201510通信原理实验讲义(zhp)

通 信 原 理 实 验 周洪萍 编 传媒技术学院通信原理实验讲义

1 中国传媒大学南广学院传媒技术学院 二Ｏ一五年九月修订

目 录

实验箱介绍 ................................................................................................... 1 实验一 PAM实验 ........................................................................................ 4 实验二 PCM编译码实验 ........................................................................... 10 实验三 AMI/HDB3码型变换实验 ............................................................. 14 实验四 帧成形及其传输实验 ...................................................................... 22 实验五 基带传输系统实验 ......................................................................... 28 实验六 BPSK传输系统实验 ...................................................................... 36 实验七 DBPSK传输系统实验 ................................................................... 47 实验八 电话交换呼叫处理通信系统综合实验 ............................................. 53 附：MATLAB仿真——A、U压缩律 ......................................................... 58 传媒技术学院通信原理实验讲义

1 实验箱介绍

为配合《通信原理》课程的理论教学，我们采购了南京捷辉科技有限公司推出的JH5001（Ⅲ）通信原理实验系统。该实验系统采用模块化设计，系统的基本模块有9个功能模块，每个模块分别实现通信系统的各关键技术，每个功能模块都可单独安排实验，通过实验，可以对通信原理课程的各关键知识点有一个全面的了解。每个模块都设计有标准接口，通过连接线，可进行系统实验。同时采用扩展模块或自己设计电路，还可任意设计通信系统。 JH5001（Ⅲ）通信原理实验系统由信号源模块、用户接口模块、交换和DTMF模块、PCM/PAM模块、复接解复接模块、线路编解码模块、CVSD编解码模块、基带成形模块、调制解调模块等9个基本模块组成，各模块在系统中的安排如图1所示。传媒技术学院通信原理实验讲义

2 图一 JH5001（Ⅲ）通信原理实验系统系统布局 图1 JH5001（Ⅲ）通信原理实验系统系统布局

PCM/PAM模块 复接解复接模块 用户接口模块 交换和DTMF模块 线路编解码模块 CVSD编解码模块 基带成形模块

调制解调模块

信号源 传媒技术学院通信原理实验讲义

3 通过信号线的连接，各基本模块可接入系统进行系统实验，其系统连接关系如图2所示。在系统中通信双方的传输信道是不对称的： （1）从用户电话1向用户电话2的信号支路是以无线信道传输技术为主，信号流程为：用户电话接口1→CVSD话音编码→信道调制→噪声→信道解调→CVSD话音译码→用户电话接口2。 （2）从用户电话2向用户电话1的信号支路是以有线信道传输技术为主，信号流程为：用户电话接口2→PCM话音编码→信道复接→线路编码（HDB3/CMI）→线路译码→信道解复接→PCM话音译码→用户电话接口1。

信号源模块输出正弦波和方波，TPAO1S、TPAO2S分别为输出端口，VS102调节方波输出大小，调节范围：0～5V。VS103调节正弦波输出大小，调节范围：0～5V；信号输出有高低两个频段：JS01跳线插入、JS02跳线不插输出高频信号，输出信号频率范围20KHz～350KHz；JS01跳线不插、JS02跳线插入，输出低频信号，输出信号频率范围300Hz～2KHz。 实验系统电源完成交流220V到+5V、+12V、-12V的直流变换，给整个硬件平台供电。

信号复接 信号解复接

线路 译码 编码

位同步恢复

PCM译码 PCM编码

无线传输信道 有线传输信道

交换处理模块 DTMF检测1 DTMF

检测2

电话接口 1 电话接口 2

数据 终端 数据

终端

2# 1#

图2 各电路测试模块间连接框图

CVSD译码 编码信道解调 信道 调制 噪声 CVSD编码

编码

BPSK DBPSK

HDB3 CMI 传媒技术学院通信原理实验讲义

4 实验一 PAM实验 一、 实验目的 1、 验证抽样定理； 2、 观察PAM信号形成的过程； 3、 了解混迭效应产生的原因； 4、 学习低通信号抽样的基本方法。

二、 实验仪器 1、 JH5001(Ⅲ)通信原理基础实验箱 一台 2、 20MHz双踪示波器 一台 3、 函数信号发生器 一台

三、 实验原理 抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。 抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。通常将语音信号通过一个3400 Hz低通滤波器（或通过一个300～3400Hz的带通滤波器），限制语音信号的最高频率为3400Hz，这样可以用频率大于或等于6800 Hz的样值序列来表示。语音信号的频谱和语音信号抽样频谱见图1.1和图1.2所示。从语音信号抽样频谱图可知，用截止频率为fh的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)。 传媒技术学院通信原理实验讲义 5 f M(f) fh 0 图1.1 语音信号频谱

f Ms(f) fh 0 2fs+fh fs+ fh fs 2fs 理想低通滤波器

图1.2 语音信号的抽样频谱 f Ms(f) fh 0 2fs+fh fs+ fh fs 2fs

图1.3 fs＜2fh时语音信号的抽样频谱 传媒技术学院通信原理实验讲义

6 f Ms(f) fh 0 2fs+fh fs+ fh fs 2fs 实际低通滤波器

图1.4 fs＞2fh的语音信号的抽样频谱 实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出一定的防卫带（1200Hz），参见图1.4所示。当抽样频率fs低于2倍语音信号的最高频率fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量，原理参见图1.3所示。 在抽样定理实验中，采用标准的8KHz抽样频率，并用函数信号发生器产生一个信号，通过改变函数信号发生器的频率，观察抽样序列和重建信号，检验抽样定理的正确性。抽样定理实验各点波形见图1.5所示。

低通 滤波器 抽样 脉冲 低通 滤波器 抽样 保持

8KHz 输入信号

图1.5 抽样定理实验原理框图 图1.6 是通信原理基础实验箱所设计的抽样定理实验电路组成框图。 传媒技术学院通信原理实验讲义

7 低通 滤波器 抽样 脉冲 低通 滤波器 抽样 /保持

KB04 跳线器 开 关 K702 图1.6 抽样定理实验电路组成框图 U701A、B U703 U702A、C UB03 复接解复接模块内

测试信号 TP701 TP702 TP704 TP703

电路原理描述： 输入信号首先经过信号选择跳线开关K501，当K501设置在正常位置时（左端），输入信号来自电话接口2模块的发送话音信号；当K501设置在测试位置时（右端），由TP001输入测试信号，进行抽样定理实验。 运放U701A、U701B（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用于限制最高的信号频率。信号经运放U701C缓冲输出，送到U703（CD4066）模拟开关。 模拟开关U703（CD4066）通过抽样时钟完成对信号的抽样，形成抽样序列信号。信号经运放U702B（TL084）缓冲输出。 运放U702A、U702C（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用来恢复原始信号。 跳线开关K702用于选择输入滤波器，当K702设置在滤波位置时（OF端），送入到抽样电路的信号经过3400Hz的低通滤波器；当K702设置在直通位置时（NF端），信号不经过抗混迭滤波器直接送到抽样电路，其目的是为了观测混迭现象。 设置在复接解复接模块内的跳线开关KB04为抽样脉冲选择开关：设置在左端为平顶抽样，平顶抽样是通过采样保持电容来实现的，且τ=Ts；设置在右端为自然抽样，为便于恢复出的信号观测，此抽样脉冲略宽，只是近似自然抽样。平顶抽样有利于解调后提高

输出信号的电平，但却会引入信号频谱失真2/)2/(Sin，τ为抽样脉冲宽度。通常在实