通信原理实验 天津职业技术师范大学 2013年3月25日 1.

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1 通信原理实验 天津职业技术师范大学 2013年3月25日 1

2 实验一 常规双边带调幅与解调实验（AM） 2

3 一、实验目的 1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。 2、掌握二极管包络检波法原理。 3、了解调幅信号的频谱特性。 4、了解常规双边带调幅的优缺点。

4 二、实验内容 1、完成常规双边带调幅，观测AM信号的波形及其频谱。 2、采用二极管包络检波法，解调AM信号。

5 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、模拟调制模块 一块 3、模拟解调模块 一块 4、20M双踪示波器 一台

6 四、实验原理 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使之随调制信号作线性变化的过程。幅度调制器的一般模型如图1-1所示。 图1-1 幅度调制器的一般模型

7 1、常规双边带调幅（AM） 图1-2 AM信号的波形和频谱

8 2、包络检波法 图1-3 AM解调实验框图（包络检波法）

9 五、实验步骤 1、将信号源模块、模拟调制模块、模拟解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

10 3、AM调幅 （1）信号源模块“DDS－OUT”测试点输出2KHz正弦波信号，调节“DDS调幅”旋转电位器，使其峰峰值为1V左右。同时，调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出峰峰值为3.6V左右。 （2）实验连线如下： 信号源模块 模拟调制模块“相乘调幅1” DDS－OUT —————————— 基波输入 384K正弦载波————————— 载波输入

11 （3）调节“调制深度调节1”旋转电位器，用示波器观测“调幅输出”信号波形。
这里也可采用“相乘调幅2”电路完成同样过程。 （4）示波器双踪观测模拟调制模块“基波输入”与“调幅输出”信号时，将示波器两通道幅度单位调到同一档，例如均为“1V/格”档位，理解基波信号是AM调幅信号的“包络”这一概念。

12 4、AM解调（包络检波法） 将AM调幅信号送入模拟解调模块中包络检波法“调幅输入”测试点，观测“检波输出”与“解调输出”测试点波形，并对比模拟信号还原的效果。

13 六、课后扩展题 阅读教师参考书光盘中附带的MC1496芯片数据手册，掌握模拟乘法器电路的典型结构。 推荐阅读《电子线路设计、实验、测试》（华中科技大学出版社 谢自美主编）“集成电路模拟乘法器的应用”一节内容。 有兴趣的同学可尝试在面包板上搭建一个AM调幅电路，通过实验调试检验实际效果。

14 实验二 抽样定理实验（PAM）

15 一、实验目的 1、掌握抽样定理的概念。 2、掌握模拟信号抽样与还原的原理及实现方法。 3、了解模拟信号抽样过程的频谱。

16 二、实验内容 1、采用不同频率的方波对同一模拟信号抽样并还原，观测并比较抽样信号及还原信号的波形和频谱。 2、采用同一频率但不同占空比的方波对同一模拟信号抽样并还原，观测并比较抽样信号及还原信号的波形和频谱。

17 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、模拟信号数字化模块 一块 3、20M双踪示波器 一台 4、虚拟仪器（选配） 一块 5、频谱分析仪 一台

18 四、实验原理 1、低通抽样定理 抽样定理表明：一个频带限制在（0， ）内的时间连续信号，如果以T≤ 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。 图2-1 信号的抽样与恢复

19 2、模拟信号的抽样 模拟信号的抽样，又称脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。图2-2是模拟信号的抽样原理框图。 图2-2 模拟信号的抽样原理框图

20 3、抽样信号的还原 若要解调出原始语音信号，将抽样信号送入截止频率为3400Hz的低通滤波器即可。因为抽样脉冲的频率高于输入的音频信号的频率，通过低通滤波器之后高频的抽样时钟信号被滤除，因此，只需通过低通滤波器便能还原出原音频信号。其原理框图如下图2-3所示。 图2-3 抽样信号的还原原理框图

21 五、实验步骤 1、将信号源模块、模拟信号数字化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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、信号源模块调节“2K调幅”旋转电位器，使“2K正弦基波”输出幅度为3V左右。

