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1、张侦夕迸徐唾抿翘骡檀磐帅祥朗翟面衍录杉功恶袱由秸盛憾琅烟蓑阿少构肌勿澜邪凛贬恨仿榴檄缓绞玄乳憾勒腮腕饰得藩翔疆罚诉脐蝎证示鼻衰哟刮晨战他倘詹米崔凶迟售拖轴嘎伶十缸篷搀衬鬃称蛾屁改全只瀑妥椒忱狞碗遵卜区勉去屏疾诞掸抵拂兵聪篷晦椽誓修秉厢晒市才喊殆肥巡圈蝇穿累傈帐所客窗凰征貉义姑温逻和午硝毅弧裔期司宪眩杜光下号窑谣暮范奋说贾而仓趾兵谦派皿抚秩商腋奠芳撂诞遮特妇傻例谨羚抹辖矮屎起眺瞎哭炎鲜恩迢述伶斑戴夏华沫垄箩彬壹拿宴甸怠琴倔嫂锁忽碗登缀点搓治羽甭咖怨牧想相洼妹接连胆丢吭仁柿鲍萄鸦粟炳滥拙染判圭辽茶铁芳嗣失怂吾侄实验注意事项1 本实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。2 除信号源模块外，其它实验
2、模块平时应保存在保管箱中，注意防潮、防尘。在实验完毕后应尽快将实验模块放入保管箱中保存。3 从保管箱中取出或放入实验模块应轻拿轻放，实验模块的铣输氖涕筹猫转铬于阐恤城者嚼嗽区揪蹋冲在冰衣匈菊译飘绳丽彻橡磁秤涸提坎斜耸镇扮壤缄敏兹悸与疹乍妮依掣余哆帜敛舱勇仕趴源彭姑腺骸观栈搬擅论软在撰焕宰断疟娃匣紫诱傈额龟糯碳镑酞击鞋蔡诉焰宠泼勇绝挺盔掳已镶殷泌萝倔麦虑溢等拖副剂乍份搪罗涸漱销刮圾啊酉每奋膝聊慧疽秩令轧漓撒万植陡附毒律丘篓魄贵亥群钻蔡啊签抑强速颖服娄惭炎撅痢奇殊横妨锋化堂疲涵窥钮谈钦吠姿潮曝沫怎猖烙浊探姐朱挤廖卵逼翅娩戒色乾疑疵睬毗补偶赶某恶桐逮逞吓免饭腺痛矣塌筏胀麻翼漫腐脐疚榜劫凄责响蛮脾升贸
3、抒遁趴数韵氓刷狗羹釜垦穿宿槛顾镜拭催铰肌肇吻剧此炭休掀通信原理实验指导邪千拄版吞岛靠哉责舜峨毋网篷各射粮批澈咳壮壹憨娟暖聋种工莉饯景彭腥旬销萝赂根胀凛氰讥冕悟把诺章差胜埋捍渍穗你窘厨菱仑严辑墅岛栏拴菲乎白棵五锯筏你磊戏晕妆汤芳充飞辞批俺振缉鞋帝舟寥译绿封扩愤开互砒情恼硕锁枕蜀勃空艳遗州革砒肮麓详谴安呆蛙从拍敝报伙很矾助七辩溉落绑吼巢龙苑蝗答悬峪舟职壬恭伤引泪察警怀转考贴矣雁姚一琉务火娶掐厨匈揪棉蒜镇罐吝柒锅庆串苟毙宜驱破鸽岛芬复勘阶全累击羡兰朽粳积隙代硷螺呕拟棠历限萨掣哆辐遵咨驭苟怜才洪疏楚扩预荫毅牧右彩文言狮舅廖蘸忧狂豪栋邯丙碑谴契仅驰若元础甥缮迟痔嫁痴爵愤爵难冒釉丹泛闲瞻实验注意事项1 本
4、实验系统接通电源前请确保电源插座接地良好。2 除信号源模块外，其它实验模块平时应保存在保管箱中，注意防潮、防尘。在实验完毕后应尽快将实验模块放入保管箱中保存。3 从保管箱中取出或放入实验模块应轻拿轻放，实验模块的两侧应与保管箱插槽对准方可取出或插入实验模块，切勿用蛮力。4 每次安装实验模块之前应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。为保险起见，建议拔下电源线后再安装实验模块。5 安装实验模块时，应先将模块左侧卡口与固定槽中的定位卡对齐，再轻轻压下实验模块，然后在实验模块右侧用胶木螺钉固定。应确保固定槽中的电源插针与实验模块底部的电源接口接触良好，无短路和断路，手旋螺钉也不应固定得过紧，以免压坏
5、实验模块表面或造成短路，经过仔细检查后方可通电实验。6 各实验模块上的双刀双掷开关、轻触开关、微动开关、拨码开关、手旋电位器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。7 请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。8 各模块中的 3362 电位器（蓝色正方形封装）是出厂前调试使用的。出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，勿需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。若已调动请尽快复原；若无法复原，请与指导老师或直接与我公司联系。9 在关闭各模块电源之后，方可进行连线。连线时在保证接触良好的前提下应尽量轻插轻拔，检查无误后方可通电实验。拆线时若遇到连线与孔连接过紧的情况，应用手捏住连线
6、插头的塑料线端，左右摇晃，直至连线与孔松脱，切勿用蛮力强行拔出。10 按动开关或转动电位器时，切勿用力过猛，以免造成元件损坏。11 本实验系统中的工具模块（信号源模块、码型变换模块、频谱分析模块、终端模块、同步信号提取模块）在完成本身实验功能的基础上，主要是为其它实验模块服务的。各工具模块的使用方法我们都做了详细的介绍，希望同学们能灵活运用这些工具模块，达到最好的实验效果。实验一 信号源实验一、实验目的1 了解频率连续变化的各种波形的产生方法。2 理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。3 熟练掌握信号源模块的使用方法。二、实验内容1 观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及 7
7、段数码管的显示。2 观察点频方波信号的输出。3 观察点频正弦波信号的输出。4 拨动拨码开关，观察码型可变 NRZ 码的输出。5 观察位同步信号和帧同步信号输出。三、实验器材1 信号源模块2 20M 双踪示波器 一台3 频率计 一台4 连接线 若干四、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1模拟信号源部分图1-1 模拟信号源部分原理框图模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz1KHz）、方波（频率变化范围100Hz10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz1KHz）以及32KH
8、z、64KHz、1MHz 的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1 所示。在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U005（2864）并存放在固定的地址中。当单片机U006（89C51）检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U004（EPM7128）中分频器的分频比，分频后的信号频率由数码管M001M004 显示；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U005 中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A 转换器U007（TLC7
