1、南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书目 录目 录 I第一章 信号源实验 1实验一 CPLD 可编程数字信号发生器实验 1实验二 模拟信号源实验 6第二章 语音编码技术 12实验三 抽样定理和 PAM 调制解调实验 12实验四 脉冲编码调制解调实验 20第三章 数字调制技术 34实验五 振幅键控（ASK）调制与解调实验 34实验六 移频键控 FSK 调制与解调实验 40实验七 移相键控（PSK/DPSK）调制与解调实验 46第四章 数字基带传输技术 54实验八 码型变换实验 54第五章 同步技术 61实验九 载波同步提取实验 61实验十 位同步提取实验 67实验十
2、一 帧同步提取实验 76第六章 时分复用技术 85实验十二 两路 PCM 时分复用实验 85实验十三 两路 PCM 解复用实验 91第七章 系统实验 94实验十四 载波传输系统实验 94实验十五 数字基带传输系统实验 96南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书第 1 页 共 210 页第一章 信号源实验实验一 CPLD 可编程数字信号发生器实验一、 实验目的1、 熟悉各种时钟信号的特点及波形。2、 熟悉各种数字信号的特点及波形。二、 实验内容1、 熟悉 CPLD 可编程信号发生器各测量点波形。2、 测量并分析各测量点波形及数据。3、 学习 CPLD 可编程器件的编
3、程操作。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 连接线 若干3、 20M 双踪示波器 一台四、 实验原理CPLD 可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。它由 CPLD可编程器件 ALTERA 公司的 EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。晶振 JZ1 用来产生系统内的 32.768MHz 主时钟。1、 CPLD 数字信号发生器包含以下五部分：1) 时钟信号产生电路将晶振产生的 32.768MHZ 时钟送入 CPLD 内计数器进行分频，生成实验所需的时钟信号。通过拨码开关 S4 和 S5 来改变时钟频率。有两组时钟输出，输出点为“CLK1”和“CLK2”
4、 ，S4 控制“CLK1”输出时钟的频率，S5 控制“CLK2”输出时钟的频率。南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 第 2 页 共 210 页2) 伪随机序列产生电路通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为 m 序列。以 15 位 m 序列为例，说明 m 序列产生原理。在图 1-1 中示出一个 4 级反馈移存器。若其初始状态为（ ）（1,1,1,1） ，0123,a则在移位一次时 和 模 2 相加产生新的输入 ，新的状态变为
5、（1a0 410a）（0,1,1,1） ，这样移位 15 次后又回到初始状态（1,1,1,1） 。不难看出，若234,a初始状态为全“0”,即“0,0,0,0” ，则移位后得到的仍然为全“0”状态。这就意味着在这种反馈寄存器中应避免出现全“0”状态，不然移位寄存器的状态将不会改变。因为 4 级移存器共有 24=16 种可能的不同状态。除全“0”状态外，剩下 15 种状态可用，即由任何 4 级反馈移存器产生的序列的周期最长为 15。a3a2a1a0+乘图 1-1 15 位 m 序列产生信号源产生一个 15 位的 m 序列，由“PN”端口输出，可根据需要生成不同频率的伪随机码，码型为 111100
6、010011010，频率由 S4 控制，对应关系如表 1-2 所示。3) 帧同步信号产生电路信号源产生 8K 帧同步信号，用作脉冲编码调制的帧同步输入，由“FS”输出。4) NRZ 码复用电路以及码选信号产生电路码选信号产生电路：主要用于 8 选 1 电路的码选信号；NRZ 码复用电路：将三路八位串行信号送入 CPLD，进行固定速率时分复用，复用输出一路 24 位 NRZ 码，输出端口为“NRZ”，码速率由拨码开关 S5 控制，对应关系见表 1-2。5) 终端接收解复用电路将 NRZ 码（从“NRZIN ”输入） 、位同步时钟（从“BS”输入）和帧同步信号（从“FSIN”输入）送入 CPLD，
7、进行解复用，将串行码转换为并行码，输出到终端光条（U6南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书第 3 页 共 210 页和 U4）显示。2、 24 位 NRZ 码产生电路本单元产生 NRZ 信号，信号速率根据输入时钟不同自行选择，帧结构如图 1-2 所示。帧长为 24 位，其中首位无定义（本实验系统将首位固定为 0），第 2 位到第 8 位是帧同步码（7 位巴克码 1110010），另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。光条（U1、U2 和 U3）对应位亮状态表示信号 1，灭状态表示信号0。 1 1 1 0