22 4、实验连线如下： 信号源模块 模拟信号数字化模块 2K正弦基波——————抽样信号 DDS-OUT—————— 抽样脉冲 模拟信号数字化模块内连线 PAM输出———————解调输入

23 5、不同频率方波抽样 （1）信号源模块“DDS-OUT”测试点输出选择“方波A”，调节“DDS调幅”旋转电位器，使其峰峰值为3V左右。 （2）示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形，对比方波A的频率为4KHz、8KHz、16KHz等典型频率值时“PAM输出”测试点波形及频谱的区别。 这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。

24 （3）示波器双踪观测“抽样信号”和“解调输出”测试点波形，对比方波A的频率为4KHz、8KHz、16KHz等典型频率值时抽样信号还原的效果。
6、同频率但不同占空比方波抽样 （1）信号源模块“DDS-OUT”测试点输出选择“方波B”，以4KHz频率为例，其峰峰值不变。 说明：为能稳定观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形，每次方波B的占空比调节好后，均要重新按“功能切换”键，将“占空比”菜单切换回“步进”菜单。

25 （2）示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形，对比方波B的占空比为20％、50％、80％等比值相差较大时“PAM输出”测试点波形及频谱的区别。
这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。 （3）示波器双踪观测“抽样信号”和“解调输出”测试点波形，对比方波B的占空比为20％、50％、80％等比值相差较大时抽样信号还原的效果。 （4）改变方波B的频率，重复上述实验步骤。

26 六、课后扩展题 回顾《信号与系统》等教材中关于“抽样定理”的阐述。 有兴趣的同学可阅读教师参考书光盘中附带的MC14066芯片数据手册，自行设计一个抽样保持电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。

27 实验三 脉冲编码调制与解调实验（PCM）

28 一、实验目的 1、掌握抽样信号的量化原理。 2、掌握脉冲编码调制的基本原理。 3、了解PCM系统中噪声的影响。

29 二、实验内容 1、对模拟信号脉冲编码调制，观测PCM编码。 2、将PCM编码解调还原。

30 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、模拟信号数字化模块 一块 3、20M双踪示波器 一台

31 四、实验原理 1、抽样信号的量化原理 模拟信号抽样后变成在时间离散的信号后，必须经过量化才成为数字信号。 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种。 把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图3-1所示。

32 图3-1 均匀量化过程示意图

33 非均匀量化的实际过程通常是将抽样值压缩后再进行均匀量化。现在广泛采用两种对数压缩，美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。本实验中PCM编码方式也是采用A压缩律。A律压扩特性是连续曲线，实际中往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本保持连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路来实现，如下图3-2所示。

34 图 折线特性

35 2、PCM原理框图 PCM原理框图如下图3-3所示。 图3-3 PCM原理框图

36 五、实验步骤 1、将信号源模块、模拟信号数字化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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

37 3、PCM编码 （1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。 （2）实验连线如下： 信号源模块 模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码） 2K正弦基波—————S－IN 2048K———————2048K－IN 64 K————————CLK－IN 8K————————FRAM－IN

38 （3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。
说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。

39 （4）以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”、“PCM-OUT”测试点波形，PCM编码能够稳定观测，每一周期正弦波对应4帧共32位PCM编码，且32位一循环，码速率为64K。
说明：可用四通道数字存储示波器三路同时观测“S-IN”、“FRAM-IN”和“PCM-OUT”信号，直观理解模拟信号“S-IN”经“FRAM-IN”抽样后编为“PCM-OUT”8位编码。 （5）改变输入模拟信号“S－IN”，重复上述实验步骤。

40 4、PCM译码 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下： 模拟信号数字化模块内连线（模块左下方PCM编解码） 2048K－IN—————— J2048K－IN PCM－OUT——————JPCM－IN CLK－IN —————— JCLK－IN FRAM－IN——————JFRAM－IN （2）示波器观测“JPCM-OUT”测试点波形，为还原的正弦波，且幅度相当。

