现代通信技术实验平台.pdf

1、RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 1 目目 录录 第 1 部分 实验箱使用基础 1 1 1 RZ9681 型实验平台介绍 1 1 2 各实验模块介绍 3 1 3 实验平台操作及注意事项 7 1 4 二次开发操作说明 17 第 2 部分 通信原理预备性实验 19 2 1 DDS 信号源使用 19 2 2 用户电话接口实验 23 2 3 数字基带信号产生实验 25 第 3 部分 通信技术实验 28 3 1 信源编译码实验 28 实验 1 PAM 调制与抽样定理实验 29 实验 2 PCM 编译码实验 37 实验 3 ADPCM 编译码实验 43 实验 4 增量调制 CVSD 编译码验证

2、47 3 2 信道编译码实验 53 实验 5 汉明码编译码及纠错性能验证 54 实验 6 卷积码编译码及纠错性能验证 59 实验 7 循环码编译码验证 65 实验 8 交织编译码及纠错能力验证 71 3 3 调制解调实验 76 实验 9 ASK FSK 调制解调 77 实验 10 PSK DPSK 调制解调 83 实验 11 QPSK OQPSK 调制解调 89 实验 12 跳频实验 95 实验 13 QAM 调制解调实验 100 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 2 3 4 基带传输实验 107 实验 14 码型变换 107 实验 15 线路编译码 113 实验 16 眼图观测实验

3、 118 实验 17 基带成型与抽样判决实验 123 3 5 同步技术 130 实验 18 载波同步实验 130 实验 19 位同步提取实验 135 实验 20 帧同步实验 141 实验 21 伪随机序列产生及特性研究 145 实验 22 扩频与解扩实验 150 实验 23 时分复用 解复用 TDM 实验 159 第 4 部分 通信系统实验 164 实验 1 码分多址系统实验 165 实验 2 基带传输系统实验 171 实验 3 频带通信系统 175 第 5 部分 附录 179 附录 1 二次开发文件转换 179 修订记录 181 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 1 第1部分 实验

4、箱使用基础 1 1 1 1 RZRZ96819681 型实验平台介绍型实验平台介绍 一 一 实验平台简介实验平台简介 RZ9681 型通信原理实验平台 是为适应当前通信理论教学及实验教学的的发展趋势 精心研发的新一代现代通信技术实验平台 该平台不仅具备完成常规实验的功能 还结合 了当前教学技术发展的几大趋势 即 实验教学的工程化 实验设备的网络化 课堂教学 的智能化 系统具备方便的软硬件升级功能及二次开发功能 可以方便的解决高校在购买实验设 备后的几年内的 进行实验内容的扩展及升级 实验平台不仅在功能上进行的革命性的改进 在结构上也重新进行了设计 该实验平 台在结构上具备以下特点 图1 1 1

5、 实验平台实物图参考 采用主控系统 实验模块形式的模块化实验平台 方便扩展 维护升级 实验平台采用一体化开模工艺 结构设计合理 整体协调美观 实验模块通过触点式 充电接口 电源及通信总线 不需接插件 更换方便 性能稳定可靠 每个模块均用翻盖式有机玻璃保护 不用螺丝固定 操作便捷 并且配备专 用锁具 可以防止模块随意更换 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 2 备用模块等备件可放置实验箱左侧储物盒 储物盒有盖子锁定 方便物件管 理 为便于实验测量 所有实验测量孔均为铆孔和测量针相组合的形式进行放置 可以便于连线和示波器的测量 二 二 实验场景设置实验场景设置 在使用该平台进行实验课程开展

6、时 重新定义了实验场景 摆脱了早期实验内容设置 单调 仅仅是完成实验连线 然后测量波形的这种模式 在 RZ9681 型实验平台上完成实 验室时 按照下面流程进行实验 图1 1 2 实验教学课堂流程 理论预习 理论预习 系统自带交互式预习系统 通过实验框图 文字说明 理论波形等内 容 结合配套的实验教材 完成对当前课时实验理论的预习 实验交互 实验交互 在进行实验时 结合形象化的实验框图 可以选择性的控制各个模块 的时钟 测量点输出的数据等内容 将实验过程的中间测量点展现出来 方便学 生对实验理论的理解 课堂测评 课堂测评 通过配套的手机 APP 软件 老师可以在学生进行实验时 对实验系统 进行

