[理学]通信原理实验指导书09.doc

通信原理实 验 指 导 书物理与电子信息学院2012年1月目 录实验一 信号源实验1（一）CPLD可编程数字信号发生器实验1（二） 模拟信号源实验5实验二 数字基带传输技术实验10（一） 码型变换实验10（二）眼图实验16实验三 数字调制技术实验19（一） 振幅键控（ASK）调制与解调实验19（二） 移频键控FSK调制与解调实验24（三） 移相键控（PSK/DPSK）调制与解调实验29实验四 语音编码技术实验36（一） 抽样定理和PAM调制解调实验36（二）增量调制编译码系统实验42（三） 脉冲编码调制解调实验55实验五 同步技术实验65（一） 载波同步提取实验65（二） 位同步提取实验70（三） 帧同步提取实验77实验六 系统实验84（一） 载波传输系统实验84（二） 数字基带传输系统实验86（三） 两路话音两路计算机数据综合传输系统实验88物理与电子信息学院 通信原理实验指导书实验一 信号源实验（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可编程器件的编程操作。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 连接线 若干3、 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”，S4控制“CLK1”输出时钟的频率，S5控制“CLK2”输出时钟的频率。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），则在移位一次时和模2相加产生新的输入，新的状态变为（）（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。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111100010011010，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，进行解复用，将串行码转换为并行码，输出到终端光条（U6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。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。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输出信号都是以8位为周期的串行信号。表1-1 74LS151真值表CBASTRYLLLLD0LLHLD1LHLLD2LHHLD3HLLLD4HLHLD5HHLLD6HHHLD7×××HL图1-3 74LS151管脚定义五、 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000032.768M1000128K000116.384M100164K00108.192M101032K00114.096M101116K01002.048M11008K01011.024M11014K0110512K11102K0111256K11111K1) 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“NRZ”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。（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、变换过程和使用方法。三、实验器材1、信号源模块 一块2、连接线 若干3、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。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、脉冲编码调制实验的模拟输入信号。（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2-3 音乐信号产生电路音乐信号产生电路见图2-3。音乐信号由U21音乐片厚膜集成电路产生。该片的1脚为电源端，2脚为控制端，3脚为输出端，4脚为公共地端。VCC经R34、D4向U21的1脚提供3.3V电源电压，当2脚通过K1输入控制电压+3.3V时，音乐片即有音乐信号从第3脚输出，经低通滤波器输出，输出端口为“音乐输出”图2-2 非同步信号发生器电路图（四）载波产生电路1、功用载波产生电路用来产生数字调制所需的正弦波信号，频率有64KHz和128KHz两种。2、工作原理64K载波产生电路如图2-4所示，128K载波产生电路如图2-5所示64KHz(128KHz)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。“64K同步正弦波”（“64K”同步正弦波）为其测量点。U17A(U18A)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。U17D(U18D)及周边的阻容网络组成一个截止频率为64K（128KHz）的二阶低通滤波器，滤除方波信号里的高次谐波和杂波，得到正弦波信号。调节W2(W3)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）。图2-4 64K载波产生电路图2-5 128K载波产生电路五、测试点说明2K同步正弦波：2K的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由W1调节。64K同步正弦波：64K的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由W2调节。128K同步正弦波：128K的正弦波信号输出端口，幅度（05V）由W3调节。非同步信号源：普通正弦波、三角波和方波信号输出端口，波形由S6选择，频率由S7、S8调节，幅度(04V)由W4调节。音乐输出：音乐片输出端口。音频信号输入：音频功放输入端口（功放输出信号幅度由W6调节）。K1：音乐片信号选择开关。K2：扬声器输出选择开关。W6：调节扬声器音量。六、实验步骤1、 用示波器测量“2K同步正弦波”、“64K同步正弦波”、“128K同步正弦波”各点输出的正弦波波形，对应的电位器W1，W2，W3可分别改变各正弦波的幅度。2、 用示波器测量“非同步信号源”输出波形。1) 按键S6选择为“正弦波”，改变W4，调节信号幅度（调节范围为04V），用示波器观察输出波形。2) 保持信号幅度为3V，改变S7、S8，调节信号频率（调节范围为180Hz18KHz），用示波器观察输出波形。3) 将波形分别选择为三角波、方波，重复上面两个步骤。3、 将控制开关K1设为“ON”，令音乐片加上控制信号，产生音乐信号输出，用示波器在“音乐输出”端口观察音乐信号输出波形。七、实验报告要求1、画出各测量点波形，并进行分析。2、画出各模拟信号源的电路组成方框图，叙述其工作原理。实验二 数字基带传输技术实验（一） 码型变换实验一、 实验目的1、 了解几种常用的数字基带信号。2、 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。3、 掌握常用CPLD实现码型变换的方法。二、 实验内容1、 观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。2、 观察全0码或全1码时各码型的波形。3、 观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。4、 观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。5、 自行设计码型变换电路，下载并观察波形。