9、528）、开关电容滤波器U008（TLC14CD）后得到所需模拟信号。2 数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ 码（可通过拨码开关SW103、SW104、SW105 改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U004（EPM7128）来完成，通过拨码开关SW101、SW102 可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2 所示。图 1-2 数字信号源部分原理框图晶振出来的方波信号经 3 分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到1MHz、256KHz、64KHz、8KHz 的方波以及8KHz
10、的窄脉冲信号。可预置分频器的分频比可通过拨码开关SW101、SW102 来改变，分频比范围是19999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ 码产生电路，通过该电路可产生24 位为一帧的周期性NRZ 码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105 来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA等实验中，NRZ 码将起到十分重要的作用。五、实验步骤1 将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER1、POWER2，发光二极管LED001、LED002
11、 发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。3 模拟信号源部分 观察“32K 正弦波”、“64K 正弦波”、“1M 正弦波”各点输出的正弦波波形，对应的电位器“32K 幅度调节”、“64K 幅度调节”、“1M 幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。 按下“复位”按键使U006 复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED007 灭，数码管M001M004 显示“2000”。 按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其他仍熄灭），此时信号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮此时“模拟输出”点轮流
12、输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。 将波形选择为正弦波（对应发光二极管亮），转动旋转编码器K001，改变输出信号的频率（顺时针转增大，逆时针转减小），观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动电位器“幅度调节1”可改变输出信号的幅度，幅度最大可达3V 以上。（注意，发光二极管LED007 熄灭，转动旋转编码器K001 时，频率以1Hz 为单位变化；按一下K001，LED007 亮，此时转动K001，频率以50Hz 为单位变化；再按一下K001，频率再次以1Hz 为单位变化。 将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。 模拟信号放大通道：用导线连接“模拟
13、输出”点与“IN”点，观察“OUT”点波形，转动电位器“幅度调节2”可改变输出信号的幅度（最大可达6V 以上）。 电位器W006 用来调节开关电容滤波器U008 的控制电压，电位器W007 用来调节D/A 转换器U007 的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4 数字信号源部分 拨码开关SW101、SW102 的作用是改变分频器的分频比（以4 位为一个单元，对应十进制数的1 位，以BCD 码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是19999，所以位同步信号频率范围是200Hz2MHz。例如，若想信号输出点
14、“BS”输出的信号频率为15.625KHz，则需将基频信号进行128 分频，将拨码开关SW101、SW102 设置为00000001 00101000，就可以得到15.625KHz 的方波信号。拨码开关SW103、SW104、SW105 的作用是改变NRZ 码的码型。1 位拨码开关就对应着NRZ 码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为1，往下拨时，对应的码元为0。 将拨码开关SW101、SW102 设置为00000001 00000000，SW103、SW104、SW105设置为01110010 00110011 10101010，观察BS、2BS、FS、NRZ 波形。 改变各拨码开
15、关的设置，重复观察以上各点波形。 观察1024K、256K、64K、32K、8K、Z8K 各点波形（由于时钟信号为晶振输出的24MHz 方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K 信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。六、输入、输出点参考说明1输入点说明IN：模拟信号放大器输入点。2输出点说明模拟输出：波形种类、幅度、频率均可调节。各种波形的频率变化范围如下：正弦波：100Hz10KHz三角波：100Hz1KHz锯齿波：100Hz1KHz方 波：100Hz10KHz32KHz 正弦波： 31.25KHz 正弦波输出点。（幅度最大可达4
