試驗一：抽樣定理試驗

一、試驗目的

I、熟悉TKCS-AS型通信系統原理試驗裝置；

2、熟悉用示波器觀測信號波形、測量頻率與幅度；

3、驗證抽樣定理；

二、試驗預習規定

1、復習《通信系統原理》中有關抽樣定理口勺內容；

2、閱讀本試驗的內容，熟悉試驗的環節；

三、試驗原理和電路闡明

1、概述

在通信技術中為了獲取最大的經濟效益，就必須充足運用信道的傳播能力，擴大通信容量。因此，采用多路

化制式是極為重要B勺通信手段。最常用的多路復用體制是頻分多路復用(FDM)通信系統和時分多路復用(TDM)通

信系統。頻分多路技術是運用不同樣頻率的正弦載波對基帶信號進行調制，把各路基帶信號頻譜搬移到不同樣的

頻段上，在同??信道上傳播。而時分多路系統中則是運用不同樣步序的I脈沖對基帶信號進行抽樣，肥抽樣后的脈

沖信號準時序排列起來，在同一信道中傳播。

運用抽樣脈沖把?種持續信號變為離散時間樣值日勺過程稱為“抽樣”，抽樣后的信號稱為脈沖調幅(PAM)信

號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的所有信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復出原

信號。

抽樣定理在通信系統、信息傳播理論方面占有十分重要的地位。數字通信系統是以此定理作為理論基礎的。

在工作設備中，抽樣過程是模擬信號數字化日勺第?步。抽樣性能的優劣關系到整個系統的性能指標。

作為例子，圖1-1示意地畫出了傳播?路語音信號的PCM系統。從圖中可以看出要實現對語音的PCM編

碼，首先就要對語音信號進行抽樣，然后才能進行量化和編碼。因此，抽樣過程是語音信號數字化II勺重要環節，

也是一切模擬信號數字化口勺重要環節。

PAMPAM

_LTLIIIIIIJLJL

語音語音

信號信號

圖1-1單路PCM系統示意圖

為了讓試驗者形象地觀測抽樣過程，加深對抽樣定理的理解，本試驗提供了一種經典的抽樣電路。除此，

本試驗還模擬了兩路PAM通信系統，從而協助試驗者初步理解時分多路時通信方式。

2、抽樣定理

抽樣定理指出，一種頻帶受限信號m⑴假如它的I最高頻率為仙（即m⑴B勺頻譜中沒有加以上時分量），可以唯

一地由頻率等于或不不大于2后口勺樣值序列所決定。因此，對于一種最高頻率為3400Hz的語音信號m⑴，可以

用頻率不不大于或等于6800HzH勺樣值序列來體現。抽樣頻率fs和語音信號m⑴的頻譜如圖1-2和圖1-3所示。

由頻譜可知，用截止頻率為m的J理想低通濾波器可以無失真地恢復:原始信號nMt）,這就闡明了抽樣定理的

對口勺性。

實際上，考慮到低通濾波器特性不也許理想，對最高頻率為3400Hz日勺語音信號，一般采用8KHz抽樣頻率,

這樣可以留出1200Hz的防衛帶，見圖14假如fs<2fH，就會出現頻譜混迭的現象，如圖1-5所示。

在驗證抽樣定理H勺試驗中，我們用單一頻率排的正弦波來替代實際的語音信號，采用原則抽樣頻率fs=8KHz,

變化音頻信號的J頻率排，分別觀測不同樣頻率時，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號，體會抽樣定理口勺對的性。