8、0 1 0 无定义位帧同步码 数据 1 数据 2图 1-2 帧结构1) 并行码产生器由手动拨码开关 S1、S2 、S3 控制产生帧同步码和 16 路数据位，每组发光二极管的前八位对应 8 个数据位。拨码开关拨上为 1，拨下为 0。2）八选一电路采用 8 路数据选择器 74LS151，其管脚定义如图 1-3 所示。真值表如表 1-1 所示。表 1-1 74LS151 真值表C B A STR YL L L L D0L L H L D1L H L L D2L H H L D3H L L L D4H L H L D5H H L L D6H H H L D7 H L图 1-3 74LS151 管脚定义
9、74LS151 为互补输出的 8 选 1 数据选择器，数据选择端（地址端）为 C、B、A，按二进制译码，从 8 个输入数据 D0D7 中选择一个需要的数据。 STR 为选通端，低电平有效。本信号源采用三组 8 选 1 电路，U12 ，U13 ，U15 的地址信号输入端 A、B、C 分别接CPLD 输出的 74151_A、74151_B、74151_C 信号，它们的 8 个数据信号输入端 D0D7 分南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 第 4 页 共 210 页别与 S1,S2,S3 输出的 8 个并行信号相连。由表 1-1 可以分析出 U12，U13，U15
10、输出信号都是以 8 位为周期的串行信号。五、 测试点说明CLK1：第一组时钟信号输出端口，通过拨码开关 S4 选择频率。CLK2：第二组时钟信号输出端口，通过拨码开关 S5 选择频率。FS：脉冲编码调制的帧同步信号输出端口。 （窄脉冲，频率为 8K）NRZ：24 位 NRZ 信号输出端口，码型由拨码开关 S1，S2，S3 控制，码速率和第二组时钟速率相同，由 S5 控制。PN：伪随机序列输出，码型为 111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4 控制。NRZIN：解码后 NRZ 码输入。BS：NRZ 码解复用时的位同步信号输入。FSIN： NRZ 码解复用时的帧同步信号输
11、入。六、 实验步骤1、 打开信号源模块的电源开关 POWER1，使信号源模块工作。2、 观测时钟信号输出波形。信号源输出两组时钟信号，对应输出点为“CLK1”和“CLK2” ，拨码开关 S4 的作用是改变第一组时钟“CLK1”的输出频率，拨码开关 S5 的作用是改变第二组时钟“CLK2”的输出频率。拨码开关拨上为 1，拨下为 0，拨码开关和时钟的对应关系如下表所示表 1-2拨码开关 时钟 拨码开关 时钟0000 32.768M 1000 128K0001 16.384M 1001 64K0010 8.192M 1010 32K0011 4.096M 1011 16K0100 2.048M 11
12、00 8K0101 1.024M 1101 4K南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书第 5 页 共 210 页0110 512K 1110 2K0111 256K 1111 1K1) 根据表 1-2 改变 S4，用示波器观测第一组时钟信号“CLK1”的输出波形；2) 根据表 1-2 改变 S5，用示波器观测第二组时钟信号“CLK2”的输出波形。3、 用示波器观测帧同步信号输出波形信号源提供脉冲编码调制的帧同步信号，在点“FS”输出，一般时钟设置为2.048M、256K，在后面的实验中有用到。将拨码开关 S4 分别设置为“0100” 、 “0111”或别的数字，用
13、示波器观测“FS”的输出波形。4、 用示波器观测伪随机信号输出波形伪随机信号码型为 111100010011010，码速率和第一组时钟速率相同，由 S4 控制。根据表 1-2 改变 S4，用示波器观测“PN”的输出波形。5、 观测 NRZ 码输出波形信号源提供 24 位 NRZ 码，码型由拨码开关 S1，S2，S3 控制，码速率和第二组时钟速率相同，由 S5 控制。1) 将拨码开关 S1，S2，S3 设置为“01110010 11001100 10101010” ，S5 设为“1010” ，用示波器观测“NRZ”输出波形。2) 保持码型不变，改变码速率（改变 S5 设置值） ，用示波器观测“N