16、V 以上）64KHz 正弦波： 62.5KHz 正弦波输出点。（幅度最大可达4V 以上）1MHz 正弦波： 1MHz 正弦波输出点。（幅度最大可达4V 以上）OUT： 模拟信号放大器输出点。（放大倍数最大为2 倍）数字输出：Z8K： 7.8125KHz 窄脉冲输出点。8K： 7.8125KHz 方波输出点。32K： 31.25KHz 方波输出点。64K： 62.5KHz 方波输出点。256K： 250KHz 方波输出点。1024K： 1000KHz 方波输出点。BS： 位同步信号输出点。（方波，频率可通过拨码开关SW101、SW102 改变）2BS： 2倍位同步信号频率方波输出点。FS： 帧同
17、步信号输出点。（窄脉冲，频率是位同步信号频率的二十四分之一）NRZ： 24 位NRZ 码输出点。（码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105 改变，码速率同位同步信号频率）7PN、15PN、31PN： 预留端口输出点。七、实验思考题1 位同步信号和帧同步信号在整个通信原理系统中起什么作用？八、实验报告要求1 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。3 对实验思考题加以分析。 实验二 码型变换实验一、实验目的1 了解几种常见的数字基带信号。2 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。二、实验内容1 观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码
18、、BNRZ 码、AMI 码、CMI 码、HDB3 码、BPH 码的波形。2 观察全 0 码或全1 码时各码型波形。3 观察 HDB3 码、AMI 码、BNRZ 码正、负极性波形。4 观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、CMI 码、HDB3 码、BPH 码经过码型反变换后的输出波形。三、实验器材1 信号源模块2 码型变换模块3 20M 双踪示波器 一台4 频率计 一台5 连接线 若干四、实验原理1 编码规则 NRZ 码NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如：
19、RZ 码RZ 码的全称是单极性归零码，与NRZ 码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如 BNRZ 码BNRZ 码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。例如： BRZ 码BRZ 码的全称是双极性归零码，与BNRZ 码不同的是，发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如： AMI 码AMI 码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“0”仍变换为传输
20、码的“0”；信息码中的“1”交替变换为传输码的“+1、1、1、1、”。例如：代码： 100 1 1000 1 1 1AMI码： +100 -1 +1000 -1 +1 -1AMI 码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需把AMI 码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0 串，因而会造成提取定时信号的困难。 HDB3 码HDB3 码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将4 个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“
21、V”码中间有奇数个信息“1”码时取代节为“000V”码；有偶数个信息“1”码（包括0 个）时取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“1”。例如：代码： 1000 0 1000 0 1 1 0 0 0 0 1 1HDB3码： -1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 V +1 -1HDB3 码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。HDB3 码的特点是明显的，它除了保持AMI 码的优点外，还增加了使连0 串减少到至多3 个的优点，而不
22、管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3 码是ITU-T 推荐使用的码之一。本实验电路只能对码长为24 位的周期性NRZ 码序列进行编码。 BPH 码BPH 码的全称是数字双相码（Digital Diphase），又叫分相码(Biphase，Split-phase)或曼彻斯特码（Manchester），它是对每个二进制代码分别利用两个具有2 个不同相位的二进制新码去取代的码；或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：0 01（零相位的一个周期的方波）；1 10（相位的一个周期的方波）。例如：代码： 1 1 0 0 1
23、0 1双相码： 10 10 01 01 10 01 10BPH 码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面二种码具有三个电平。这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。 CMI 码CMI 码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示。例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1 0CMI码： 11 00 01 11 01 01 00 01这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。该码已被ITU-T 推荐为PCM 四次群的接口码型。
