实验十四 通信系统综合实验
实验十四 通信系统综合实验
实验内容
1.语音信号及通信系统原理综合实验 2.单台实验箱实现单工通信系统实验 3.两台实验箱实现双工通信系统实验
一. 实验目的
1.熟悉数字通信系统各级信号的波形。
2.理解信号在信道传输过程中的变换原理和方法。 3.了解数字通信系统性能的测试方法。
二. 实验电路工作原理
为了使学生对数字通信系统有一个感性认识，进一步加深对通信系统工作的理解，本实验是在前面实验的基础上，有代表性地选择了增量编码调制解调实验，二相PSK(DPSK)调制解调系统实验，信号发生器系统实验和集中控制器系统实验的基础上，组成一个较完整的通信系统综合实验，也即模拟一个简易数字通信系统，其系统方框图如图14-1所示。实际上这个实验系统就是实验一、二、三、六、七、九、十、十一等实验的结合。图14-2是该系统较详细的电路方框图。下面就以图14-2来叙述各部分功能的作用。 方框 1 ：音频信号发生器。 方框 2 ：内时钟信号源电路。见实验一内容。 方框 3 ：增量调制编、译码系统的时钟信号。 同样见实验一内容中的时钟信号，时钟速率有KHz、32KHz、16KHz与8KHz。目的是让学生通过选择不同的时钟速率看增量调制编码与译码的波形如何，进一步加深对信道通频带带宽概念的理解。
方框 4 ：一个伪随机序列发生器(也称为伪码发生器)。作为系统的数据信息源。这样在进行通信系统综合实验时，既可以传输经过模/数变换后的音频信号(如语言信号，收录机播放的音乐信号或单一音频正弦波信号)，又可以直接传输数据信息，让电路输出的伪随机序列信号波形的码元速率为32KHz。
方框 5 ：一个1— 0码发生器电路。这主要是能方便地对信道传输系统的工作状态进行调试而设置的。其实它是方框 2 的分频而来的方波时钟，有128KHz、KHz、32KHz、16KHz等几种，该信号的输出应通过跳线接入。
方框 6 ：外加音频信号源。这在实验箱电路中是没有的，必须要由外加入。它可以是语音信号，也可以是音乐信号，也可以是正弦波信号，信号输入至输入信号插座S201中。
方框 7 ：增量调制编码电路。它的作用是将输入的音频信号变成数字信号，它的时钟速率有KHz、32KHz、16KHz及8KHz四种方式可供选择。
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C51系统 CPU控制单元扩展电路状态显示电路编码系统信 号 发 生 器 电 路 控制电路模 拟 信 号 检 测 电 路 数 字 信 号 检 测 电 路 误码分析电路键盘输入电路 增量调制PSKPSK增量调制 编码单元调制单元 解调单元译码单元图13-1 通信系统综合实验功能框图 图14-1 通信系统综合实验功能框图
它的编码方式是由CPU控制器电路控制工作的，增量调制编码前的模拟信号还送入到控制单元的模拟检测电路中，以供CPU检测之用。电路见实验六图6-3所示。关于详细工作原理及工作过程见实验六。 方框 8 ：一个码型变换器。 它的作用是把输入的绝对码变成相对码。电路见实验九中内容。这主要是为了在二相PSK调制方式中克服接收端的相位模糊而采用的。
方框 9 ：绝对移相键控(PSK)调制器。它根据输入数字基带信号的极性变化(“1”码或“0”码)发送两个相位差为π的调相波，把发送基带信号的频谱搬移到适合于通信信道传输的频段，在实验中，频率为1024KHz，电路见实验九。
方框 10 ：1024KHz载波发生器电路。 方框 11 ：512KHz载波发生器电路。电路见实验九，该电路可以产生一个频率范围是1024KHz，幅度为2V的一个正弦波信号，作为PSK调制器的载频信号。 方框 12 ：一个二相PSK调相波信号接收放大电路。因为调相波信号经过信道传输后的波形变小了。因而在PSK解调器解调之前先把信号波形放大后再进行解调。电路见实验十。
方框 13 ：载波提取锁相环电路。电路见实验十。关于它的原理及工作过程见实验十中的内容，这里不再讲述。
前面已经讲过，该电路实际是同相正交锁相环载波提取电路，它的特点是：在提取载波的同时，数字基带信号也已经解调出来。因此，解调出来的数字基带一方面送位同步恢复电路提取位同步信号，另一方面送到信码再生电路用位同步信号对该数字基带信码重新进行抽样判决。
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来自发送端的时钟发生电路K80162543167至CPU控制电路S20112再生时钟131418外加信号源8K3011322321K302K7011增量调制编码器931码型变换器PSK调制器3K304213
音频信号源时钟发生器接收放大电路载波提取锁相环位同步恢复电路来自增量调制编码器信码码信形码反1K7053K802再变2生213换电电路17路增量调制译码电路音频放大电路123K0011516再生信码2数据输出194096KHz晶振多级分频伪码发生器1024KHz载波发生器512KHz载波信号源41-0码发生器51011CPU控制电路实验十四 通信系统综合实验
图14-2 综合实验系统框图210400K8P1T收端低通滤波308PTMΔ译码210088PPT22T钟510810时2K1817K生73PPT6再TK1S0P解调7PT2190073KP1TK5S0P调制3PT2130032KPT31M0编码2ΔPT发送放大电路1号02信S拟模验实统系信通工单现实箱验实台单 3-41图通信原理综合实验
