通信原理（虚拟仿真实验）

实验五双极性不归零码

一、实验目的

1.掌握双极性不归零码的基本特征

2.掌握双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法 3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析 二、实验仪器 1.序列码产生器 2.单极性不归零码编码器 3.双极性不归零码编码器 4.示波器 5.功率谱分析仪 三、实验原理

双极性不归零码是用正电平和负电平分别表示二进制码１和０的码型，它与双极性归零码类似，但双极性非归零码的波形在整个码元持续期间电平保持不变．双极性非归零码的特点是：从统计平均来看，该码型信号在１和０的数目各占一半时无直流分量，并且接收时判决电平为０，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强．此外，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此双极性非归零码应用极广．双极性非归零码常用于低速数字通信．双极性码的主要缺点是：与单极性非归零码一样，不能直接从双极性非归零码中提取同步信号，并且１码和０码不等概时，仍有直流成分。 四、实验步骤

1.按照图3.5-1 所示实验框图搭建实验环境。

2.设置参数：设置序列码产生器序列数N=128；观察其波形及功率谱。 3.调节序列数N 分别等于64.256，重复步骤2.

图3.5-1 双极性不归零码实验框图

实验五步骤2图 N=128

实验五步骤3图 N=64

N=256

六、实验报告

（1）分析双极性不归零码波形及功率谱。

（2）总结双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法。

实验六

一、实验目的

1.掌握双极性归零码的基本特征

2.掌握双极性归零码的波形及功率谱的测量方法 3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析 二、实验仪器 1.序列码产生器 2.单极性不归零码编码器 3.双极性归零码编码器

4.示波器 5.功率谱分析仪 三、实验原理

双极性归零码是二进制码0 和1 分别对应于正和负电平的波形的编 码，在每个码之间都有间隙产生．这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性．双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归于零电平就可以判决1 比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息．可以认为正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用．因此可以经常保持正确的比特同步．即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方式．由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛。 实验六步骤2 N=128

步骤三 N=64

N=256

六、实验报告

（1）分析双极性归零码波形及功率谱。

（2）总结双极性归零码的波形及功率谱的测量方法。

实验七信息交替反转码（AMI）

一、实验目的

1.了解AMI 码的编码方式。 2.掌AMI 码的功率谱分析方法。 2.掌握AMI 码的特点。 二、实验仪器 1.序列码产生器 2.单极性不归零码编码器 3.AMI 编码器 4.示波器 5.功率谱分析仪 三、实验原理

AMI 英文全称是Alternate Mark Inversion，AMI 双极性码，是指“信号交替反转”，即零电平表示0，而1 则使电平在正.负极间交替翻转。双极性码是三进制码，1 为反转，0 为保持零电平。根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0 电平，而非归零码遇1 电平翻转，零时不变。作为编码方案的双极性不归零码,\码和\码都有电流,但是\码是正电流,\码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值若在零电平以上为正,判为\码;若在零电平以下为负,判为\码。

实验七图

六、实验报告

1.论述AMI 的编码方式。 2.分析AMI 码的波形及功率谱。 3.总结AMI 码的测量方法。

答：1.原信息码的0仍编为传输码的0；

原信息码的1在编为传输码时，交替地变换为+1，-1，+1，-1，。。。

实验八传号反转码（CMI）

一、实验目的

1.了解各CMI 码的编码方式。 2.掌握CMI 码的功率谱分析方法。 3.掌握CMI 码的不同特点。

二、实验仪器 1.序列码产生器 2.单极性不归零码编码器 3.CMI 编码器 4.示波器 5.功率谱分析仪 三、实验原理

CMI（Coded Mark Inversion）码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种双极性二电平码。其编码规则是“1”码交替用“11”和“00”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。CMI 码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10 为禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可以用来宏观检错。该码已被ITU-T 推荐为PCM 四次群的接口码型，有时也用在速率低于8.44Mb/s 的光缆传输系统中。 实验八图