圖1-2語音信號R勺頻譜圖1-3語音信號H勺抽樣頻譜和抽樣信號H勺頻譜

驗證抽樣定理日勺試驗方框如圖1-6所示。在試驗中，連接(TP8)和(TPI4),就構成了抽樣定理試驗電路。

圖1-6抽樣定理試驗框圖

抽樣電路采用場效應晶體管開關電路。抽樣門在抽樣脈沖日勺控制下以每秒八千次日勺速度開關。T1為結型場

效應晶體管，T2為驅動三極管。當抽樣脈沖沒來時，驅動三極管處在截止狀態，-5V電壓加在場效應晶體管柵

極G,只要G極電位負于源極S日勺電位，并且|UGS|>|UP|,則場效應晶體管處在夾斷狀態，輸出信號為“0”。抽

樣脈沖來時，驅動三極管導通，發射極+5V電壓加到驅動二極管，使之反向偏置,從截止到導通內跳變電壓經跨

接在二極管兩端的I電容加到場效應晶體管日勺G極。使柵極、源極之間日勺電壓迅速抵達場效應晶體管導通的數值,

并一直抵達使源極電壓等于漏極上R勺模擬電壓。這樣，抽樣脈沖期間模擬電壓經場效應晶體管開關加到負載上。

由于抽樣電路的負載是一種電阻，因此抽樣的I輸出端能得到一串脈沖信號。此脈沖信號的J幅度與抽樣時輸入信號

口勺瞬時值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的J寬度相似。這樣，脈沖信號就是脈沖調幅信號。當抽樣脈沖寬度遠

不不不大于抽樣周期時，電路輸出的成果靠近于理想抽樣序列。由圖1-6可知，用一低通濾波器即可實現模擬

信號時恢復。為便于觀測，解調電路由射隨、低通濾波器和放大器構成，低通濾波器的截止頻率為3400Hz。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內容與環節

(一)、準備工作

1、觀測本試驗電路部分及所需直流電壓;

1、打開低頻函數發生器電源，用示波器觀測輸出端，調整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；

2、正弦波信號從信號輸入端(TP4)輸入；

3、連接(TP2)—(TP6)；

4、以(TP4)作比較信號，觀測抽樣后形成的PAM信號(TP8),調整示波器觸發同步，使波形在示波

器上穩定，計算一種周期內的抽樣次數，查對信號頻率與抽樣頻率的關系；

V

幅度：V

t

C"周期：S

頻率：Hz

抽樣后形成的PAM信號CTP8)

5、變化信號頻率f；計算一種周期內的抽樣次數，填入下表：

f(Hz)3005001000202330005000

抽樣次數||||||一

6、連接(TP2)—(TP6)；(TP8)—(TP14)在(TP15)觀測經低通濾波器和放大器的解調信號，測

曷其頻率確定和輸入信號的關系，驗證抽樣定理。

V

幅度：V

?周期：s

解調信號(TP15)

六、試驗匯報

1、整幀試驗數據，畫出對應的曲線和波形。

2、抽樣定理的內容和公式？

3、試驗心得與體會。

試驗二：脈沖調幅(PAM)試驗

一、試驗目的1

1、觀測理解PAM信號II勺形成過程；

2、理解PAM的平頂展寬解調過程；

3、低通濾波器在解調中U勺作用；

二、試驗預習規定

1、復習《通信系統原理》中有關PAM的內容；

2、復習模擬通信系統和基帶傳播的有關章節；

3、閱讀本試驗的內容，熟悉試驗的環節；

三、試驗原理

1、多路脈沖調幅(PAM信號的形成和解調)

多路脈沖調幅的試驗框圖如圖2—7所示。在試驗中，連接(TP8)和(TP11)、(TP13)和(TP14)就構成了

多路脈沖調幅試驗電路。

圖2-7多路脈沖調幅試驗框圖

分路抽樣電路的作用是：將在時間上持續的語音信號經脈沖抽樣形成時間上離散的脈沖調幅信號。n路抽樣

脈沖在時間上是互不交又、次序排列的。各路的抽樣信號在多路匯接時公共負載上相加便形成合路H勺脈沖調幅信

號。本試驗設置了兩路分路抽樣電路。

多路脈沖調幅信號進入接受端后，由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路PAM信號，發送端分路抽