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端端发收1022S10400K8P1T1收端低通滤波0发送放大电路23P0T8PTMMΔ编码Δ译码21箱003588验00PP22T2T实PP251TT00方88KK乙365端端032发20P25收箱2T0P81验T2K10实0083868K方PPTT甲M1Δ编码M02Δ译码PT308发送放大电路PT收端低通滤波40811P01T0K022S验实统系信通码编工双现实箱验实台两 4-41图
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端端1发收022S10400K8P1T10发送放大电路收端低通滤波23P0T8PTMMΔ编码Δ译码21箱00388验0PP2T2实P2TT0510方88KK乙36K9SK0P调制31SP0P解调T7PT2107K1219端10端0073发7K收PP1TTKSKP调制SP解调3202205箱1P80验T2K18030K实886PP方TT甲M1Δ编码M02Δ译码PT308发送放大电路PT收端低通滤波40811P01T0K022S 92
验实统系信通工双调解制调现实箱验实台两 5-41图实验十四 通信系统综合实验
方框 14 ：位同步恢复电路。电路见实验十一，它是从解调出的数字基带信号提取位同步信息，一方面作为再生码元信号抽样判决的定时基准，另一方面作为增量调制译码电路的抽样时钟信号，有关它的详细工作原理及过程见实验十一。这里不再讲述。 方框 15 ：一个信码再生电路。电路见实验十一，它是用位同步信号作为再生时钟。对解调出的数字基带信号重新进行抽样判决。输出新的再生数字基带信码，一方面作为数据直接输出；另一方面作为增量调制译码电路的接收信码。 方框 16 ：码型反变换电路。电路见实验十一所示。它的功能是把判决再生的数字基带信码(相对码)恢复成绝对码序列。
方框 17 ：接收端增量调制系统译码电路。它是把数字化的音频信号恢复成模拟信号。它的取样速率有KHz、32KHz、16KHz，再生时钟32KHz，可供选择。在进行该项综合实验时，只有选择再生时钟32KHz，它的译码方式是由CPU控制单元的控制电路控制的。它恢复出的模拟信号要送入音频放大电路进行音频功率放大。 方框 18 ：音频功率放大电路。电路见实验七所示。它把增量调制译码电路输出的音频信号进行放大，去推动扬声器。把信息传送给收信者。 方框 19 ：再生信码或是码型反变换电路的输出再生信码。实质上是转换开关K705的2脚输出端。在此端可以测量输出数字信号波形。在测量点TP712处可观察到此波形。
至此，我们把通信系统综合实验按功能框图作了一一解释，对组成一个较为完整的通信传输系统有了一定的了解。那么，如何来衡量一个数字通信系统的传输质量呢?我们知道，衡量一个数字通信系统的主要性能指标是系统的误码率。
系统误码测试的一般原理是这样的。在发送端用一个伪随机序列发生器产生一个特定码组作为实验序列，在接收端对此码组进行检查。若在T时间间隔内发送N个码元，在接收端检测出M个错码，则误码率
Pe = M/N = M/(fs·T)
式中，fs为码元速率。
在实际应用中，测试误码的方法有多种多样。
具体方法是在发送端的PSK调制器中，CPU对绝对码即数字基带信码1110010进行检测后记录并存贮到CPU处理单元之内。
在接收端的PSK解调器中，CPU把解调出的数字基带信息1110010也检测记录并存贮好，然后在T时间间隔内进行比较，纠出错码，再通过计算，最后得到该系统在某一时间T内的误码率。
三. 实验内容
1. 用伪随机码序列做综合实验
先用伪随机码序列代替增量调制编码器输出的数字基带信号，逐一进行实验。最后从接收端中还原出伪随机码序列。
语音信号及通信系统原理综合实验按照图14-2进行连接。
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2. 单音频信号源做综合实验
断开伪随机码序列，用音频信号作信号源，送入增量调制系统编码电路的输入端中，再逐一进行实验。最后从扬声器中还原出音频信号来。
3. 广播信号做综合实验
最后再用小话筒或录音机作信号源，逐一进行实验。观察实验的每一结果。 单台实验箱实现单工通信系统实验按照图14-3进行连接。
4. 两台实验箱实现双工编码综合实验
两台实验箱实现双工编码通信系统实验按照图14-4进行连接。
用音频信号作信号源，送入甲实验箱的增量调制系统编码电路的输入端S201中，通过导线相连接到乙实验箱的增量调制系统译码电路的输入端K802的2与3脚相连，再逐一进行实验。最后从乙实验箱的扬声器中还原出音频信号来。
5. 两台实验箱实现双工调制解调综合实验
两台实验箱实现调制解调双工通信系统实验按照图14-5进行连接。
用音频信号作信号源，送入甲实验箱的增量调制系统编码电路的输入端S201中，信号从PSK 调制电路输出，通过导线相连接到乙实验箱的PSK解调电路的输入端K701的1与2脚相连，再逐一进行实验。最后从乙实验箱的扬声器中还原出音频信号来。
四. 实验步骤及注意事项
1.认真领会本次实验的指导思想，仔细分析实验电路的工作过程及原理。在动手之前做到实验系统基本概念清楚。综合实验目的明确。
2.对实验箱中的各部分电路元器件所在位置看准确、清楚，具体步骤见以前的实验。 3.根据实验内容中提到的步骤逐一进行。
4.注意示波器、频率计、信号源的接地线要良好。
5.每做一步都要小心，防止烧坏元器件或印刷电路板。
五. 实验报告要求
根据系统方框图，以方框1 产生800Hz单音频信号作信号源输入，逐一进行通信系统综合实验。根据实测记录，画出系统框图中的各主要工作点的波形。
六. 讨论思考题
在数字通信传输系统中，欲提高系统性能，减少传输误码率的途径有哪些?
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