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 号模块 一块4、 示波器 一台5、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图1-1所示。图1-1 基带传输系统的基本结构该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。（二）编码规则1、 NRZ码NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如：2、 RZ码RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如：3、 AMI码AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号)和1(传号)按如下方式进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0,而把代码中的1交替地变换为传输码的+1，-1，+1，-1，。例如：信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI码： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1由于AMI码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。除了上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。4、 HDB3码HDB3码是对AMI码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：先检查消息代码（二进制）的连0情况，当没有4个或4个以上连0串时，按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一非0符号（+1或-1）同极性的符号，用V表示（即+1记为+V，-1记为-V），为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。当两个相邻V符号之间有奇数个非0符号时，用取代节“000V”取代4连0信息码；当两个相邻V符号间有偶数个非0符号时，用取代节“B00V”取代4连0信息码。例如：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。5、 CMI码CMI码是传号反转码的简称，其编码规则为：“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1CMI码： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。该码已被CCITT推荐为PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。6、 BPH码BPH码的全称是数字双相码（Digital Biphase），又称Manchester码，即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码，编码规则之一是：001（零相位的一个周期的方波）110（相位的一个周期的方波）例如：代码：1 1 0 0 1 0 1双相码： 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0双相码的特点是只使用两个电平，这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。（三）电路原理将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U1（EPM3064）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为CPLD的IO口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2（CD4051）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD进行解码，得到NRZ码。其他双极性码的编、解码过程相同。各编码波形如图1-2所示图1-2 编码波形五、 输入、输出点参考说明1、 输入点说明NRZ：NRZ码输入点。BS：编码时钟输入点。BSR：解码时钟输入点。IN-A：正极性HDB3/AMI码编码输入点。IN-B：负极性HDB3/AMI码编码输入点。DIN1：正极性HDB3/AMI码解码输入点。DIN2：负极性HDB3/AMI码解码输入点。HDB3/AMI-IN：HDB3/AMI码编码输入点。2、 输出点说明DOUT1：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为正极性编码输出。DOUT2：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为负极性编码输出，选择其它码型时，无输出。OUT-A：正极性HDB3/AMI码解码输出点。OUT-B：负极性HDB3/AMI码解码输出点。HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI码编码输出点。NRZ-OUT：解码输出。六、 实验步骤1、 CMI，RZ，BPH码编解码电路观测1） 将信号源模块和模块6、7固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2） 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为CMI码，即“00100000”。3） 信号源模块上S4、S5都拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“01010101”“00110011”。4） 对照下表完成实验连线源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：DOUT1模块6：DIN1电平变换的编码输入A模块6：DOUT1模块7：DIN提取编码数据的位时钟。模块7：BS模块6：BSR提取的位时钟给译码模块* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5） 将模块7的S2设置为“0111”6） 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测编码输出“DOUT1”波形。7） 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。8） 拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、BPH码（00001000）重复上述步骤。9） 实验结束关闭电源。2、 AMI，HDB3码编解码电路观测1) 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为AMI码，即“01000000”。2) 将信号源S4、S5拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“00011000”“01000011”。