7、一定的加错设置 学生根据自己的理解 判断错误并纠正错误 二次开发 二次开发 实验模块具备网络加载的功能 可以方便的完成二次开发 摆脱了早 期二次开发连接下载器的模式 并且系统具备断电恢复功能 二次开发不会对系 统造成影响 理论理论 预习预习 实验实验 交互交互 课堂课堂 测评测评 二次二次 开发开发 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 3 1 2 1 2 各实验模块介绍各实验模块介绍 一 一 实验模块实验模块 RZ9681 型现代通信技术实验平台采用基于操作系统的智能中控系统和实验模块结构 形象展示实验原理 操作步骤 有助实验原理理解 设备维护和功能升级扩展 配置模块 支持通信原理课程

8、的原理实验 系统实验 二次开发实验等 模块既能完成对应的实验内 容 多模块级联配置后 能构成完整的基带通信系统或频带通信系统 在本节中对标配的 实验模块进行介绍 系统标配了以下几种实验模块 智能中控系统 基带数据产生与码型变换模块 信源编码与复用模块 信源译码与解复用模块 信道编码与频带调制模块 纠错译码与频带解调模块 软件无线电模块 二 二 各个实验模块介绍各个实验模块介绍 1 1 智能中控系统智能中控系统 中控系统主要实现平台的智能管理与人机交互功能 配备了 ARM 处理器 运行 linux 操作系统 界面采用 7 寸彩色液晶 配备网络接口 USB 接口 电话接口 扬 声器 无线 WIFI

9、 模块等 完成对整个平台的功能管理 如 实验功能选择 模块在 位情况监测 模块通断电操作 系统二次开发 模块固件升级 手机 APP 互联等 实验平台的右外侧预留了主控模块的外部接口 包括网络接口 RJ45 电话接口 RJ11 USB 接口 扩展模块电源接口 其中网络接口可以完成实验平台的联网功能 完 成实验的远程操控 二次开发软件在线定点加载 固件远程升级 电话接口则可以连 接电话 采集真实的语音数据 USB 接口可以外接鼠标 电源接口可输出 5V 12V 12V 三组电源 方便学生外扩实验模块 中控系统人机交互友好 如图 1 2 1 可选设备介绍 实验项目 信号源 误码 仪 二次开发 实验测

10、评 考核 固件升级 系统设置等功能 子功能操作见下文 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 4 图1 1 1 主控模块液晶显示 主控模块内置了双路 DDS 信号源 低频和高频 可以生成各种类型的信号源 如 正弦波 方波 三角波 半波 全波 调幅 调频 双边带 扫频信号 音乐信 号 复杂信号等 主控模块标配全功能误码仪 码长 码型 码速 插误码 测试时长等均可设置 测试时间 误码数 误码率等能实时显示 误码仪对通信系统性能评价非常重要 2 2 基带数据产生与码型变换模块基带数据产生与码型变换模块 基带数据产生与码型变换模块的功能是基于 M3 和 FPGA 实现的 通过配置可以产 生各种速率

11、的伪随机序列 M 序列 16bit 设置数据 相对码 绝对码等 并且可以 完成各种对应的码型变换 单极性不归零 双极性归零 密勒码 和线路编译码 CMI AMI HDB3 等 误码测试时 模块作为误码信号处理器 产生各种速率 码型的测试码 在对接 收码进行比较后将误码信息发主控模块显示 模块同时具备白噪声产生功能 噪声电平能通过模块的编码开关调节 3 3 信源编码与时分复用模块信源编码与时分复用模块 信源编码与复用模块主要用于完成通信原理中常用的几种信源编码 PAM PCM CVSD 模块标配 3 2 寸 TFT 液晶 能通过液晶展示信源编码带限 抽样 量化 编码 过程 极利于学生理解信源编码

12、原理 模块功能主要基于 FPGA 和 M4 处理器完成 信 源编码的原理实验由 M4 完成 时分复用和码分复用时所需的信源数据由 FPGA 编码完 成 FPGA 同时完成时分码分复用 模块既能完成各种信源编码实验又能二次开发 完 成实验包括以下几类 PAM 调制及抽样定理 自然抽样和平顶抽样 抽样恢复等 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 5 PCM 编译码 增量调制编译码等编码原理解析 时分复用 码分复用 扩频通信等 上述实验的二次开发实验 4 4 信源译码与时分解复用模块信源译码与时分解复用模块 信源译码与解复用模块和信源编码与复用模块在实验时为相关联的模块 很多实 验要配合完成

13、如 编码和对应的译码实验 复用和对应的解复用等 在信源译码与 解复用模块功能基于 M4 和 FPGA 实现 主要完成 PAM PCM CVSD 译码 位同步帧同 步 时分码分解复用等 可以完成以下几类实验内容 抽样恢复滤波器 系统实验时 PCM 译码 CVSD 译码 时分解复用 码分解复用 解扩 上述实验的二次开发实验 5 5 信道编码与频带调制模块信道编码与频带调制模块 信道编码与频带调制模块可以完成多种类型的信道纠错编码实验和频带调制实 验 主要功能均在 FPGA 中实现 模块内置 2 个高速 DA 芯片 经过给合实现各种调制 和仿真信道 实验内容 汉明编码 卷积编码 循环编码 交织编码等