14、RZ”输出波形。3) 保持码速率不变，改变码型（改变 S1、S2、S3 设置值） ，用示波器观测“NRZ”输出波形。七、 实验报告要求1、 分析各种时钟信号及数字信号产生的方法，叙述其功用。2、 画出各种时钟信号及数字信号的波形。3、 记录实验过程中遇到的问题并进行分析，提出改进建议。南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 第 6 页 共 210 页实验二 模拟信号源实验一、实验目的1、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途。2、观察分析各种模拟信号波形的特点。二、实验内容1、测量并分析各测量点波形及数据。2、熟悉几种模拟信号的产生方法，了解信号的来源、变换过程和使用
15、方法。三、实验器材1、信号源模块 一块2、连接线 若干3、20M 双踪示波器 一台四、实验原理模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号：同步正弦波信号、非同步信号和音乐信号。（一）同步信号源（同步正弦波发生器）1、 功用同步信号源用来产生与编码数字信号同步的 2KHz 正弦波信号，可用在 PAM 抽样定理、增量调制、PCM 编码实验，作为模拟输入信号。在没有数字存贮示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。2、 电路原理图 2-1 为同步正弦信号发生器的电路图。它由 2KHz 方波信号产生器（图中省略了） 、同相放大器和低通滤波器三部分组成。
16、南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书第 7 页 共 210 页C25333321411U19ATL0841098U19CTL084R1920KC35472W1100K2K 1TP32KC7104C19104C14104+12V-12VR76k8R106k8R96k8 R1510k TH1TH图 2-1 同步正弦波产生电路2KHz 的方波信号由 CPLD 可编程器件 U8 内的逻辑电路通过编程产生。 “2K 同步正弦波”为其测量点。U19A 及周边的电阻组成一个的同相放大电路，起到隔离和放大作用，。U19C 及周边的阻容网络组成一个截止频率为 2K 的二阶低通滤波
17、器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。调节 W1 改变同相放大器的放大增益，从而改变输出正弦波的幅度（05V） 。（二）非同步信号源非同步信号源利用混合信号 SoC 型 8 位单片机 C8051F330，采用 DDS(直接数字频率合成)技术产生。通过波形选择器 S6 选择输出波形，对应发光二极管亮。它可产生频率为180Hz18KHz 的正弦波、180Hz10KHz 的三角波和 250Hz250KHz 的方波信号。按键S7、S8 分别可对各波形频率进行增减调整。非同步信号输出幅度为 04V，通过调节 W4 改变输出信号幅度。可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用作增量调制、脉
18、冲编码调制实验的模拟输入信号。南开大学信息技术科学学院 LTE-TX-02E 型通信原理实验指导书 第 8 页 共 210 页3 218 4U10A TL082C4 104 -12V+12VC3 1041TP4 信信信信信信信信信TH8TH3 218 4U11ATL082R61 10W4 10KS6SW-PBS7SW-PBS8 SW-PBR30 10KR60 15K C38 330PC41 10P5 67U10BTL082C40 330PR27 22KR28 27KR29 10KR33 47KC26 104C24 104+12V-12VC37 330PP0.31P0.22P0.13P0.04G
19、ND5VD6RST/C2CK7P2.0/C2D8P1.79P0.420P0.519P0.618P0.717P1.016P1.115P1.214P1.313P1.412P1.511P1.610U5 C8051F303.3VR59 6203.3VC2CK C2DC33 104C30 104 C43 10uD9LEDD10LEDD11LEDR77330R78330R80330 R76 10R7410 R7310信信信信 信信 + 信信 -5 67U11BTL082 R83 10KR82 3.3KselR81 1KX013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VE7X3VCC16 GND 8U14 CD4051sel+12V5 67U20B TL082 R87 10KR85 3.3KR211K5 67U9B TL082+12V -12VC42 330PR84 15KR71 6.8KR23 3.3KC44 20PR25 10K3 218 4U9A TL082sel13 218 4U20A TL082 R88 10KR86 3.3KR221Ksel1+12V -12V（三）音乐信号产生电路1、功用音乐信号产生电路用来产生音乐信号，作模拟输入信号检查话音信道的开通情况及通话质量。2、工作原理图2-2非同步信号发生器电路图