樣與接受端分路選通是一一對應的，這是依托它們所使用的定期脈沖H勺對應關系決定H勺。為簡化求驗系統，本試

驗的分路選通脈沖直接運用該路的分路抽樣脈沖經合適延遲獲得。援受端的選通電路也采用結型場效應晶體管作

為開關元件，但輸出負載不是電阻而是電容。采用這種類似于平頂抽樣的電路是為了處理PAM解調信號的幅度

問題。由于時分多路II勺需要，分路脈沖H勺寬度T是很窄的。當占空比為TS/TS的脈沖通過話路低通濾波器后，

低通濾波器輸出信號的幅度很小。這樣大的衰減帶來的后果是嚴重的。不過，在分路選通后加入保持電容，可使

分路后"勺PAM信號展覽到100%的占空比，從而處理信號幅度衰減過大的問題。但我們懂得平頂抽樣將引起固

有U勺頻率失真。

PAM信號在時間上是離散的，但在幅度上卻是持續的。而在PCM系統里，PAM信號只有在被量化和編碼

后才有傳播的也許。本試驗僅提供一種PAM系統的簡樸模式。

2、多路脈沖調幅系統中的路際串話

路際串話是衡量多路系統的重要指標之一。路際串話是指在同一時分多路系統中，某一路或某幾路的通話信

號串擾到其他話路上去，這樣就產生了同一端機中的各路通話之間U勺串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者

導致失密或影響正常通話：后者等于噪聲干擾。對路際串話必須設法防止。一種實用H勺通話系統必須滿足對路際

串話規定的指標。

在一種理想的傳播系統中，各路PAM信號應是嚴格地限制在本路時隙中的矩形脈沖。但假如傳播PAM信

號H勺通道頻帶是有限的，則PAM信號就會出現“拖尾”的現象，當“拖尾”嚴重，以至侵入鄰路隙時?，就產生

了路際串話。

在考慮通道頻帶高頻端時，可將整個通道簡化為圖2-8所示H勺低通網絡，它的上截止頻率為：

fi=l/(2JiR,Ci)

圖2-8通道的低通等效網絡

為了分析以便，設第一路有幅度為V的PAM脈沖，而其他路沒有。當矩形脈沖通過圖2-8(a)所示的低通網

絡，輸出波形如圖2-8(b)所示。脈沖終了時，波形按RC時間常數指數下降。這樣，就有了第一路脈沖在第二

路時隙上的殘存電壓一一串話電壓△U,這種由于信道的高頻響應不夠引起的路際串話就叫做高頻串話。

當考慮通道頻帶U勺低頻端時，可將通道簡化為圖2-9所示II勺高通網絡。它II勺下截止頻率為：

f2=l/(2JiR2c2)

日于R2c2?T因此當脈沖通過圖2-9（a）所示的高通網絡后，輸制波

形如圖2-9（b）所示。長長的“拖尾”影響到相隔很遠的時隙。若計算某一話路上的串話電壓，則需要計算前n路

對這一路分別產生的串話電壓，積累起來才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應不夠而引起II勺路際串話就

叫做低頻串話。處理低頻串話是一項很困難U勺工作。

n平

匕I集明

(a)（b）

圖2-9通道口勺高頻等效電路

四、試驗儀器

雙蹤同步小波器

五、試驗內容與環節

1、打開低頻函數發生器電源，用示波器觀測輸出端，調整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；

2、正弦波信號從信號輸入端（TP4）輸入:

3、連接(TP2)—(TP6)、(TP8)一(TPU)、(TP13)一(TP14)、(TP3)一(TP12)；

4、在（TP13）觀測選通后的單路解調展寬信號，用示波器讀出T的寬度（單位為us）；T

（US）；

單路解調展寬信號（TP13）

5、變化信號頻率f,在（TP15）觀測經低通濾波器放大后口勺音頻信號，測量整個系統的頻率特性

幅度：V

_________________t

<一周期：S

頻率：Hz

單路解調展寬信號（TP13）

測量整個系統H勺頻率特性，測試數據填入下表：

f(Hz)3005001000202330005000

TP15(Vp-p)