14、 ASK FSK PSK QPSK OQPSK DQPSK QAM GMSK OFDM 等调制等 噪声信道模拟 多径信道模拟 衰落信道模拟等 基带成型 上述实验的二次开发实验 6 6 纠错译码与频带解调模块纠错译码与频带解调模块 纠错译码与频带解调模块和信道编码与频带调制模块为相关联的模块单元 很多 实验要配合完成 如 信道编码和对应的信道纠错译码实验 调制与对应的解调实验 等 模块的信道纠错译码主要由 FPGA 完成 二进制解调由小规模分立器件组成的相 干解调电路完成 能完成下面实验内容 汉明译码 卷积译码 循环译码 解交织等 ASK FSK PSK DPSK 等解调 眼图观测 抽样判决 上

15、述实验的二次开发实验 7 7 软件无线电模块 软件无线电模块 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 6 软件无线电模块配备了高速的 AD DA 和大容量的 FPGA 单元 可以完成多进制软 件无线电解调及软件无线电算法研究开发 FSK PSK QPSK QAM GMSK OFDM 等解调 NCO 抽取 插值 DDC DUC FIR CIC 滤波器等算法设计开发 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 7 1 3 1 3 实验平台操作及注意事项实验平台操作及注意事项 一 一 实验平台基本操作方法实验平台基本操作方法 在使用实验平台进行实验时 要按照标准的规范进行实验操作 一般的实验流程

16、包含 以下几个步骤 1 将实验台面整理干净整洁 设备摆放到对应的位置开始进行实验 2 打开实验箱箱盖 或取下箱盖放置到合适的位置 不同的实验箱盖要注意不 能混淆 3 简单检查实验箱是否有明显的损坏 如有损坏 需告知老师 以便判断是否 可以进行正常实验 4 根据当前需要进行的实验内容 由老师或自行更换实验模块 更换模块需要 专用的钥匙 请妥善保管 5 为实验箱加电 并开启电源 开启电源过程中 需要注意观察实验箱电源指 示灯 如果指示灯状态异常 需要关闭电源 检查原因 6 实验箱开启过程需要大约 30s 时间 开启后可以开始进行实验 7 实验内容等选择需用鼠标操作 8 在实验过程中 可以打开置物槽

17、 选择对应的配件辅助完成实验 9 实验完成后 关闭电源 整理实验配件并放置到置物槽中 10 盖上箱盖 将实验箱还原到位 二 二 实验平台系统功能介绍实验平台系统功能介绍 实验平台系统分为八大功能板块 分别为实验入门 实验项目 信号源 误码仪 二 次开发 实验测评 固件更新 系统设置 1 设备入门 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 8 设备入门分为四类 分别是平台基本操作 平台标识说明 实验注意事项 平台特点 概述 2 实验项目 实验项目是指实验箱支持的实验课程项目 可以完成的实验内容列表 分为通信基本 实验和通信系统实验 通信原理实验细分为八大实验分类 分别是信源编译码实验 信道编译

18、码实验 数字 调制解调实验 基带传输实验 信道模拟及特性研究实验 同步技术实验 模拟调制解调 实验 信道复用技术实验 如下图所示 点击每个实验分类 可进入详细的实验列表 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 9 3 信号源 信号源的详细说明可以参见文档 2 1 部分的详细说明 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 10 4 误码仪 RZ9681 内置全功能误仪 能实时测试基带系统或频带系统性能 信道纠错编译码性能 内置误码仪能设置码速 码型 插误码率 实时统计测试时间 接收数据 误码数和误码 率 实际使用时 误码仪使用方法 将测试信道调整好 用示波器判断 然后接入误码仪 2P1 输

19、出误码测试数据 2P3 输出测试数据时钟 2P8 接收误码测试数据 选测试时钟和 码型 插误码 暂停 继续 按钮不清右侧统计数 停止 测试 按钮清右侧统计数 5 二次开发 实验系统支持实验的二次开发 二次开发软件通过网络在线下载到指定的 FPGA 芯片 中 运行调试二次开发程序是否实现了功能 二次开发在线下载不会对实验箱的出厂程序 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 11 产生覆盖影响 二次开发程序掉电不保存 6 实验测评 在学生实验过程中 教师可以无线接入并控制实验平台实验 人为改变实验系统 参数 速率 码型 编码方式 调制方式 载频等 完成对学生实验课程的考核测评 7 固件升级 实