41 六、课后扩展题 阅读教师参考书光盘中附带的TP3067芯片数据手册，特别是对“同步工作模式”和“异步工作模式”的理解。思考实验中观测每帧的第8位PCM编码，为什么有时会出现半位为0，半位为1的情况？ 有兴趣的同学可参考TP3067芯片的典型电路，自行设计一个PCM编解码电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。

42 实验四 码型变换实验

43 一、实验目的 1、了解数字基带传输的常用码型。 2、掌握BPH、CMI、AMI、HDB3四种典型传输码型的编码规则。

44 二、实验内容 1、BPH码变换与反变换。 2、CMI码变换与反变换。 3、AMI码变换与反变换。 4、HDB3码变换与反变换。

45 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、码型变换模块 一块 3、 20M双踪示波器 一台

46 四、实验原理 1、数字基带传输常用码型 在选择传输码型时，一般应考虑以下原则： （1）不含直流，且低频分量尽量少； （2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观检测； （6）编译码简单，以降低通信延时和成本。

47 2、BPH码 BPH码的全称是数字双相码，又称曼彻斯特码。它是对每个二进制代码分别用两个具有两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正负对称方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码。即， 0——>01 1——>10 eg：NRZ BPH

48 3、CMI码 CMI码的全称是传号反转码，与BPH码类似，也是一种二电平非归零码。 CMI码编码规则是：信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示， “0”码用“01”表示。 eg：NRZ CMI 或

49 4、AMI码 AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则是：将信息码的“1”（传号）交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”（空号）保持不变。 eg：NRZ AMI ＋ －1 0 或 － ＋1 0

50 5、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“V”码中间有奇数个信息“1”码时取代节为“000V”；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”。

51 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电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、信号源模块“码速率选择”拨码开关及24位 “NRZ码型选择”拨码开关任意设置。

52 4、实验连线如下： 信号源模块 码型变换模块“编码输入” NRZ———————— NRZ BS—————————BS 2BS—————————2BS

53 码型变换模块“编码输出” 码型变换模块“解码输入”
单极性码————————单极性码 位同步—————————位同步 双极性码————————双极性码

54 5、BPH码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为1000。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“单极性码”测试点。 此时，编码输出“单极性码”与“位同步”对应，编码与BPH码编码规则应相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

55 6、CMI码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0100。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“单极性码”测试点。 此时，编码输出“单极性码”与“位同步”对应，编码与CMI码编码规则应相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

56 7、AMI码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0001。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“双极性码”测试点， 此时，编码输出“双极性码”与“位同步”对应，编码与AMI码编码规则相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

57 8、HDB3码变换与反变换 （1）“码型选择”拨码开关SW01拨为0010。 （2）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与编码输出“双极性码”测试点， 此时，编码输出“双极性码”与“位同步”对应，编码与HDB3码编码规则相符。 （3）示波器双踪观测编码输入“NRZ”与解码输出“NRZ”，两者应码型一致。 此时，解码输出“NRZ”与“BS”对齐。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

58 六、课后扩展题 根据BPH码和CMI码的编码规则，在实验箱配套的CPLD二次开发模块、DSP二次开发模块的硬件平台上，编写软件程序，任选其一，完成“BPH码编解码实验”和“CMI码编解码实验”。 有兴趣的同学还可在实验箱配套的单片机二次开发模块硬件平台上，编写软件程序，完成“CMI编解码实验”。

59 实验五 2FSK调制与解调实验

60 一、实验目的 1、掌握2FSK调制的原理及实现方法。 2、掌握2FSK解调的原理及实现方法。 二、实验内容 1、采用数字键控法2FSK调制，观测2FSK调制信号的波形。 2、采用过零检测法2FSK解调。

61 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、数字调制模块 一块 3、数字解调模块 一块 4、20M双踪示波器 一台

62 四、实验原理 1、2FSK调制 2FSK（二进制频移键控，Frequency Shift Keying）信号是用载波频率的变化来传递数字信息，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化。 2FSK信号的产生方法主要有两种：一种采用模拟调频电路来实现；另一种采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元期间输出或两个载波之一。