六、实验报告

1.论述CMI 的编码方式。 2.分析CMI 码的波形及功率谱。 3.总结CMI 码的测量方法。

实验九三阶高密度双极性码（HDB3）

一、实验目的

1.了解HDB3 码的编码方式。

图3.18-1 BPSK 调制原理框图

解调部分：BPSK 必须采用相干解调，如何得到同步载波是关键。

图3.18-2 BPSK 解调原理框图

实验十八图

六、实验报告

1.用示波器观察系统调制后的波形； 2.绘制各测量点的波形图。

实验十九二进制差分移相键控（DPSK）

一、实验目的

1.了解差分移相键控（DPSK）的作用及其实现方法。 2.掌握DPSK 的调制.解调原理。 3.了解DPSK 与BPSK 相比的优缺点。 二、实验仪器

1.信号发生器（余弦信号） 2.差分编码器 3.频谱仪4.乘法器 4.示波器6.判决器

5.码序列信号产生器8.模二加

9.白高斯噪声信道10.单极性不归零码编码器 11.双极性不归零码编码器12.延迟器 13.低通滤波器 三、实验原理

DPSK 调制的原理是将双极性不归零码序列进行差分编码，得到二进 制差分信号，再经过正弦载波的调制，得到DPSK 信号。实际上，在调制端的码序列为绝对码时，输出为2PSK，调制端的码序列为相对码时，输出为DPSK。

图3.19-1 DPSK 调制框图

也就是说，DPSK 是用相对码控制正弦载波的相位的调制方式。对于2PSK调制，在接收端可以用平方环或科斯塔斯环提取载波，但存在相位模糊问题，2DPSK 的优点在于它可以克服在接收端提取载波时的相位模糊问题。

图3.19-2 DPSK 相干解调框图

四、实验步骤

1.如图3.19-3 所示搭建实验环境 2.设置设备参数：

双极性不归零码编码器：码速率设为2000000bps

载波信号（余弦信号1）：频率f=400Hz，幅度A=1，相位phase=0； 解调时钟提取信号（余弦信号2）：频率f=400Hz，幅度A=1，相 位phase=0；

低通滤波器：通带截止频率fp=30Hz，阻带截止频率fs=50Hz，采样 频率sample=800Hz；

3.观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分 析此结果，验证DPSK 调制。 实验十九图

六、实验报告

1.简述差分移相键控DPSK 的原理。 2.分析DPSK 波形及频谱。 3.总结DPSK 的测量方法。

实验二十二进制移频键控（2FSK）--连续相

位

一、实验目的

1.了解连续相位2FSK 信号的产生及实现的方法。 2.测量连续相位2FSK 信号的波形和功率谱密度。

3.了解用锁相环进行2FSK 信号解调的原理和实现的方法。 二、实验仪器

1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器 3.调频器4.白高斯噪声信道 5.鉴频器6.包络检波器 7.示波器8.功率谱分析仪 三、实验原理

2FSK 是用二进制数字基带信号区控制正弦载波的频率，发送传号（数 据“1”）时，载波频率是，发送空号（数据“0”）时的载波频率是。 2FSK 信号可分为相位不连续2FSK 信号即相位连续2FSK 两种，本实验采用的是相位连续2FSK。

用压控振荡器VCO 来产生相位连续的2FSK 信号，如下图：

图3.20-1 2FSK 调制框图

用锁相环解调框图如下所示：

图3.20-2 2FSK 锁相环解调框图

图3.20-3 相位连续的2FSK 信号波形

四、实验步骤

1.如图20.4 所示搭建实验环境 2.设置设备参数：

调频器：载波信号频率（待定）f0=40Hz，调频系数为5.0

观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分析此结果，验证2FSK 调制与解调

图3.20-4 2FSK 实验框图

实验二十结果图

六、实验报告

1.简述移频键控2FSK 的原理。 2.分析2FSK 波形及频谱。 3.总结2FSK 的测量方法。

实验二十一二进制移频键控（2FSK）―不连

续相位

一、实验目的

1.了解不连续相位2FSK 信号的产生及实现的方法。 2.测量不连续相位2FSK 信号的波形和功率谱密度。 二、实验仪器

1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器 3.信号发生器（余弦信号） 4.正开关 5.负开关6.加法器 7.示波器8.功率谱分析仪 三、实验原理

2FSK 是用二进制数字基带信号区控制正弦载波的频率，发送传号（数 据“1”）时，载波频率是f1，发送空号（数据“0”）时的载波频率是f2。2FSK 信号可分为相位不连续2FSK 信号和相位连续2FSK 两种，本实验采用的是不相位连续2FSK，主要介绍调制实验。 其表达式为：