20、验平台系统支持远程固件升级过程 实验设备的系统平台程序及实验程序升级可以 在远程网络中完成 学校只需将实验箱接入网络 设备方可通过网络远程升级固件 方便 学校及时获得更新的实验 8 系统设置 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 12 在系统设置中可以对平台系统的一些硬件进行管理控制 如实验系统网络的 IP 地址 管理 无线 WIFI 网络管理 实验模块的状态监测和复位功能 以及实验系统的还原初始 保护功能 进入 网络设置 功能 可以查看和修改当前实验系统网络 IP 在二次开发和固件升 级过程中会用到 进入 系统模块 功能 可以查看当前实验模块的工作状态 以及模块电源的控制管 理 RZ9

21、681 型现代通信实验平台实验说明书 13 三 三 实验平台系统实验方法实验平台系统实验方法 在实验箱右侧预留了鼠标接口 在实验时 主要通过鼠标进行操作完成实验 实验前 可以先熟悉一下实验箱的的操作使用习惯 实验平台采用实验原理框图为主线引导的方式 展现实验的原理过程 并将实验过程 中的细节展开 涉及的实验参数可在框图上可调整 不同于以往传统实验箱 本实验平台 中的实验参数都是在实验原理的基础上 通过上位机软件的方式展现实验过程 旋钮 拨 码开关 电位器等都能在上位机软件中实现 下面以抽样定理实验为例说明一些实验中的细节注意点 1 进入抽样定理实验 在系统平台主界面选择 实验项目 进入 由于将

22、抽样 定理实验归类为原理实验 所以选择 通信基础实验 进入 在信源编译码 实验列别中找到 PAM 调制与抽样定理实验 选择并进入实验 其他实验进 入方式同此 2 进入抽样定理实验后 看到的是与实验原理相对应的实验原理框图 框图中 展示出了实验的实现原理以及实验测量点位号 位号与实验模块上位号一致 原理框图中的按钮样式表示此处可以点击设置实验输入参数 以此实验为例 原始信号 抽样脉冲 恢复滤波器 音量 四个为实验可调参数点 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 14 3 依据原理框图中的说明用铆孔线连线 主控模块的 DDS1 连接 A3 模块的 3P2 送入原始信号 主控模块的 P1 连接

23、 A3 模块的 3P4 送入抽样脉冲 将 A3 模块 的 3P6 抽样后信号用铆孔线连接至 A6 模块的行信号恢复实验 A6 模块的 6P4 即为恢复后的信号 可与原始信号对比观测 可将 6P4 恢复信号接入到扬声 器中听取 4 分别点击参数设置点 点击 原始信号 弹出信号源设置界面 信号源设置 可以参见 2 1 的信号源介绍说明 如下图所示 5 点击 抽样脉冲 弹出抽样脉冲设置界面 如下图所示 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 15 6 点击 恢复滤波器 弹出滤波器设置界面 如下图所示 7 点击 音量 弹出音量设置界面 如下图所示 8 依据实验框图中的测量点说明 用示波器各个位号点

24、的信号波形 上述即为实验过程的一般流程 所有实验可参考上述流程 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 16 四 四 教材编写常识教材编写常识 在平台研发及教材编写过程中 默认采用了一些习惯用语 下面将部分习惯用法给出 说明 以便理解 1 在实验中 每个板子均有测量点和对应的铆孔 测量点和对应铆孔在电路板 短接 信号相同 除频带解调模块 A5 有几个不对应外 测量铆孔采用 xPxx 的命名规则 其中 P 前面的数字代表板号 P 后面的数字代表该铆孔在板子上 的序号 例如 1P2 和 2P3 分别对应了板 1 上的测量孔和板 2 上的测量孔 2 实验中连线时需要注意 连线铆孔分输入孔和输出孔

25、 在实验室先要确定每 个铆孔的功能 原则上不能将两个输出孔连接在一起 3 实验中 对应的实验步骤选用示波器默认为双通道示波器 但实际中用四通 道示波器会有更好的实验效果 五 五 实验注意事项实验注意事项 1 为实验箱加电前 要简单检查一下实验箱是否有明显的损坏现象 加电时 观察实验箱右上角的电源指示灯是否正常显示 如果指示灯闪烁 请立即关 闭实验箱 并检查故障原因 2 实验箱盖子翻开后 可以取下 但是取下和安装时 都需要注意后端的卡轴 是否完全卡好 在没有完全卡好卡轴的情况下关闭实验箱 会对卡轴造成损 坏 另外 每台实验箱的盖子和箱体编号是对应的 箱体和盖子后端均有编 号 不对应无法安装 因此

