMSK数字调制解调】→【MSK星座图观测及“硬调制”】。
3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率16KHz，载频为10.7MHz。 4、实验操作及波形观测。
（1）示波器探头CH1接10号模块TH3(DIN1)，CH2接11号模块TH4(Dout)，适当调节11号模块压控偏置电位器W1，同时按复位开关键S3，对比观测原始基带信号和解调输出信号的波形。
注：当解调输出和基带信号码型相同（观测波形中会有码元延时）时，表示系统调节正常无误码。
（2）示波器探头CH1接10号模块TH1(BSIN)，CH2接11号模块TH5(BS-out)，对比观测原始时钟信号和解调恢复时钟信号的波形。
（3）示波器探头CH1接10号模块TH7(I-Out)，CH2接11号模块TP4，对比观测原始I路成形信号与解调后I路成形信号的波形。
（4）示波器探头CH1接10号模块TP9(Q-Out)，CH2接11号模块TP5，对比观测原始Q路成形信号与解调后Q路成形信号的波形。
（5）示波器探头CH1接10号模块TH3(DIN1)，CH2接11号模块TH10(DA输出1)，对比观测原始基带信号与解调后但未经码元再生判决的信号。
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五、实验报告
1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程。 2、观测并分析实验过程中的实验现象。
六、实验结果
1、实验项目一 MSK调制
（1）基带信号经过串并变换后输出的两路波形
（2）I路信号成形前后的波形
（3）原始I路成形信号与解调后I路成形信号的波形
姓名： 学号：
（4）MSK星座图
2、实验项目二 MSK非相干解调 （1）解调输出信号的波形
姓名： 学号：
（2）解调恢复时钟信号的波形
（3）原始I路成形信号与解调后I路成形信号的波形
姓名： 学号：
实验六 时分复用与解复用实验
一、实验目的
1、 2、
掌握时分复用的概念及工作原理。 了解时分复用在整个通信系统中的作用。
二、实验器材
1、 主控&信号源、1号、2号、7号、13号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干
三、实验原理
1、实验原理框图
巴克码音频信号1# 模块PCM编码数字终端2# 模块PCM编码输出时串并变换串并变换开关信号输入分复用并串变换复用输出DoutMUX复用输出时钟
256K时分复用实验框图
姓名： 学号：
PCM译码输入帧同步提取帧解复用Dout1并行串并变换Dout2并行开关信号显示并串变换并串变换Dout1PCM译码1# 模块音频输出Dout2解复用输入DIN数据终端2# 模块解复用时钟输入7# 时分复用及时分交换模块数字锁相环输入数字锁相环BS113# 载波同步及位同步模块 256K解时分复用实验框图
注：框图中1#和2#模块的相关连线有所简略，具体参考实验步骤中所述。 2、实验框图说明
1号模块的PCM数据和2号模块的数字终端数据，经过7号模块进行256K时分复用和解复用后，再送入到相应的PCM译码单元和2号终端模块。时分复用是将各路输入变为并行数据。然后，按给端口数据所在的时隙进行帧的拼接，变成一个完整的数据帧。最后，并串变换将数据输出。解复用的过程是先提取帧同步，然后将一帧数据缓存下来。接着按时隙将帧数据解开，最后，每个端口获取自己时隙的数据进行并串变换输出。
此时256K时分复用与解复用模式下，复用帧结构为：第0时隙是巴克码帧头、第1~3时隙是数据时隙，其中第1时隙输入的数字信号源，第2时隙输入的PCM数据，第3时隙由7号模块自带的拨码开关S1的码值作为数据。
3、对于2048K时分复用和解复用实验，其实验框图和256K时分复用和解复用实验框图基本一致。当实验菜单选择【2048K时分复用】时，一个复用帧则含有32个时隙，其结构为：第0时隙是巴克码帧头，第1时隙、第2时隙、第3时隙和第4时隙的数据分别对应模块7上端口DIN1、DIN2、DIN3、DIN4的输入数据，第5时隙初始由7号模块自带的拨码开关S1的码值作为数据。另外，可以通过菜单控制改变拨码开关S1码值在复用帧的时隙位置。
四、实验步骤
实验项目一 256K时分复用帧信号观测
概述：该项目是通过观测256K帧同步信号及复用输出波形，了解复用的基本原理。 1、关电，按表格所示进行连线。
姓名： 学号：
源端口 目的端口 连线说明 信号源：FS 模块7：TH11(FSIN) 帧同步输入 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【时分复用】→【复用速率256KHz】。
3、此时系统初始状态为：在复用时隙的速率256K模式，7号模块的复用信号只有四个时隙，其中第0、1、2、3输出数据分别为巴克码、DIN1、DIN2、开关S1拨码信号。
4、实验操作及波形观测。
（1）帧同步码观测：用示波器探头接7号模块的TH10复用输出，观测帧头的巴克码。 注：为方便记录巴克码波形，可先将7号模块上的拨码开关S1全置为0，使整个复用中只有帧同步信号。
（2）帧内PN序列信号观测
关电继续连线，将信号源的PN连接到7号模块的DIN1，即将PN15送至第1时隙。通电，用示波器探头接7号模块的TH10复用输出，需要用数字示波器的存储功能观测3个周期中的第1时隙的信号。
思考：PN15序列的数据是如何分配到复用信号中的？ 实验项目二 256K时分复用及解复用
概述：该项目是将模拟信号通过PCM编码后，送到复用单元，再经过解复用输出，最后译码输出。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口 信号源：FS 信号源：FS 信号源：CLK 信号源：A-OUT 目的端口 模块7：TH11(FSIN) 帧同步输入 模块1：TH9(编码帧同步) 模块1：TH11(编码时钟) 模块1：TH5(音频输入1) 位同步输入 模拟信号输入 PCM编码输入 时分复用输入 连线说明 模块1：TH8(PCM编码输出) 模块7：TH14(DIN2) 模块7：TH10(复用输出) 模块7：TH10(复用输出) 模块7：TH18(解复用输入) 模块13：TH7 (数字锁相环输入) 锁相环提取位同步
姓名： 学号：