六、試驗匯報

1、整頓試驗數據，畫出對應的曲線和波形；

2、回答：PAM信號是怎樣形成“勺？

3、試驗心得與體會。

試驗三：脈沖編碼調制（PCM）試驗

一、試驗目的

1、理解語音信號編譯碼H勺工作原理；

2、驗證PCM編碼原理：

3、初步理解PCM專用集成電路的）工作原理和應用；

4、理解語音信號數字化技術的重要指標及測試措施；

二、試驗預習規定

1、復習《通信系統原理》中有關編譯碼和PCM通信系統日勺內容；

2、閱讀本試驗的內容，熟悉試驗的環節；

三、試驗原理

1、概述

圖3-1PCM數字終端機的構造示意圖

脈沖編碼(PCM)技術已經在數字通信系統中得到了廣泛的應用。十數年來，由于超大規模集成技術的I發展,

PCM通信設備在縮小體積、減輕重量、減少功耗、簡化調試以及以便維護等方面均有了明顯的改善。目前，數

字終端機H勺關犍部件、如編譯碼器(Codec)和話路濾波器等都實現了集成化。本試驗是以這些產品編排H勺PCM

編譯碼系統試驗，以期讓試驗者理解通信專用大規模集成電路在通信系統中應用的I新技術。

PCM數字終端機的)構成原理如圖3-1所示。試驗只包括虛線框內的部分，故名PCM編譯碼試驗。

2、試驗原理和電路

PCM編譯碼系統由定期部分和PCM編譯碼器構成。

(一)、PCM編譯碼原理

為適應語音信號H勺動態范圍，實用口勺PCM編譯碼必須是非線性H勺。目前，國際上采用時均是折線近似的對

數壓擴特性。CCITTo的提議規定以13段折線近似的A律(A=87.56)和15段折線近似日勺口律(H=255)作為國際原

則。A律和u律時量化特性初始段如圖3-2(a)和圖3-2(b)所示。

圖3-2量化特性

這種折線近似壓擴特性的)特點是：各段落間量階關系都是2II勺倍數，在段落內為均勻分層量化，即等間隔

16個分層。這些對于用數字電路實現非線性編碼與譯碼是極為以便的J。

(二)、PCM編譯碼器簡介

本試驗PCM編譯碼器采用了TP3067專用大規模集成電路，它是CMOS工藝制造歐J單片PCMA/u律編

譯碼器，并且片內帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067口勺管腳如圖3-3所示。

TP3067的管腳定義簡述如下：

(1)VPO+接受功放日勺同向輸出。

(2)GNDA模擬地。所有信號以這個引腳為參照點。

(3)VP0-接受功放的反向輸出。

(4)VPI將輸入轉換到接受功放。

(5)VFR0接受濾波器的模擬輸出。

二VBB

2VFXH

二

VFXI-

I9

ISCSX

二

I7ANLB

I6

I5TSX

I4二

I3rex

IZ

II二DX

BCLXX

MCLKX

圖3-3TP3067I內管腳圖

(6)VCC正電源引腳。VCC：+5V±5%

(7)FSR接受部分的8KHz幀同步時隙信號。

(8)DRPCM碼流解碼輸入。

(9)BCLKR/CLKSET接受數據(DR)時鐘，在固定速率工作模式下為2048K。FSR的上升沿，可以從

64KHz變化到2.048MHz。邏輯輸入可以交替地選擇在同步模式下提供應主時鐘H勺1.536MHz/1.554MHz或

2.048MHz,BCLKX用于傳播和接受。

(10)MCLKR/PDN接受主時鐘。1.544MHz或2.048MHz。可以與MCLK同步，但最佳是在最

佳性能時與MCLKX同步。在MCLKR持續低時，所有內部定期選擇MCLKX。在MCLKR持續高時，器件

處在低功耗狀態。

(II)MCLKX傳播主時鐘必須是1.536MHz,1.544MHz或2.048MHz可以與MCLKR同步。

(⑵BCLKX傳播數據(DX)位時鐘，固定速率工作模式下為2048K可以從64KHz變化至U2.048?MHz,

但必須與MCLKX同步。

(13)DX編碼數據輸出，通過FSX使能。

(14)FSX發送部分的8KHz幀同步時隙信號，

(15)TSX編碼時的消耗輸出.