63 图5-1是2FSK调制数字键控法原理框图。 图5-1 2FSK调制数字键控法原理框图

64 为便于实验观测，由信号源模块提供码速率为96Kbit/s的NRZ码数字基带信号和384KHz、192KHz正弦载波信号，载波1频率是数字信号码速率的整4倍关系，载波2频率是数字信号码速率的整2倍关系，即NRZ码为“1”的一个码元对应正弦载波的4个周期，NRZ码为“0”的一个码元对应正弦载波的2个周期。输出即为2FSK调制信号，如下图5-2所示。

65 图5-2 2FSK调制信号波形

66 2、2FSK解调 2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等。这里采用过零检测法，其原理框图如图5-3所示。 图5-3 2FSK解调过零检测法原理框图

67 解调过程中各测试点波形如下图5-4所示。

68 五、实验步骤 1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

69 3、信号源模块设置 （1）“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为 。 24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。 （2）调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出幅度与“192K正弦载波”输出幅度相等，为3.6V左右。 说明：当“384K正弦载波”调节至与“192K正弦载波”幅度相等时，有下图所示相位对齐关系。

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71 4、2FSK调制 （1）实验连线如下： 信号源模块 数字调制模块 NRZ ———————— NRZ输入（数字键控法调制） 384K正弦载波————载波1输入（数字键控法调制） 192K正弦载波————载波2输入（数字键控法调制） （2）数字调制模块“键控调制类型选择”拨码开关拨成1010，即选择2FSK调制方式。 （3）以数字调制模块“NRZ输入”的信号为内触发源，示波器双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”测试点波形。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2FSK调制信号波形的相应变化。

72 5、2FSK解调 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下： 数字调制模块 数字解调模块 调制输出（数字键控法调制）——调制输入（FSK解调） 信号源模块 数字解调模块 BS —————————————BS输入（FSK解调）

73 （2）示波器观测“单稳输出1”、“单稳输出2”、“过零检测”、“滤波输出”测试点波形。
（3）调节“ASK判决电压调节”旋转电位器，示波器双踪观测“滤波输出”与“判压输出”测试点波形，分析随判决电压值的不同，“判压输出”波形的变化。 （4）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块FSK解调“解调输出”测试点码型，对比2FSK解调还原的效果。 （5）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

74 六、课后扩展题 根据2FSK调制数字键控法原理框图，使用MC14066芯片自行设计一个数字键控法2FSK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。

75 实验六 2PSK调制与解调实验

76 一、实验目的 1、掌握2PSK调制的原理及实现方法。 2、掌握2PSK解调的原理及实现方法。 二、实验内容 1、分别采用数字键控法、模拟相乘法2PSK调制，观测2PSK调制信号的波形。 2、采用相干解调法2PSK解调。

77 三、实验仪器 1、信号源模块 一块 2、数字调制模块 一块 3、数字解调模块 一块 4、20M双踪示波器 一台

78 四、实验原理 1、2PSK调制 2PSK（二进制相移键控，Phase Shift Keying）信号是用载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π相位载波分别代表传“1”和传“0”。

79 2PSK信号产生的方法有两种：模拟调制法和数字调制法。

80 图6-2 2PSK调制数字键控法原理框图

81 输出即为2FSK调制信号，如下图6-3所示。 图6-3 2PSK调制信号波形

82 2、2PSK解调 2PSK信号的解调通常采用相干解调法，原理框图如下图6-4所示。 图6-4 2PSK解调相干解调法原理框图

83 解调过程中各测试点波形如下图6-5所示。 图6-5 2PSK解调各测试点波形

84 五、实验步骤 1、将信号源模块、数字调制模块、数字解调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，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

85 3、信号源模块设置 （1）“码速率选择”拨码开关设置为8分频，即拨为 。 24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。 （2）调节“384K调幅”旋转电位器，使“384K正弦载波”输出幅度为3.6V左右。