26、实验时应妥善保管实验箱盖子 以防弄混 3 实验模块更换时 需要小心轻拿轻放 确认模块完全放置妥当 再下压有机 玻璃盖子 防止损坏电路板和对应槽位 4 实验箱上参数可调的元器件 如电位器 拨码开关 轻触开关 要小心使用 尽量避免用力过大 造成元器件损坏 以上元器件为磨损器件 在使用时掌 握使用技巧 请不要频繁按动或旋转 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 17 1 4 1 4 二次开发操作说明二次开发操作说明 一 一 实验平台二次开发功能实验平台二次开发功能 实验平台在设计时 配备了便捷的二次开发功能 以往实验箱的二次开发 一般需要 外购仿真器 并将 JTAG 接到目标板上进行开发 这种

27、二次开发模式不支持热插拔 很容 易损坏器件 且开发过程比较麻烦 RZ9681 实验平台可通过网络接口直接定向加载二次开 发程序 即学生可在后台直接选定二次开发下载芯片 不需断电 不仅如此 实验平台每 个模块均具备二次开发功能 因此我们在实验设计时 将二次开发作为常规实验内容进行 设计 每次实验课均配备了二次开相关的实验内容 二 二 二次开发文件下载文件生成二次开发文件下载文件生成 参见 附录附录 1 1 二次开发文件转换二次开发文件转换 三 三 实验平台二次开发操作方法实验平台二次开发操作方法 用网线将实验箱右侧的网口与二次开发电脑的网口连接 并将电脑的 IP 地址设 置为与实验箱通一个网段类

28、型的 IP 实验箱的 IP 地址可以通过实验系统中的 系 统设置 网络设置 中查到 在实验箱上界面上选择进入 二次开发 功能页面 打开实验箱配套的二次开发专用工具 如下所示 图1 1 2 二次开发工具软件 填写需要连接实验箱的 IP 地址 从开发电脑中选择需要下载的 rbf 文件 需要连接的实验模块及对应的 FPGA 下载片 如果实验箱有多个 FPGA 芯片 从右 向左计数 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 18 点击 在线下载 按钮 等待发送完成即可 注意观察实验箱的液晶显示 当实 验箱的下载界面退出 进入系统主界面的时 表示当前的程序在线下载完成 下 载与软件更新过程需要约 30

29、s 时间 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 19 第2部分 通信原理预备性实验通信原理预备性实验 2 1 2 1 DDSDDS 信号源信号源使用使用 一 实验目的一 实验目的 1 了解 DDS 信号源的工作原理 2 掌握 RZ9681 实验平台 DDS 信号源使用方法 3 理解 DDS 信号源各种输出信号的特性 4 配合示波器完成系统测试 二 实验仪器二 实验仪器 1 DDS 信号源 位置参见实验 1 平台介绍 2 100M 双踪示波器 1 台 三 实验原理三 实验原理 1 DDS1 DDS 信号产生原理信号产生原理 直接数字频率合成 DDS Digital Direct Frequ

30、ency Synthesis 是一种全数字化 的频率合成器 由相位累加器 波形 ROM D A 转换器和低通滤波器构成 时钟频率给定 后 输出信号的频率取决于频率控制字 频率分辨率取决于累加器位数 相位分辨率取决 于 ROM 的地址线位数 幅度量化噪声取决于 ROM 的数据位字长和 D A 转换器位数 图2 1 1 DDS 信号源产生原理 2 DDS2 DDS 信号操作设置信号操作设置 主控模块可以提供两路 DDS 信号源 低频和高频 可以生成各种类型的信号 提供 可调的频率 幅度 信号源可以单独设置使用 也可在实验时结合实验内容进行操作设置 在本节主要了解两路 DDS 信号源的使用方法 打开

31、实验箱电源 等待系统启动 启动 完成后 选择 DDS 信号源 功能 进入信号源设置页面 如下图所示 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 20 图2 1 2 DDS 信号源操作界面 在信号源设置页面上 标注了各个区域的基本功能 下面对每个功能做简单的介绍 信号源切换 点击切换 选择当前设置的为 DDS1 或 DDS2 的输出类型 信号波形选择 单击选择当前 DDS 信号的输出类型 DDS 信号源可以输出以下类 型 正弦波 方波 三角波 半波 全波 复杂信号 扫频信号 调幅 组合 调频 组合 双边带 组合 音乐信号 仅 DDS1 注 有些信号需要 DDS1 和 DDS2 组合输出 有些信号