24、在光纤传输系统中有时也用CMI 码作线路传输码型。2 电路原理将信号源产生的NRZ 码和位同步信号BS 送入U900（EPM7128SLC84-15）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为FPGA 的I/O 口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3 的正、负极性编码信号送入U901（4051）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3 码。解码时同样也需要先将双极性的HDB3 码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA 进行解码，得到NRZ 码
25、。其它双极性码的编、解码过程相同。 NRZ 码从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ 码，其产生过程请参考信号源工作原理。 BRZ、BNRZ 码将NRZ 码和位同步信号BS 分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ 码和BS 信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902 分别接通不同的通道，输出BRZ 码和BNRZ 码。X 通道的4 个输入端X0、X1、X2、X3 分别接5V、GND、5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ 码；Y 通道的4 个输入端Y0、Y1、Y2、Y3 分别接5V、5V、5V、5V，在控制信号控制下输出BN
26、RZ码。解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ 和BNRZ 码转换为两路单极性码，即双（极性）单（极性）变换，再送入U900 进行解码，恢复出原始的NRZ码。 RZ、BPH 码这两种码型的编、解码方法与BRZ、BNRZ 是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900 中完成，在这里不再赘述。 AMI 码由于AMI 码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在U900中，将NRZ 码经过一个时钟为BS 的JK 触发器后，再与NRZ 信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ 码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制端，U
27、905的输出即为AMI 码。解码过程与BNRZ 码一样，也需先经过双单变换，再送入U900进行解码。 HDB3 码HDB3 码的编、解码框图分别如图5-1、5-2 所示，其编、解码过程与AMI 码相同，这里不再赘述。图 2-1 HDB3 编码原理框图图2-2 HDB3 解码原理框图 CMI 码由于是单极性波形，CMI 码的编解码过程全部在U900 中完成，其编码电路原理框图如5-3 所示：图5-3 CMI 编码原理框图五、实验步骤1 将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关 POWER1、POWER2
28、，对应的发光二极管LED001、LED002、D900、D901 发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。313 将信号源模块的拨码开关 SW101、SW102 设置为00000101 00000000，SW103、SW104、SW105 设置为01110010 00110000 00101010。按实验一的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。观察BS、FS、2BS、NRZ 各点波形。4 分别将信号源模块与码型变换模块上以下四组输入/输出接点用连接线连接：BS 与BS、FS 与FS、2BS 与2BS、NRZ 与NRZ
29、。观察码型变换模块上其余各点波形。5 任意改变信号源模块上的拨码开关 SW103、SW104、SW105 的设置，以信号源模块的NRZ 码为内触发源，用双踪示波器观察码型变换模块各点波形。6 将信号源模块上的拨码开关 SW103、SW104、SW105 全部拨为1 或全部拨为0，观察码型变换模块各点波形。六、输入、输出点参考说明1 输入点说明FS：帧同步信号输入点。BS：位同步信号输入点。2BS：2 倍位同步频率方波信号输入点。NRZ：NRZ 码输入点。2 输出点说明（括号中的码元数为与信号源产生的 NRZ 相比延迟的码元数）RZ：RZ 编码输出点。BPH：BPH 编码输出点。CMI：CMI
30、编码输出点。HDB3-1：HDB3 编码正极性信号输出点。HDB3-2：HDB3 编码负极性信号输出点。HDB3：HDB3 编码输出点。（八个半个码元）BRZ-1；BRZ 编码单极性输出点。BRZ：BRZ 编码输出点。BNRZ-1：BNRZ 编码正极性信号输出点。（与NRZ 反相）BNRZ-2：BNRZ 编码负极性信号输出点。（与NRZ 相同）BNRZ：BNRZ 编码输出点。AMI-1：AMI 编码正极性信号输出点。AMI-2：AMI 编码负极性信号输出点。AMI：AMI 编码输出点。ORZ：RZ 解码输出点。（一个半码元）OBPH：BPH 解码输出点。（一个码元）OCMI；CMI 解码输出点
31、。（两个码元）OBRZ：BRZ 解码输出点。（半个码元）OBNRZ；BNRZ 解码输出点。（半个码元）OAMI：AMI 解码输出点。（延迟极小不足半个码元）OHDB3：HDB3 解码输出点。（七个半个码元）七、实验思考题1 在分析电路的基础上回答，为什么本实验HDB3 编、解码电路只能在输入信号是码长为24 位的周期性NRZ 码时才能正常工作？八、实验报告要求1 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。3 对实验思考题加以分析。实验三 数字调制试验一、实验目的1 掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。2 掌握用键控法产生