86 4、2PSK调制（数字键控法） （1）实验连线如下： 信号源模块 数字调制模块 NRZ ———————— NRZ输入（数字键控法调制） 384K正弦载波————载波1输入（数字键控法调制） （2）数字调制模块“键控调制类型选择”拨码开关拨成1001，即选择2PSK调制方式。 （3）以数字调制模块“NRZ输入”的信号为内触发源，示波器双踪观测“NRZ输入”和“调制输出”测试点波形。 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2PSK调制信号波形的相应变化。

87 5、2PSK解调 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下： 数字调制模块 数字解调模块 调制输出（数字键控法）——调制输入（PSK/DPSK解调） 信号源模块 数字解调模块 384K正弦载波——————载波输入（PSK/DPSK解调） BS —————————— BS输入（PSK/DPSK解调） （2）“解调类型选择”拨位开关拨到“PSK”一端。 （3）示波器观测“相乘输出”、“滤波输出”测试点波形。

88 （4）调节“PSK/DPSK判决电压调节”旋转电位器，示波器双踪观测“滤波输出”与“判压输出”测试点波形，分析随判决电压值的不同，“判压输出”波形的变化。
（5）示波器双踪观测信号源模块“NRZ”与数字解调模块PSK/DPSK解调“解调输出”测试点码型，对比2PSK解调还原的效果。 （6）改变信号源模块NRZ码的码型，重复上述实验步骤。

89 6、2PSK调制与解调（模拟相乘法） （1）信号源模块设置不变，拆除以上所有连线，实验重新连线如下： 信号源模块 数字调制模块 NRZ ———————— NRZ输入（模拟相乘法调制） 384K正弦载波————载波输入（模拟相乘法调制） （2）示波器双踪观测“NRZ输入”与“双极性NRZ”测试点波形。

90 （3）以“双极性NRZ”测试点信号为内触发源，示波器双踪观测“双极性NRZ”和“调制输出”测试点波形。
“调制输出”两不同起始相位的载波幅度如有不同，可通过调节“调制深度调节”旋转电位器P01，使“调制输出”信号幅度平坦。 说明：“双极性NRZ”为正电平时，“调制输出”为π相位起始的384KHz正弦载波信号；“双极性NRZ”为负电平时，“调制输出”为0相位起始的384KHz正弦载波信号。

91 （4）改变信号源模块NRZ码的码型，观察2PSK调制信号波形的相应变化。

92 六、课后扩展题 根据2PSK调制数字键控法原理框图，使用MC14066芯片自行设计一个数字键控法2PSK调制电路，搭建硬件电路，通过实验调试检验实际效果。 有兴趣的同学请思考：三个硬件电路，数字键控法2ASK调制电路、数字键控法2FSK调制电路和数字键控法2PSK调制电路，在结构形式上有无相似之处？是否能“合并同类项”？

93 实验七：频分复用实验（FDM）（选做）

94 一、实验目的 1、了解复用的概念。 2、理解频分复用的工作原理。 3、掌握频分复用的系统框图及其实现方法。 二、实验内容 1、两路不同载频的DSB调幅信号频分复用，观测频分复用前后信号波形及频谱的变化。 2、对频分复用信号先解频分复用，再分别解调幅还原。

95 三、实验仪器 1、信号源模块 块 2、模拟调制模块 块 3、模拟解调模块 块 4、复用模块 块 5、终端模块 块 6、数字双踪示波器 （具有FFT功能） 台 7、带话筒立体声耳机 副

96 四、实验原理 当一条物理信道的传输能力高于一路信号的需求时，通常该信道都被多路信号共享，信号多路共享有两种常用的方法：频分复用（FDM）和时分复用（TDM）。 频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式，主要用于模拟信号的多路传输，也可用于数字信号。在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据其中一个子通道，各路信号互不重叠。在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。 频分复用系统的实验框图如下图7-1所示。

97 图7-1 频分复用系统实验框图

98 五、实验步骤 1、将信号源模块、模拟调制模块、模拟解调模块、复用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，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，五个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、频分复用 （1）信号源模块提供1K正弦基波、2K正弦基波和192K正弦载波、384K正弦载波，正弦基波的峰峰值约1V左右，正弦载波的峰峰值约3.6V左右。