(16)ANLB控制輸入日勺模擬回路。操作時必須置邏輯“0”。

(17)GSX傳播輸入放大器的模擬輸出，用于內部設置增益。

(18)VFXI-傳播輸入放大器的反向輸入。

(19)VFXI+傳播輸入放大器的同向輸入。

(20)VBB負電源引腳。VBB=-5V±5%O

(三)、定期部分

TP3067編譯碼器所需的定期脈沖均由定期部分提供。這里只需要主時鐘2048KHZ和幀定期8KHz信號。

為了簡化試驗內容，木試驗系統”勺編譯碼部分公用一種定期源以保證發收時隙的同步。在實際口勺PCM

數字設備中，確有一種同步系統來保證發收同步的。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內容與環節

1、用示波器在(TP1)觀測主振波形、在(TP2)、(TP3)和(TP4)觀測波形，記錄它們的頻率和幅

V

V

2、打開低頻函數發生器電源，用示波器觀測輸出端，調整頻率和幅度電位器，輸出正弦波f=lKHz、

Vp-p=2V；TP3：

幅度:V

TP4：

幅度：V

(TP3)和(TP4)

3、正弦波信號從信號輸入瑞(TP5)輸入；

4、觀測(TP6)PCM編碼輸出口勺碼流，畫出其波形；

5、連接(TP6)-(TP7)觀測經譯碼和接受低通濾波器恢復出時同相輸出音頻信號(TP8)和反相輸

出H勺音頻信號(TP8'),記錄各點的波形頻率和幅度；

V

幅度：V

°------------------J周期：s

頻率：Hz

PCM編碼輸出(TP6)

6、測試系統口勺頻率特性：變化信號頻率f,在(TP8)觀測經低通濾波器后H勺音頻信號，測量整個系

統H勺頻率特性；

幅度：V

°------------------J周期：s

頻率：Hz

7、測試系統時,HE妗山頻率f,在(TP8)觀測經低通漉波器后的音頻信號，測量整個系統的頻率

特性，測試數據填入下表:

f(Hz)3005001000202330005000

TP8(Vp-p)

六、試驗匯報

1、整頓試驗數據，畫出對應的曲線和波形;

2、PCM編譯系統由那些部分構成？各部分的作用是什么？

3、試驗心得與體會。

試驗四：移相鍵控（PSK）試驗

一、試驗目的

1、理解M序列的性能，掌握其實現措施及其作用；

2、理解2PSK系統H勺構成給證，其調制解調原理；

3、學習集成電路壓控振蕩器在系統中的應用；

4、學習2PSK系統重要性能指標的測試措施；

二、試驗預習規定

1、復習《通信系統原理》中有關PSK調制解調的）內容；

2、閱讀本試驗的內容，熟悉試驗的環節；

3、理解有關技術指標歐J測量措施；

三、試驗原理

（一）概述

數字通信系統的模型可以用圖5-1體現，虛線框內口勺部分稱為數字調制和解調部分，以完畢數字基帶信號

到數字頻帶信號之間日勺變換。

圖5-1數字通信系統模型

與模擬通信系統相比，數字調制和解調同樣是通過某種方式，將基帶信號曰勺頻譜由一種頻率位置搬移到另一

種頻率位置上去。不同樣的是，數字調制的基帶信號不是模擬信號而是數字信號。

在大多數狀況下，數字調制是運用數字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進行鍵控，便

可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數字調制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜運用率等方面，以相干PSK的

性能最佳，目前已在中、高速傳播數據時得到廣泛應用。

近年來，在數字微波通信中深入提高頻譜運用率的課題已獲得重要進展。除2PSK外，已派生出多種調制形

式，如四相移相鍵控(QPSK)、八相移相鍵控(8PSK)、正交部分響應(QPRS)、十六狀態正交電幅(16QAM)以及

64QAM、256QAM等，這些都是高效率的調制手段。

為了模擬實際數字調制系統，本試驗的調制和解調基本上由數字電路構成。數字電路具有變喚速度快、解調

測試以便等長處。為了試驗過程中觀測以便，試驗系統的載波選為5MHz。

(二)調制

2PSK系統的調制部分框圖如圖5-2所示，下面分幾部分闡明。

圖5-22PSK調制部分用圖

1、M序列發生器

實際的數字基帶信號是隨機的，為了試驗和測試以便，一般都是用M序列發生器產生一種偽隨機序列來充

當數字基帶信號源。按照本原多項式f(x)=X$+X3+1構成日勺五級線性移位寄存器，就可得到31位碼長的M

序列。碼元定期與載波日勺關系可以是同步的I，以便清嘶觀測碼元變化時對應調制載波的對應變化：也可以是異步

H勺，日于實際的系統都是異步的，碼元速率約為IMbt/S。

2、相對移相和絕對移相

移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調載波H勺相位作為基準的相位調制叫做絕對移相。以二進制