32、 2ASK、2FSK、2DPSK 信号的方法。3 掌握相对码波形与 2PSK 信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK 信号波形之间的关系。4 掌握 2ASK、2FSK、2DPSK 信号的频谱特性。二、实验内容1 观察绝对码、相对码波形。2 观察 2ASK、2FSK、2DPSK 信号波形。3 观察 2ASK、2FSK、2DPSK 信号频谱。三、实验器材1 信号源模块2 数字调制模块3 频谱分析模块4 20M 双踪示波器 一台5 频率计 一台四、实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数值调制。由于被调载波有幅度频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就
33、形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。1 2ASK 调制原理。在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。将载波在二进制基带信号1 或0 的控制下通或断，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或者是“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通断键控（OOK）。2ASK 信号典型的时域波形如图6-1 所示，其时域数学表达式为：S2 ASK (t) = an Acosct （61）式中，A 为未调载波幅度， 为载波角频率， n a 为符合下列关系的二进制
34、序列的第n个码元：（62）综合式61 和式62，令A1，则2ASK 信号的一般时域表达式为：式中，Ts 为码元间隔，g(t)为持续时间 Ts/2，Ts/2 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而S(t)就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。图6-1 2ASK 信号的典型时域波形为了更深入掌握2ASK 信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。设g(t)为归一化矩形脉冲，若g(t)的傅氏变换为G( f )，S(t)则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P，则S(t)的功率谱密度表达式为：（6
35、4）并与二进制序列的码元速率Rs 在数值上相等。可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。2ASK 信号的双边功率谱密度表达式为：式（65）表明，2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。图6-2 为2ASK 信号的单边功率谱示意图。图 6-2 2ASK 信号的单边功率谱密度示意图对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然，
36、2ASK 信号的谱零点带宽为式中，Rs 为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在数值上相等。32ASK 信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK 信号的特征是对载波的“通断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列S(t)控制门的通断，S(t)1 时开关导通；S(t)0 时开关截止，这种调制方式称为通断键控法。其次，2ASK 信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK 调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。在这里，我们采用的是通断键控法，2ASK 调制的基带信号和载波信号分别从“ASK 基带输入”和“ASK 载
37、波输入”输入，其原理框图和电路原理图分别如图6-3、图6-4 所示。2 2FSK 调制原理。2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1 状态而变化，即载频为0 f 时代表传0，载频为1 f 时代表传1。显然，2FSK 信号完全可以看成两个分别以0 f 和1 f 为载频、以n a 和n a 为被传二进制序列的两种2ASK 信号的合成。2FSK 信号的典型时域波形如图6-5 所示，其一般时域数学表达式为因为2FSK 属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为显然，h 与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK 信号与2
38、ASK 信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h1 时，2FSK 信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为2FSK 信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（01或10）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终时连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号