3) 对照下表完成实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：HDB3/AMI-OUT 模块7：输入锁相环法同步提取输入模块7：位同步输出模块6：BSR提取的位同步输入模块6：DOUT1模块6：IN-A电平变换A路编码输入模块6：DOUT2模块6：IN-B电平变换B路编码输入模块6：HDB3/AMI-OUT模块6：HDB3/AMI-IN电平反变换输入模块6：OUT-A模块6：DIN1电平反变换A路编码输出模块6：OUT-B模块6：DIN2电平反变换B路编码输出* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源4) 模块7的S2设置为“1000”。5) 以 “NRZIN”为内触发源，分别用双踪示波器观测“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三点的波形。6) 以 “NRZIN”为内触发源，用双踪示波器观测“OUT-A”，“OUT-B”，“NRZ-OUT”三点的波形，观察解码波形与初始信号是否一致。7) 通过拨码开关S1选择码型为HDB3码（S1设置为“10000000”），重复上述步骤。3、 将信号源模块上的拨码开关S1，S2，S3全部拨为0或者全部拨为1，重复步骤1、2，观察各码型编解码输出。4、 按通信原理教材中阐述的编码原理自行设计其它码型变换电路，下载并观察各点波形。（选做）5、 实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据及波形完成实验报告。七、 实验报告要求1、 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。（二）眼图实验一、 实验目的1、 了解眼图与信噪比、码间干扰之间的关系及其实际意义；2、 掌握眼图观测的方法并记录研究。二、 实验内容1、 观测眼图并记录分析。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 号模块 一块4、 双踪示波器 一台四、 实验内容一个实际的基带传输系统，尽管经过了十分精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。因此，码间干扰也就不可能完全避免。码间干扰问题与发送滤波器特性、信道特性、接收滤波器特性等因素有关，因而计算由于这些因素所引起的误码率就非常困难，尤其在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析方法。在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是非常繁杂的。下面我们介绍能够利用实验手段方便的估计系统性能的一种方法。这种方法的具体做法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。这时就可以从示波器显示的图形上，观察出码间干扰和噪声的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。所谓眼图是指示波器显示的这种波形，因为在传输二进制信号波形时，它很像人的眼睛。为了说明眼图和系统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型，如图2-1所示。该图表述下列意思：.图2-1 眼图的模型（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；（2）对定时误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏；（3）图的阴影区的垂直高度表示信号幅度畸变范围；（4）图中央的横轴位置对应判决门限电平；（5）在抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限（或称噪声边际），即若噪声瞬时值超过这个容限，则就可能发生错误判决。眼图观测的波形如下图所示：眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图，其形状类似一个眼睛故名眼图，它是用于观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出码间干扰的大小。五、 实验步骤（一）ASK调制解调观察眼图1、 将信号源模块和模块3、4固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 关闭电源。按照下表完成实验连线：源端口目标端口连线说明信号源：PN（8K）模块3：ASK-NRZS4拨为“1100”，PN是8K伪随机码信号源：64K同步正弦波模块3：ASK载波ASK调制载波输入模块3：ASK-OUT模块4：ASKINASK解调输入信号* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源3、 打开电源，并打开模块3、4的电源开关，以信号输入点“ASK-NRZ”的信号为内触发源，观察信号输出点“ASK-DOUT”处的波形，并调节的电位器W1，确定在该点观察到稳定的PN序列；4、 以信号源模块时钟“CLK1”信号作为触发源，用示波器观察“TH2”处的波形，即为眼图的观测点。调节电位器W3，改变滤波器截至频率，观察眼图波形的变化；5、 实验结束拆除连线，关闭模块电源开关和实验箱电源。（二）FSK、PSK/DPSK调制解调观察眼图FSK、PSK/DPSK调制解调的连线参考“实验十 移频键控（FSK）调制与解调实验”以及“实验十一 移相键控（PSK/DPSK）调制与解调实验”，FSK眼图的观测点为“TH11”，PSK/DPSK眼图的观测点为“TH20”，分别调节电位器W5、W4改变滤波器的截止频率,可观测眼图张开度变化。实验结束完成实验报告。六、 实验思考题思考信噪比、码间干扰是如何在眼图中体现的？七、 实验报告要求1、 观察并记录眼图波形，分析改变滤波器截止频率对眼图观测有何影响；2、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。实验三 数字调制技术实验（一） 振幅键控（ASK）调制与解调实验一、 实验目的1、 掌握用键控法产生ASK信号的方法。2、 掌握ASK非相干解调的原理。二、 实验内容1、 观察ASK调制信号波形2、 观察ASK解调信号波形。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 号模块 一块4、 号模块 一块5、 示波器 一台6、 连接线 若干四、 基本原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。1、 2ASK调制原理。在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通断键控（OOK）。2ASK信号典型的时域波形如图1-1所示，其时域数学表达式为： （1-1）式中，A为未调载波幅度，为载波角频率，为符合下列关系的二进制序列的第n个码元： （1-2）综合式9-1和式9-2，令A1，则2ASK信号的一般时域表达式为： （1-3）式中，Ts为码元间隔，为持续时间 Ts/2，Ts/2 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。 图1-1 2ASK信号的典型时域波形2ASK信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列控制门的通断，1时开关导通；0时开关截止，这种调制方式称为通断键控法。其次，2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。2、 2ASK解调原理。2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，相应的接收系统原理框图如图1-2所示：（a）非相干方式（b）相干方式图1-2 2ASK解调原理框图五、 实验原理1、 ASK