調相為例，取碼元為“1”時，調制后載波與未調載波同相；取碼元為“0”時，調制后載波與未調載波反相；“1”

和“0”時調制后載波相位差180°。絕對移相日勺波形如圖5-3所示。

理帶-------------------

信號------------------------------------>t

回)A碼元10W00

-Iwwvwwz

溫-八k/www-

圖5-3絕對移相口勺波形示意圖

在同步解調的PSK系統中，由于收端載波恢復存在相位模糊的問題，即恢復的載波也許與未調載波同相，

也也許反相,以至使解調后的信碼出現也也“1”倒置,發送為“1”碼,解調后得到“0”碼；發送為也”碼,

解調后得到“1”碼。這是我們所不僅愿的J,為了克服這種現象，人們提出了相對移相方式。

相對移相的調制規律是：每一種碼元的載波相位不是以固定的未調載波相位作基準H勺，而是以相鄰的前一種

碼元時載波相位來確定其相位的取值。例如，當某一碼元取“I”時，它的載波相位與前一碼元內載波同相：碼

元取“0”時，它的載波相位與前一媽元即J載波反相。相對移相的波形如圖5-4所示。

u⑴A

基帶——------------

信號------------------------------------->t

別A碼元101100

器fwv贏2

圖5?4相對移相日勺波形示意圖

一般狀況下，相對移相可通過對信碼進行變換和絕對移相來實現，將信碼通過差分編碼變換成新的碼組一一

相對碼，再運用相對碼對載波進行絕對移相，使輸出的已調載波相位滿足相對移相的相位關系。

設絕對碼為｛南｝,相對碼為｛0｝,則二相編碼的邏輯關系為：

bi=ai-bi-i(1)

差分編碼的功能可由一種模二和電路和一級移位寄存器構成。

調相電路可由模擬相乘器實現，也可由數字電路實現。試驗中的調相電路是由數字選擇器(74LS153)完畢。

當2腳和14腳同步為高電平時，7腳輸出與3腳輸入區10相載波相似；當2腳和14腳同步為低電平時，7腳輸

出與6腳輸入的n相載波相似。這樣就完畢了差分信碼對載波“勺相位調制。圖5-5示出了一種數字序列的相對移

相H勺過程。

對應于差分編碼，在解調部分有差分譯碼。差分譯碼H勺邏輯為:

Ci=bi+bi-i(1)

將⑴式代入⑵式,得

Ci=a,-bi-1+bi-i

Vbi-i-bi-)=0

a=ai+0=aj

這樣，經差分譯碼后就恢復了原始的信碼序列。

圖5-5絕對碼實現相對移相的過程

3、數字調相器的重要指標

在設計與調整一種數字調相器時，重要考慮日勺性能指標是調相誤差和寄生調幅。

(I)調相誤差

由于電路不理想，往往引進附加的相移，使調相器輸出信號的載波相位取值為00及180+△中，我們把這個

偏離時相角△①稱為調相誤差。調和器日勺調相誤差相稱于損失了有用信號的I能量。

(2)寄生調幅

理想的二相相位調制器，當數碼取“0”或“1”時，具輸出信號的幅度做保持不變，即只右相位調制而沒

有附加幅度調制。但由于調制器的特性不均勻及脈沖高卜.電平日勺影響，使得“0”碼和“1”碼的)輸出信號幅度不

等。設“0”碼和“1”碼所對應的輸出信號幅度分別為U°m或UM，則寄生調幅為：

m=(Uom-Uim)/(Uom+Uim)X100%(3)