模块13：TH5(BS2) 模块7：TH7(FSOUT) 模块7：TH3(BSOUT) 模块7：TH4(DOUT2) 模块7：TH17(解复用时钟) 模块1：TH10 (译码帧同步) 模块1：TH18(译码时钟) 模块1：TH7(PCM译码输入) 提供译码帧同步 提供译码位同步 解复用输入 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【时分复用】→【复用速率256KHz】。将模块13的S3拨位“0100”。
3、此时系统初始状态为：在复用时隙的速率256K模式，1号模块为A律PCM编译码，7号模块的复用信号只有四个时隙，其中第0、1、2、3输出数据分别为巴克码、DIN1、DIN2、开关S1拨码信号。其中，信号源A-OUT输出1KHz的正弦波，幅度由W1可调（频率和幅度参数可根据主控模块操作说明进行调节）；7号模块的DIN2端口送入PCM数据。正常情况下，7号模块的“同步”指示灯亮。
注：若发现“失步”或“捕获”指示灯亮，先检查连线或拨码是否正确，再逐级观测数据或时钟是否正常。
4、实验操作及波形观测。 （1）帧内PCM编码信号观测
将PCM信号输入DIN2，观测PCM数据。以帧同步为触发分别观测PCM编码数据和复用输出的数据。
注：PCM复用后会有两帧的延时。 （2）解复用帧同步信号观测
PCM对正弦波进行编译码。观测复用输出与FSOUT，观测帧同步上跳沿与帧同步信号的时序关系。
（3）解复用PCM信号观测
对比观测复用前与解复用后的PCM序列。对比观测PCM编译码前后的正弦波信号。 （4）有兴趣的同学可以将信号源换成MUSIC的音频输出，然后进行实验，感受语音效果。操作方法是：将信号源AOUT与1号模块音频输入端口的连线，改换成主控信号源MUSIC输出连接1号模块的音频输入1，再将1号模块的音频输出2接着1号模块的扬声器输入，即可感受语音传输效果。 实验项目三 2M时分复用及解复用
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概述：该项目是设置菜单为复用速率为2048KHz，实验观测的过程同256K的时分复用。 1、实验连线与256K时分复用及解复用的实验项目相同。
2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【时分复用】→【复用速率2048KHz】。将模块13的S3拨位“0001”。
3、此时系统初始状态为：在复用时隙的速率2048K模式，1号模块为A律PCM编译码，7号模块的复用信号共有32个时隙；第0时隙数据为巴克码、第1、2、3、4时隙数据分别为DIN1、DIN2、DIN3、DIN4端口的数据，开关S1拨码信号初始分配在第5时隙，通过主控可以设置7号模块拨码开关S1数据的所在时隙位置。另外，此时信号源A-OUT输出1KHz的正弦波，幅度由W1可调（频率和幅度参数可根据主控模块操作说明进行调节）；PCM数据送至7号模块的DIN2端口。
4、实验操作及波形观测。
（1）以帧同步信号作为触发，用示波器观测2048M复用输出信号。改变7号模块的拨码开关S1，观测复用输出中信号变化情况。
（2）在主控菜单中选择“第5时隙加”和“第5时隙减”，观测拨码开关S1对应数据在复用输出信号中的所在帧位置变化情况。
（3）用示波器对比观测信号源A-OUT和21号模块的音频输出，观测信号的恢复情况。 （4）将信号源A-OUT改变成MUSIC信号，将PCM译码的音频输出端接至扬声器的音频输入，体会传输效果。
五、实验报告
1、画出各测试点波形，并分析实验现象。 2、分析电路的工作原理，叙述其工作过程。
六、实验结果
1、实验项目一 256K时分复用帧信号观测
（1）帧同步码
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2、实验项目二 256K时分复用及解复用
（1）PCM编码数据和复用输出的数据
姓名： 学号：
（2）帧同步上跳沿与帧同步信号的时序关系
3、实验项目三 2M时分复用及解复用
（1）复用输出中信号变化情况
姓名： 学号：
（2）复用输出信号中的所在帧位置变化情况
实验七 抽样定理实验
一、实验目的
1、 了解抽样定理在通信系统中的重要性。 2、 掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。 3、 理解低通采样定理的原理。 4、 理解实际的抽样系统。
5、 理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。 6、 理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。 7、 理解带通采样定理的原理。
姓名： 学号：
二、实验器材
1、 主控&信号源、3号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 若干
三、实验原理
1、实验原理框图
保持电路平顶抽样S1自然抽样A-out抽样脉冲抽样输出LPF-INLPFLPF-OUTmusic信号源被抽样信号抗混叠滤波器抽样电路编码输入译码输出FIR/IIR3# 信源编译码模块FPGA数字滤波
图1-1 抽样定理实验框图
2、实验框图说明
抽样信号由抽样电路产生。将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平顶抽样和自然抽样信号是通过开关S1切换输出的。
抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。
要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。
四、实验步骤
实验项目一 抽样信号观测及抽样定理验证 概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。
1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 信号源：MUSIC 信号源：A-OUT 冲) 模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器 目标端口 模块3：TH1(被抽样信号) 模块3：TH2(抽样脉连线说明 将被抽样信号送入抽样单元 提供抽样时钟 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。