32、仅仅 DDS1 输出 信号源信息显示 显示当前信号的参数显示 波形 频率 幅度 信号调节设置 两个白色旋钮中上方的为设置信号频率旋钮 结合频率档位可以 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 21 调节信号频率 调节时 将鼠标移动到频率选择旋钮上 通过鼠标滚轮上下滚动 调节频率 信号频率也可以通过主控模块上的旋钮 1 进行调节 下方的为幅度设 置旋钮 设置信号的幅度 调节时 将鼠标移动到幅度选择旋钮上 通过鼠标滚 轮上下滚动调节幅度 信号幅度也可以通过主控模块上的旋钮 2 进行调节 频率档显示 鼠标单击 频率设置 旋钮 可以切换频率的调节档位 档位在 10k 1k 100hz 切换 频率

33、幅度显示 记录当先信号源下的频率和幅度值 2 DDS2 DDS 信号输出及说明信号输出及说明 DDS 信号源通过主控模块的铆孔输出 下面对各个铆孔的功能进行说明 DDS1 输出 DDS1 的设置信号 DDS2 输出 DDS2 的设置信号 旋钮 1 调节 DDS 信号的输出频率 旋钮 2 调节 DDS 信号的输出幅度 四 实验内容及步骤四 实验内容及步骤 1 1 加电加电 打开系统电源开关 底板的电源指示灯正常显示 若电源指示灯显示不正常 请立即 关闭电源 查找异常原因 2 2 信号输出类型调节信号输出类型调节 通过 DDS 信号源设置页面 调节 DDS1 的输出类型 使其分别输出 1 正弦波

34、2 三角 波 3 方波 4 扫频信号 5 调幅信号 6 双边带信号 7 调频信号等 3 3 信号频率调节信号频率调节 旋转复合式按键旋纽 SS01 在 抽样 正弦波 三角波 方波 等输出状态时 可步进式调节输出信号的频率 顺时针旋转频率每步增加 100HZ 逆时针减小 100HZ 在其它 DDS 信号源序号 旋转复合式按键旋纽 SS01 无操作 4 4 输出信号幅度调节输出信号幅度调节 调节调幅旋钮 W01 可改变 DDS1 DDS2 输出的各种信号幅度 5 5 用示波器观察用示波器观察 DDSDDS 信号源产生的信号 并记录波形 信号源产生的信号 并记录波形 完成下面的实验任务 P03 输出

35、 2k 正弦波 调节使 Vp p 峰峰值 2V P09 输出 8k 抽样信号 P03 输出 4k 三角波 调节 Vp p 峰峰值 3V P09 输出 12k 抽样信号 P03 输出 6 8k 方波 调节 Vp p 峰峰值 2 5v P03 输出扫频信号 P03 输出调幅信号 P03 输出双边带信号 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 22 P03 输出调频信号 P09 输出 12K 抽样信号 备注 1 对于调幅 双边带 调频信号 载波频率固定为 20KHz 内部产生调制信号频 率固定为 2KHz 由外部 调制输入 的调制信号频率由外部输入信号决定 2 扫频信号的扫频范围是 300Hz

36、50KHz 五 实验报告要求五 实验报告要求 1 简叙 DDS 信号源工作原理 2 画出 DDS 信号源各种输出信号波形 并说明其幅度 频率等调节方法 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 23 2 2 2 2 用户电话接口实验用户电话接口实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解用户电话模块的工作原理 2 了解本模块在后续实验系统中的作用 3 熟悉本模块使用方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 用户电话模块 实物位置参见实验 1 平台介绍 2 100M 双踪示波器 1 台 3 小电话单机 1 部 三 实验原理三 实验原理 本模块提供用户模拟电话接口 图 2 2 1 是其电路结构示意图 实验

37、箱右侧面板 RJ11 是电话机的水晶头接口 主控模块 PBL38614 芯片实现电话的二四线转换功能 用户电话 的的语音经 PBL38614 处理后 发语音从 P02 输出 收语音从 P03 输入 在进行系统实验需用到语音时 学生接上话机 用连接导线将 P02 语音连至信源编码 输入端 信源译码输出连至 P03 如果系统工作正常 话机能听到对端语音 电话用户接口模 块 网口网口 电话电话 USB P02 P03 话音出话音出 话音入话音入 主控模块主控模块 箱子右侧面板箱子右侧面板 信号面板信号面板 图2 1 3 用户电话结构示意图 四 测量点四 测量点说明说明 RZ9681 型现代通信实验平

38、台实验说明书 24 P02P02 话音输出 P0P03 3 话音输入 五 实验内容及步骤五 实验内容及步骤 1 1 加电加电 打开系统电源开关 各模块电源指示灯正常显示 若电源指示灯显示不正常 请立即 关闭电源 查找异常原因 2 2 测试电话接口发送信号测试电话接口发送信号 将电话单机插入 RJ11 接口 对着单机送话器说话或按住某个数字键不放 用示波器 测试用户电话发端 P02 输出铆孔 波形 3 3 测试电话接口接收信号测试电话接口接收信号 用信号连接线连接 DDS1 与 P03 铆孔 将 DDS 信号送入用户电话的接收端 调节信号 输出为正弦信号 并调节信号的频率和幅度 听单机受话器输出