(三)解調

2PSK系統的解調部分框圖如圖5-6所示。

圖5-62PSK解調部分框圖

1、同相正交環

絕大多數二相PSK信號采用對稱的移相鍵控，因而在碼元1、0等條件下都是克制載波的，即在調制信號的

頻譜中不含載波頻譜，這樣就無法用窄帶濾波器從調制信號中直接提取參攝影位教波。對PSK而言，只要用某

種非線性處理II勺措施去掉相位調制，就能產生與載波有一定關系的分量,恢復出同步解調所需要的參攝影位載波,

實現對克制載波的跟蹤。

從PSK信號中提取載波的常用措施是采用載波跟蹤鎖相環，如平方環、同相正交環、逆調制環和判決反饋

環等。這幾種鎖相環的性能特點列于表4-1中。

不試驗采用同相正交環，同相正交環又叫科斯塔斯(Cosatas)環。原理框圖如圖5-8所示。在這種環路里，誤

差信號是由兩個鑒相器提供的。壓控振蕩器(VCO)給出兩路互相正交的載波到鑒相器，輸入的2PSK信號經鑒相

后再日低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，得到基帶信號Udi,、Ud2,這時的基帶信號包括著碼元信號，

無法對壓控振蕩相(VCO)進行控制。將Udi和Ud2通過基帶模擬器而乘，就可以去掉碼元信息，得到反應VCO輸

出信號與輸入載波間相位差的控制電壓。

表4-1幾種鎖相環H勺性能特點

特性、鎖相環平方環同相正交環逆調制環判決反饋環

環路工作頻率f=2fof=fof=fof=fo

等效鑒相特性正弦正弦近似距形近似距形

解調能力無有有有

鑒相器工需用基帶模擬需用二次調制需用基帶模擬

電路復:雜程度

作頻率高相乘器器調制器

圖5-8同相正交環原理框圖

2、集成電路壓控振蕩器(IC-VCO)

壓控振蕩器(VCO)是鎖相環的關鍵部件，它的頻率調整和壓控敏捷度決定于鎖相環的跟蹤性能。

試驗電路采用一種集成電路的壓控振蕩器74S124o集成片配以簡樸的外部元件并加以合適調整，即可得到

令人滿意的成果。如圖5-9所示。

弟成芯片的每一種振蕩器均有兩個電壓控制端，Vr用于控制頻率范圍(14腳)，Vf用于控制頻率范圍調整(1

腳)。外接電容器Cext用于選擇振蕩器H勺中心頻率。當Vr和Vf取值合適，振蕩器工作正常時，振蕩器頻率fo與

Cexl內關系近似為:

4

f0=5X10-/Cext(4)

fo與CextH勺關系曲線如圖5-與所示。

TVIL

bVrHH*冊

1忤IT1T

1?Itl?19IfIBW?

74LS124

I

圖5-9IC-VCO的使用實例圖5-10頻率fo與Ccxt日勺關系曲線

當固定Cext時，Vr與Vf有確定的函數關系。以Vr=Vf=2V時H勺輸出頻率歸為歸一化頻率單位，由試驗數

據可面出以Vr為參變量時歸一化頻率力與Vr的變化曲線如圖5-11所示。

圖5-11fn隨Vf的變化曲線

由圖5-11II勺曲線可以看出，隨\T的增大，VCOII勺壓控敏捷度和線性范圍都在增大。選用合適的Vr值和Cext

值，將誤差電壓經線性變換后充當控制電壓Vr,這樣就可實現由誤差電壓控制VCO。當f°=10MHz時，一組經

典的試驗數據為：

Cext=27.5pF,Vr=3.76V

這時Vr在2.8V左右移動。

四、試驗儀器

雙蹤同步示波器

五、試驗內容與環節

1、M序列發生器

觀測偽隨機碼M序列(TP2絕對碼炳波形：畫出M序列的波形并以(TP1)為時鐘信號寫出它的碼流(至

少32位二進制碼)；驗證M序列的重要性質；如:

2、觀測并記錄相對碼(TP3)的波形:畫出(TP3)日勺波形并以(TP1)為時鐘信號寫出它的I碼流(至少

32位二進制碼);

3、數字調相電路

以(TP3)為同步信號，觀測并記錄載波信號(TP5)H勺波形;

幅度：V

周期：s

載波信號(TP5)