四、实验步骤

1.如图21.1 所示搭建实验环境 2.设置设备参数：

余弦信号1：信号频率f=20Hz；幅度A=1；相位p=0； 余弦信号2：信号频率f=5Hz；幅度A=1；相位p=0；

观察运行结果的调制输出信号以及其对应的功率谱，分析此结果，验 证2FSK 调制。

图3.21-1 2FSK 实验框图

实验二十一结果图

六、实验报告

1.简述不连续相位移频键控2FSK 的原理。 2.分析不连续相位2FSK 波形及频谱。

实验二十二十六进制正交幅度调制（16QAM）

一、实验目的

1.掌握16QAM 调制解调原理；

2.掌握实验平台虚拟仿真软件使用方法；

3.设计16QAM 调制与解调仿真电路，观察同支路.正交支路波形及 16QAM 星座图。 二、实验仪器

1.信号发生器（余弦信号） 2.4-2 判决器 3.串并转换器4.乘法器 5.示波器6.低通滤波器

7.序列码信号产生器8.并串转换器

9.白高斯噪声信道10.单极性不归零码编码器 11.2-4 进制转换器 三、实验原理

QAM 就是用两路数字信号分别对两个互相正交的同载波进行同步调 制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调，不但实现简单，而且在带宽和功率利用上也最有效。但

16QAM 不属于恒定包络调制方式，因而不适用于具有非线性部件的信道。16QAM 第i 个信号的表达式为：Si(t)=Aicos(ω0t+φi) (i=1,2,?16)。 1．16QAM 调制原理： 16QAM 的产生有两种方法：

（1）.正交调幅法：它是用两路正交的4 电平ASK 信号迭加而成； （2）.复合相移法：它是用两路独立的4 电平PSK 信号迭加而成。在 此采用正交调幅法，原理框图如下图22.1 所示：

图3.22-1 16QAM 调制框图

图中串/并变换器将速率为RB 的二进制码元序列分为两路，速率为 RB/2。2-4 点评变换为Rb/2 的二进制码元序列变成速率为RS =RB/log216的4 个电平信号，4 电平信号与载波信号相乘，完成正交调制。两路信号叠加后产生16QAM 信号。在两路速率为RB/2 的二进制码元序列中，经2—4 电平变换器输出为4 电平信号，即M=16。经4 电平正交幅度调制和叠加后，输出16 个信号状态，即16QAM。RS =RB/log216= RB/4 2．16QAM 解调原理：

（1）解调方法采用正交相干解调的方法解调。一路对cosωCt 相乘， 一路对sinωCt 相乘，然后经过低通滤波器，滤去乘法器产生的高频分量，获得有用信号。经过低通滤波器输出信号经抽样判决可恢复出电平信号。16QAM 正交相干解调如图22.2 所示。

图3.22-2 16QAM 相干解调框图

（2）16QAM 调制解调整体系统框图如下所示：

图3.22-3 16QAM 调制解调框图

四、实验内容及步骤

1.如图22.4 所示搭建实验环境 2.设置设备参数：

余弦信号1：频率f=400Hz，相位p=0；幅度A=1；

余弦信号2：频率f=400Hz，相位p=1.57（π/2）；幅度A=1；

余弦信号3：频率f=400Hz，相位p=0；幅度A=1；

余弦信号4：频率f=400Hz，相位p=1.57（π/2）；幅度A=1； 低通滤波器1：通带截止频率fs=30Hz，fp=50Hz，sample=800Hz； 低通滤波器2：通带截止频率fs=30Hz，fp=50Hz，sample=800Hz； 观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分析 此结果，验证QAM 调制与解调

图3.22-4 16QAM 实验框图

实验22结果图

六、实验报告

1.用示波器观察系统调制.解调后的功率谱； 2.绘制各端口的波形图；

3.自行所设计星座图电路及其验证测试结果。

实验二十三四相移相键控（QPSK）

一、实验目的

1.了解用数字信号的离散值对载波的相位进行键控，可获得的调制方 式；

2.掌握QPSK 的调制.解调原理，了解四种载频信号的产生方法； 3.了解QPSK 相对于2PSK 的优缺点。 二、实验仪器

1.序列码产生器2.串并变换器

3.单极性不归零码编码器4.双极性不归零码编码器 5.信号发生器（余弦信号） 6.乘法器 7.白高斯噪声信道8.低通滤波器 9.判决器10.并串变换器 11.示波器 三、实验原理