39、的声音 4 4 关机拆线 关机拆线 实验结束 关闭电源 拆除信号连线 将实验设备归位 六 实验报告要求六 实验报告要求 1 查阅相关资料 理解并简述用户电话接口电路工作原理 2 记录电话数字键波形 观测电话拨号的双音多频信号 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 25 2 3 2 3 数字数字基带基带信号产生实验信号产生实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解 ALTERA 公司的 FPGA 可编程器件 EP4CE6 2 了解本模块在实验系统中的作用及使用方法 3 掌握本模块中数字信号的产生方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 基带信号产生与码型变换模块 A2 2 100M 双踪示波器 1

40、 台 三 实验原理三 实验原理 RZ9681 实验平台中所有基带信号均由 基带信号产生与码型变换 模块 A2 产生 A2 模块通过系统总线和主控模块通信 学生用鼠标在液晶界面上选择基带信号的类型 PN 码码型 设置数据 基带速率 确认后所选基带信号即从 A2 模块的相应接口输出 描述 应用 一个基带信号需有基带数据和对应的时钟两个信号 我们可以用双踪示 波器同时观测这两个信号来读出基带信号数据 A2 基带信号产生与码型变换基带信号产生与码型变换 FPGA可编程器件可编程器件 图 2 3 1 基带模块产生随机码的原理框图 四 四 测量点测量点说明说明 模块加电后 基带信号输出的码型 码速等参数需

41、通过液晶设置 2P1 2TP1 基带信号输出 2P3 2TP3 基带信号时钟输出 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 26 五 实验内容及步骤五 实验内容及步骤 1 1 确认模块在位情况确认模块在位情况 确认 基带信号产生与码型变换模块 即 A2 模块在实验平台左上角位置 2 2 加电 加电 打开系统电源开关 A2 模块右上角红色电源指示灯亮 几秒后 A2 模块左上角绿色运 行指示灯开始闪烁 说明模块工作正常 若两个指示灯工作不正常 需关电查找原因 3 3 基带数据设置 基带数据设置 用用鼠标在液晶上选择 基带传输实验 中 码型变换 点击基带设置 图 2 3 2 基带信号选择界面 基带

42、数据可通过上图界面设置 基带输出类型 15 位 31 位 511 位随机码和 16 比特设置数据 基带时钟从 2Kb s 到 1024Kb s 可选 码型与码速选择完后 需按 设置 按钮确认 4 4 基带数据测量基带数据测量 设置并测试 码型为码长 31 位 速率为 128K 的随机码 示波器一个通道测 2TP2 基带时钟 并用作同步 另一个通道测 2TP1 基带数据 设置并测试 码型为 16 位开关量 速率为 32K 的开关量 5 5 关机拆线关机拆线 实验结束 关闭电源 拆除信号连线 并按要求放置好实验附件 六 实验报告六 实验报告 1 记录本模块产生的时钟和伪随机码序列 画出测试的波形图

43、 2 运用 quartusII 软件 VDHL 语言或图形法设计产生一个多级 m 序列 写出你设计过 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 27 程和仿真结果 3 根据生成多项式 编程产生速率为 128K 的相应基带信 号软件 通过二次开发界面下载 A2 模块的 FPGA 中 用示波器观测 2P1 和 2P3 所产生的信 号 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 28 第3部分 通信技术实验 3 1 信源编译码实验信源编译码实验 信源编译码包含以下实验内容 PAM 调制与抽样定理实验 PCM 编译码实验 ADPCM 编译码实验 增量调制 CVSD 编译码验证 RZ9681 型现代通

44、信实验平台实验说明书 29 实验实验 1 1 PAMPAM 调制与抽样定理实验调制与抽样定理实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握自然抽样 平顶抽样特性 2 理解抽样脉冲脉宽 频率对恢复信号的影响 3 理解低通滤波器幅频特性对恢复信号的影响 4 了解混迭效应产生的原因 二 实验二 实验仪器仪器 1 RZ9681 实验平台 2 实验模块 主控模块 信源编码与时分复用模块 A3 信源译码与时分解复用模块 A6 3 100M 双通道示波器 4 信号连接线 5 PC 机 二次开发 三 实验原理三 实验原理 1 1 抽样抽样定理定理简介简介 抽样定理告诉我们 如果对某一带宽有限的时间连续信号 模拟信号