4、以（TP3）為同步信號，觀測并記錄數字調相信號（TP6）的波形。

“4、用TP2（相對碼）作對比，觀測解調輸出（TP13）的波形。

六、試驗匯報

1、整頓試驗數據，畫出對應的曲線和波形；

2、2PSK系統由那些部分構成？各部分II勺作用是什么？

3、設給定一碼組（絕對碼），畫出對其進行2PSKU勺調制和解調的波形；

4、試驗心得與體會。

試驗五：HDB3碼型變換試驗

一、試驗目的

1、理解二進制單極性碼變換為HDB3碼日勺編碼規則：

2、掌握HDB3碼的工作原理和實現措施；

二、試驗預習規定

1、復習《通信系統原理》中數字信號的基帶傳播和信道編碼原理中的內容;

2、閱讀本試驗的內容，熟悉試驗的環節；

三、試驗原理

在數字通信系統中，有時不通過數字基帶信號與信道信號之間日勺變換，只由終端設備進行信息與數字基帶信

號之間日勺變換，然后直接傳播數字基帶信號。數字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳播中常常采用AMI碼（符

號交替反轉碼）和HDB3碼（三階高密度雙極性碼）。

1、傳播碼型

在數字復用設備中，內部電路多為一端接地，輸出口勺信碼一般是單極性不歸零信碼。當這種碼在電纜.上長距

離傳播時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地（即對地是平衡的），這里就要選用?種適合線路上

傳播的碼型，一般有如下幾點考慮：

（I）在選用的碼型II勺頻譜中應當沒有直流分量，低頻分量也應盡量少。這是由于終端機輸出電路或再生中

繼器都是通過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量U勺。

（2）傳播型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是由于電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重，當碼型

頻譜中高頻分量較大時，就限制廣信碼的傳播距離或傳播質量。

（3）碼型應便于再生定期電路從碼流中恢復位定期。若信號連“0”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，

恢復位定期就困難，因此應當使變換后的碼型中連“0”較少。

（4）設備簡樸，碼型變換輕易實現。

（5）選用的碼型應使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形I向誤碼率比單極性信號低。根據這些原則，在傳播

線路上一般采用AMI碼和HDB3碼。

2、AMI碼

我們用“0”和“我代表傳號和空號。AMI碼的編碼規則是“0”碼不變，“1”碼則交替地轉換為+1和-1。

當碼序列是時，AMI碼就變為:+100-1000+1-1+10-1o這種碼型交替出現正、負極脈沖，因此沒直流分量,低頻

分量也很少，它的頻譜如圖6-1所示，AMI碼的能量集中于fo/2處（fo為碼速率）。

圖6-1AMI碼H勺頻譜示意圖

這種碼的反變換也很輕易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將“-1”翻轉為“+1”，恢復成單極性碼。

這種碼未能處理信碼中常常出現代I長連“0”日勺問題。

3、HDB3碼及變換規則

這是一種4連0取代碼，當沒有4個以上連“0”碼時，按AMI規則編碼，當出現4個連“0”碼時，以碼

型取代節“000V”或“B00V”替代四連“0”碼。

選用取代節II勺原則是：用B脈沖來保證任意兩個相連取代節的V脈沖間“1”日勺個數為奇數。當相鄰V脈

沖問“1”碼數為奇數時，則用“000V”取代，為偶數個時就用“B00V”取代。在V脈沖背面的“1”碼和B碼

都依V脈沖的極性而正負交替變化。為了討論以便，我們不管“0”碼，而把相鄰的信碼“1”和取代節中的B

碼用B1B2……Bn體現，Bn背面為V,選用“000V”或“B00V”來滿足Bn的n為奇數。當信碼中的“1”碼依

次出現的序列為VBlB2B3...BnVBl時,HDB3碼為…+或為?+++?。由此看出,V脈沖是可以辯認

的，這是由于Bn和其后出現的V有相似的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱V脈沖為破壞點，必要

時加取代節B00V,保證n永遠為奇數，使相鄰兩個V碼U勺極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中。相鄰兩

個V碼之間或是其他的“1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則。通過這

樣的變換，既消除了直流成分，又防止了長連“0”時位

定期不易恢復的狀況，同步也提供了取代信息。圖6-2給出了HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的規定。

圖6-2HDB3碼"勺頻譜示意圖

由于HDB3碼的這些長處能很好地滿足傳播碼型的各項規定，因此常被用于遠端接口電路中。在