四相移相键控（QPSK）又名四进制移相键控，该信号的正线载波有4 个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2 个二进制符号，其信号表达式为：

图3.23-1 QPSK 星座图

图3.23-2 QPSK 调制框图

图3.23-3 QPSK 解调框图

在QPSK 调制框图中，采用双极性不归零码作为基带信号，它由序列 码产生器经过单极性不归零码编码器及双极性不归零码编码器编码所得；在QPSK 解调框图中gR（t）使用低通滤波器。QPSK 信号，它的频带利用率较高，但会产生180°的载波相位跳变。这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后，会导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰，因此对放大器线性度敏感。 四、实验内容及步骤

1.结合图3.23-4 所示实验器材和原理框图在实验平台上搭建实验电 路；

2.设置实验器材相关参数：

余弦信号1：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号2：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57（π/2）； 余弦信号3：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号4：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57（π/2）； 其中余弦信号1.2 是作为载波信号，余弦信号3.4 作为解调所需时钟

同步信号

低通信号1：通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频 率s=800Hz；

低通信号2：通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频 率s=800Hz；

这两个低通滤波器作为解调滤波所用。

3.运行之后，序列码产生器经过单极性不归零码编码器之后即为输入 的调制信号，观察此信号与输出解调信号，是否达到了解调效果。 使用示波器观察串并转换之后经过编码的双极性不归零码输出与调制信号的关系，验证串并转换的正确性。

图3.23-4 实验框图

实验二十三结果图

六、实验报告

1.简述QPSK 调制解调的原理。 2.分析QPSK 串并转换的方式。

实验二十四差分四相移相键控（DQPSK）

一、实验目的

1.了解DQPSK 调制解调方式的特点；

2.掌握DQPSK 的调制.解调原理，了解四种载频信号的产生方法； 3.了解DQPSK 相对于QPSK 的优缺点。 二、实验仪器

1.序列码产生器2.串并变换器

3.单极性不归零码编码器4.差分码编码器

5.双极性不归零码编码器6.信号发生器（余弦信号） 7.乘法器8.白高斯噪声信道 9.低通滤波器10.判决器 11.延迟器12.模二加 13.并串变换器14.示波器 三、实验原理

QPSK 信号的相干解调，在利用科斯塔斯环提取载波时，同样会存在 恢复载波的四重相位模糊对相干解调输出有影响的问题，而DQPSK 则可以很好地解决此问题。所谓差分四相移相键控也是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前一码元相位作为参考，并令△φ为本码元与前一码元的初相差。，则信息编码与载波相位变化仍可用QPSK 信号相位编码逻辑关系表来表示。不过，φ应变为△φ。对于DQPSK 而言，可先将输入的双比特码经码型变换，再用码型变 换器输出的双比特码进行四相绝对移相，则所得到的输出信号便是四相相对移相信号。本次实验中通过差分编码的方式来得到此信号。DQPSK 信号如下：

DQPSK 调制框图如下所示：

图3.24-1 DQPSK 调制框图

其中，bn 输入进行延迟模二加的即为差分编码,这之后的调制方式与 QPSK 相同。

图3.24-2 DQPSK 解调框图

其中，差分译码即为信号经过延迟器之后进行模二加。 四、实验内容及步骤

1.结合如图3.24-3 所示实验器材和原理框图在实验平台上搭建实验电路；

2.设置实验器材相关参数：

余弦信号1：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号2：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57（π/2）； 余弦信号3：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号4：幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57（π/2）；

其中余弦信号1.2 是作为载波信号，余弦信号3.4 作为解调所需时钟同步信号低通信号1：通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频率s=800Hz；低通信号2：通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频率s=800Hz；这两个低通滤波器作为解调滤波所用。 3.运行之后，序列码产生器经过单极性不归零码编码器之后即为输入 的调制信号，观察此信号与输出解调信号，是否达到了解调效果。 4.观察经过串并变换之后的信号与经过差分编码之后的信号输出波 形。

5.使用示波器观察串并转换之后经过编码的双极性不归零码输出与调制信号的关系，验证串并转换的正确性。

图3.24-3 实验框图

实验结果图即分析

六、实验报告

1.简述DQPSK 调制解调的原理。 2.分析DQPSK 串并转换的方式。

3.掌握DQPSK 中差分编码.差分译码的原理及实现方法。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zgep.html