99 （2）实验连线如下： 信号源模块 模拟调制模块“相乘调幅1” 1K正弦基波—————————— 基波输入 192K正弦载波————————— 载波输入 信号源模块 模拟调制模块“相乘调幅2” 2K正弦基波—————————— 基波输入 384K正弦载波————————— 载波输入 模拟调制模块 复用模块 调幅输出（相乘调幅1）——————— 调制1 调幅输出（相乘调幅2）——————— 调制2

100 （3）参照DSB调幅实验的步骤，分别调节“调制深度调节”旋转电位器，使调幅输出两路DSB信号。
（4）观测复用模块频分复用“输出”测试点，对比频分复用前后信号波形及频谱的变化。 这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。

101 4、频分解复用 （1）实验连线如下： 复用模块“频分复用” 复用模块“频分解复用” 输出 —————————— 输入 （2）观测频分解复用“输出1”、“输出2”波形及频谱，并与频分复用前的两路DSB信号的波形及频谱进行对比。 （3）实验再连线如下： 复用模块 模拟解调模块1“相干解调法” 输出1——————————调幅输入 信号源模块 模拟解调模块1“相干解调法 192K载波————————载波输入

102 （4）分别观测模拟解调模块1“相乘输出”与“解调输出”测试点波形，并对比原1K正弦基波还原的效果。
（5）同理，重复以上实验步骤（3）、（4），将频分解复用“输出2”引入模拟解调模块2，与信号源模块384K正弦相干解调，并对比原2K正弦基波还原的效果。

103 5、模拟语音信号频分复用 用信号源模块模拟语音信源输出的“T－OUT”话音信号和终端模块模拟终端输出的“T－OUT”话音信号代替信号源模块的两路正弦基波，分别与信号源模块192K、384K正弦载波相乘调幅并频分复用，接收端将频分解复用再解调幅还原的模拟信号分别送回信号源模块模拟语音信源“R－IN”测试点和终端模块模拟终端“R－IN”测试点，耳机接收对方话筒语音信号，完成通信双方模拟语音信号频分复用的整个过程。

104 六、课后扩展题 回顾《模拟电子技术基础》等教材中关于移相电路设计的相关内容。 有兴趣的同学可参照相移法SSB调幅实验框图和频分复用系统实验框图，自行设计1K正弦基波和192K正弦载波的90度移相电路，搭建硬件电路，在原有模拟调制、模拟解调、复用等模块的基础上，实现两路不同载频的SSB调幅信号频分复用及解复用的整个过程。

105 实验八：时分复用实验（TDM）（选做）

106 一、实验目的 1、了解时分复用的基本概念。 2、掌握时分复用与解复用的原理框图。 3、掌握时分复用信号的结构。 二、实验内容 1、双路模拟信号分别PCM编码、再时分复用，观测时分复用信号。 2、对时分复用信号进行时分解复用，再分别PCM译码还原。

107 三、实验仪器 1、信号源模块 块 2、模拟信号数字化模块 块 3、复用模块 块 4、终端模块 块 5、20M双踪示波器 台 6、带话筒立体声耳机 副

108 四、实验原理 1、时分复用的基本概念 时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。而这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用的概念。

109 2、时分复用原理框图 时分复用原理框图如下图8-1所示。 图8-1 时分复用原理框图

110 本实验的位同步信号频率设定为输入位时钟64K的四倍，即256K。时分复用输出一帧32位，故帧同步信号的频率为位同步信号的1/32，即8K。时分复用输出信号的结构见下图8-2所示。
图8-2 时分复用输出信号的结构

111 3、时分解复用原理框图 时分解复用原理框图如下图8-3所示。 图8-3 时分解复用原理框图

112 3，按照解复用输出的帧同步信号，每帧8位串行输出。
时分解复用输出的位同步信号频率恢复为原复用输入的位时钟64K。 时分解复用输出的帧同步信号频率恢复为原复用输入的帧时钟8K。 解复用输出的数据连同解复用输出的位同步、帧同步一起，再送入模拟信号数字化模块中，PCM译码还原即可。