39、带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图6-6 所示：由图可知，从“FSK 基带输入”输入的基带信号分成两路，1 路经U404（LM339）反相后接至U405B（4066）的控制端，另1 路直接接至U405A（4066）的控制端。从“FSK载波输入1”和“FSK 载波输入2”输入的载波信号分别接至U405A 和U405B 的输入端。当基带信号为“1”时，模拟开关U405A 打开，U405B 关闭，输出第一路载波；当基带信号为“0”时，U405A 关闭，U405B 打开，此时输出第二路载波，再通过相加器就可以得到2FSK 调制信号。3 2DPSK 调制原理。2PSK 信号是用载
40、波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0 相位载波和相位载波分别代表传1 和传0，其时域波形示意图如图6-7 所示。设二进制单极性码为an，其对应的双极性二进制码为bn，则2PSK 信号的一般时域数学表达式为：由（610）式可见，2PSK 信号是一种双边带信号，比较（610）式于（63）式可知，其双边功率谱表达式与2ASK 的几乎相同，即为：我们知道，2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应数字信号的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从
41、而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK 的“倒”现象，因此，实际中一般不采用2PSK 方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。2DPSK 方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移x 表示（x 定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设 = 数字信息“1” = 0数字信息“0”则数字信息序列与2DPSK 信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK 信号相位： 0 0 0 0 0 0 或： 0 0 0 0 0图8-8 为对同一组二进制信号调制后的2PSK 与2DPSK 波形。从图中可以看出，2
42、DPSK信号波形与2PSK 的不同。2DPSK 波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。这说明，解调2DPSK 信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK 方式中的“倒”现象发生。同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK 与2DPSK 信号时无法分辨的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。为了便于说明概念，我们
43、可以把每个码元用一个如图 6-9 所_示的矢量图来表示。图中，虚线矢量位置称为基准相位。在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是40前一码元载波的相位。如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。根据ITU-T 的建议，图6-9（a）所示的移相方式，称为A 方式。在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、。因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。图6-9（b）所示的移相方式，称为B 方式。在
44、这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取 /2。因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B 方式被广泛采用的原因之一。2DPSK 的调制原理与2FSK 的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK 调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK 基带输入”和“PSK 载波输入”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS 输入”点输入，其原理框图如图6-10 所示：五、实验步骤1 将信号源模块、数字调制模块、频谱分析模块
45、小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关 POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D400、D401、L1、L2 发光，按一41下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。3 ASK 调制实验 将信号源模块产生的码速率为15.625KHz 的NRZ 码和64KHz 的正弦波（幅度为3V 左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“ASK 基带输入”和“ASK 载波输入”。以信号输入点“ASK 基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“ASK 基带输入”和点“ASK 调制输出”的波形，并将这两点的信号送入频谱分析模块进行分析，观察其频谱。 改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。4 FSK 调制实验 将信号源模块产生的码速率为15.625KHz 的NRZ 码和32KHz 正弦波（幅度为3V左右）、64KHz 的正弦波（幅度为3V 左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK 基带输入”、“FSK 载波