45、 进行抽样 且 抽样速率达到一定数值时 那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号 这就是说 若要 传输模拟信号 不一定要传输模拟信号本身 可以只传输按抽样定理得到的抽样值 图3 1 1 抽样定理频谱扩展示意图 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 30 2 2 抽样定理实现方法抽样定理实现方法 通常 按照基带信号改变脉冲参量 幅度 宽度和位置 的不同 把脉冲调制分为脉 幅调制 PAM 脉宽调制 PDM 和脉位调制 PPM 虽然这三种信号在时间上都是离散 的 但受调参量是连续的 因此也都属于模拟调制 关于 PDM 和 PPM 国外在上世纪 70 年 代研究结果表明其实用性不强 而国内根本就没

46、研究和使用过 所以这里我们就不做介绍 本实验平台仅介绍脉冲幅度调制 因为它是脉冲编码调制的基础 抽样定理实验电路框图 如下图所示 图3 1 2 抽样定理原理框图 最后强调说明 实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别 理想抽样的 抽样脉冲应该是冲击脉冲序列 在实际应用中 这是不可能实现的 因此一般是用高度有 限 宽度较窄的窄脉冲代替 另外 实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的 当 滤波器特性不是理想低通时 抽样频率不能就等于被抽样信号频率的 2 倍 否则会使信号 失真 考虑到实际滤波器的特性 抽样频率要求选得较高 由于 PAM 通信系统的抗干扰能 力差 目前很少使用 它已被性能良

47、好的脉冲编码调制 PCM 所取代 3 3 自然抽样和平顶抽样自然抽样和平顶抽样 在一般的电路完成抽样算法时 分为三种形式 理想抽样 自然抽样和平顶抽样 理 想抽样很难实现理想的效果 一般用自然抽样取代 自然抽样可以看做曲顶抽样 在抽样 脉冲的时间内 抽样信号的 顶部 变化是随 m t 变化的 即在顶部保持了 m t 变化的 规律 而对于平顶抽样 在每个抽样脉冲时间里 其 顶部 形状为平的 在实验中我们 实现了自然抽样和平顶抽样 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 31 图3 1 3 自然抽样及平顶抽样比较 平顶抽样有利于解调后提高输出信号的电平 但却会引入信号频谱失真 2 2 Sin

48、为抽样脉冲宽度 通常在实际设备里 收端必须采用频率响应为 2 2 Sin 的滤波器 来进行频谱校准 这种频谱失真称为孔径失真 4 4 电路实现电路实现 本实验平台模拟信号和抽样脉冲由主控模块输出 模拟信号的波形 频率 幅度可调 节 抽样脉冲频率和占空比也可调节 抽样过程有 A3 模块的 STM32F4 完成 AD 采样 抽样信号从 3P6 输出 抽样恢复在 A6 模块完成 恢复滤波器由 A6 模块的 FPGA 用数字滤波器实现 恢复滤波器带宽可设置 四 实验框图及测量点说明四 实验框图及测量点说明 4 1 4 1 实验框图说明实验框图说明 下图为抽样定理的实验原理框图 图3 1 4 抽样定理实

49、验框图 RZ9681 型现代通信实验平台实验说明书 32 框图说明 本实验中需要用到以下 4 个功能模块 1 主控模块 DDS1 提供正弦波等原始信号 并经过连线送到 3P2 信号输入 作为 脉冲幅度调制器的调制信号 另外 如果实验室配备了电话单机 也可以使用用户电话模 块 这样验证实验效果更直接 更形象 P2 测试点可用于语音信号的连接和测量 抽样脉冲 P1 它提供有限高度 不同宽度和频率的的抽样脉冲序列 并经过连线送到 抽样脉冲 作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲 P1 测试点可用于抽样脉冲的连接和测量 该模块提供的抽样脉冲频率和占空比可调 扬声器功放 可以将还原的信号通过扬声器播放出来 以便直

50、观的感受抽样定理的理 论 2 抽样定理功能单元 抽样定理功能采用可编程单元实现 可以完成自然抽样和平 顶抽样的切换 并且将原始信号 抽样脉冲 抽样后信号显示到彩色液晶上进行展示 自然抽样 将抽样信号和原始信号相乘后直接输出 平顶抽样 将抽样信号和原始信号相乘后 进行采样保持 完成平顶抽样 3 恢复滤波器 接收滤波器低通可宽可调 用来验证抽样定理恢复 4 2 4 2 各模块测量点说明各模块测量点说明 主控模块主控模块 DDS1DDS1 DDS1 信号源输出接口 P01P01 抽样脉冲输出 P04P04 扬声器输入 信源编码与信道复用模块信源编码与信道复用模块 A3A3 3P23P2 原始信号的输