113 五、实验步骤 1、将信号源模块、两块模拟信号数字化模块、复用模块、终端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，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，五个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

114 3、时分复用 （1）这里以信号源模块提供“1K正弦基波”和“2K正弦基波”为例，将“2K正弦基波”的幅度调节至3V左右。 （2）实验连线如下： 信号源模块 模拟信号数字化模块一 2048K—————————2048K－IN 2048K—————————J2048K－IN 64K——————————CLK－IN 8K——————————FRAM－IN 2K正弦基波—————— S－IN

115 信号源模块 模拟信号数字化模块二 2048K—————————2048K－IN 2048K—————————J2048K－IN 64K——————————CLK－IN 8K——————————FRAM－IN 1K正弦基波—————— S－IN

116 信号源模块 复用模块 2048K—————————2048K 64K——————————位同步（时分复用输入） 8K——————————帧同步（时分复用输入） 模拟信号数字化模块一 复用模块 PCM－OUT——————— 数据1（时分复用输入） 模拟信号数字化模块二 复用模块 PCM－OUT——————— 数据2（时分复用输入）

117 （3）复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01任意设置。
（4）示波器观测两块模拟信号数字化模块PCM编码。 （5）以时分复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分复用输出“帧同步”、“数据”测试点，验证“数据”是否符合时分复用输出信号的结构。 此时，时分复用输出“位同步”为256K方波信号。 （6）改变信号源模块“2K正弦基波”的幅度，改变复用模块“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关SW01设置，重复上述实验步骤。

118 4、时分解复用 （1）以上模块设置和连线均不变，增加连线如下： 复用模块内连线 数据（时分复用输出）———数据（时分解复用输入） 位同步（时分复用输出）——位同步（时分解复用输入） 帧同步（时分复用输出）——帧同步（时分解复用输入） 复用模块 模拟信号数字化模块二 数据1（时分解复用输出）——— JPCM－IN 位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN 帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN

119 复用模块 模拟信号数字化模块一 数据2（时分解复用输出）——— JPCM－IN 位同步（时分解复用输出）———JCLK－IN 帧同步（时分解复用输出）———JFRAM－IN （2）以时分解复用输出“帧同步”信号为内触发源，示波器双踪观测时分解复用输出“帧同步”、“数据3”测试点，“数据3”码型应与“第三路复用数据码型拨码设置”拨码开关码型设置一致。 若“帧同步”信号对应的不是“数据3”的第一位拨码，尝试按“复位”键。

120 （3）示波器对比观测复用模块时分复用输入“数据1”、“数据2”及时分解复用输出“数据1”、“数据2”测试点，对应的两者码型应一致。
（4）示波器双踪观测模拟信号数字化模块一“S-IN”与模拟信号数字化模块二“JPCM-OUT”测试点，对比“2K正弦基波”还原的效果。 （5）示波器双踪观测模拟信号数字化模块二“S-IN”与模拟信号数字化模块一“JPCM-OUT”测试点，对比“1K正弦基波”还原的效果。

121 5、双路模拟语音信号的时分复用 将两副带话筒立体声耳机分别插入信号源模块、终端模块对应的音频插座中。原信号源模块“2K正弦基波”、“1K正弦基波”改为由信号源模块模拟语音信源和终端模块模拟终端提供的模拟信号，即“T-OUT”输出话音信号。双路语音信号经PCM编码、时分复用、时分解复用并交换、PCM译码后，还原的模拟语音分别送入信号源模块模拟语音信源和终端模块模拟终端“R-IN”测试点，双方耳机接收对方话筒语音信号，完成双路模拟语音信号时分复用的整个过程。

122 六、课后扩展题 参照实验原理中时分复用原理框图和时分解复用原理框图，有兴趣的同学可尝试搭建硬件电路，或在实验箱配套的CPLD二次开发模块硬件平台上，编写软件程序，实现一个简易的两路数字信号时分复用和解复用加组帧、拆帧的过程。

123 谢 谢 大 家！ 123