3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。
姓名： 学号：
4、实验操作及波形观测。
（1）观测并记录自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示
主控信号源
波器分别观测MUSIC&和抽样输出3#。
（2）观测并记录平顶抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“平顶抽样”档位，用示
主控信号源
波器分别观测MUSIC&和抽样输出3#。
（3）观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号的波形：设置开关S13#为“自然抽样”
主控信号源主控信号源
档位，用示波器观测MUSIC&和LPF-OUT3# ，以100Hz的步进减小A-OUT&的频率，比较观测并思考在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真。
频率为8900HZ时，
姓名： 学号：
频率为8800HZ时，
频率为8700HZ时，
实验项目二 滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响
概述：该项目是通过改变不同抽样时钟频率，分别观测和绘制抗混叠低通滤波和fir数字滤波的幅频特性曲线，并比较抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果，从而了解和探讨不同滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响。
1、测试抗混叠低通滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所示进行连线。
源端口 信号源：A-OUT 目标端口 模块TH5(LPF-IN) 3：连线说明 将信号送入模拟滤波器 （2）开电，设置主控模块，选择【信号源】→【输出波形】和【输出频率】，通过调节
主控信号源
相应旋钮，使A-OUT&输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。
姓名： 学号：
（3）此时实验系统初始状态为：抗混叠低通滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。
（4）实验操作及波形观测。
主控&信号源
用示波器观测LPF-OUT3#。以100Hz步进减小A-OUT输出频率，观测并记录LPF-OUT3#的频谱。记入如下表格： A-OUT频率/Hz 5K 基频幅度/V … 4.5K … 3.4K … 3.0K … 由上述表格数据，画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。 思考：对于3.4KHz低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小？
答：低通滤波器的截止频率为3.4kHz，则如果选取0.68kHz的整数倍测幅频得到的曲线会更接近理论，可将信号源输入频率的步进值调整为680Hz。
2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所示进行连线。 源端口 信号源：A-OUT 目标端口 模块3：TH13(编码输入) 连线说明 将信号送入数字滤波器 （2）开电，设置主控菜单：选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】。调节【信号源】，使A-out输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。
姓名： 学号：
（3）此时实验系统初始状态为：fir滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。 （4）实验操作及波形观测。
主控信号源
用示波器观测译码输出3#，以100Hz的步进减小A-OUT&的频率。观测并记录译码输出3#的频谱。记入如下表格：
A_out的频率/Hz 5K 基频幅度/V … 4K … 3K … 2K ... 由上述表格数据，画出fir低通滤波器幅频特性曲线。
思考：对于3KHz低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小？
答：调整信号源输入频率的步进值为600Hz,能更好的画出幅频特性曲线。
3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复，比较被抽样信号恢复效果。 （1）关电，按表格所示进行连线： 源端口 信号源：MUSIC 信号源：A-OUT 冲) 目标端口 模块3：TH1(被抽样信号) 模块3：TH2(抽样脉连线说明 提供被抽样信号 提供抽样时钟
姓名： 学号：
模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH3(抽样输出) 入) 模块3：TH5(LPF-IN) 器 模块3：TH13(编码输送入模拟低通滤波送入FIR数字低通滤波器 （2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR
主控信号源
滤波器】。调节W1&使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。
（3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。
（4）实验操作及波形观测。对比观测不同滤波器的信号恢复效果：用示波器分别观测LPF-OUT3#和译码输出3#，以100Hz步进减小抽样时钟A-OUT的输出频率，对比观测模拟滤波器和FIR数字滤波器在不同抽样频率下信号恢复的效果。（频率步进可以根据实验需求自行设置。）思考：不同滤波器的幅频特性对抽样恢复有何影响？
当频率为8900HZ时，
当频率为8800HZ时，
答：模拟滤波器更逼近幅频特性的曲线，而数字滤波器可以实现想位的匹