一、數字通信原理實驗箱實驗目的
  1.掌握二相BPSK（DPSK）調制解調的工作原理及電路組成
  2.了解載頻信號的產生方法
  3.掌握二相絕對碼與相對碼的碼變換方法

二、數字通信原理實驗箱實驗電路工作原理
（一）調制實驗：
    在本實驗中，絕對移相鍵控（PSK）是采用直接調相法來實現的，也就是用輸入的基帶信號直接控制已輸入載波相位的變化來實現相移鍵控。
PSK調制在數字通信系統中是一種極重要的調制方式，它具有優越的抗干擾噪聲性能及較高的頻帶利用率。因此，PSK在許多場合下得到了十分廣泛的應用。
本實驗中PSK調制模塊原理框圖（如圖10-1）。從圖10-1可見，二相PSK(DPSK)的載波為1.024MHz，數字基帶信號有32Kbit/s偽隨機碼、2KHz方波、CVSD編碼信號、PC數據等。
1.載波倒相器
    模擬信號的倒相通常采用運放來實現。電路由U301B等組成，來自1.024MHz載波信號輸入到U301的反相輸入端6腳，在輸出端即可得到一個反相的載波信號，即相載波信號。為了使0相載波與相載波的幅度相等，在電路中加了電位器W301和W302。
2.模擬開關相乘器
對載波的相移鍵控是用模擬開關電路實現的。
    0相載波與相載波分別加到模擬開關1：U302：A的輸入端（1腳）、模擬開關2：U302：B的輸入端（11腳），在數字基帶信號的信碼中，它的正極性加到模擬開關1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開關2的輸入控制端（12腳）。用來控制兩個同頻反相載波的通斷。當信碼為“1”碼時，模擬開關1的輸入控制端為高電平，模擬開關1導通，輸出0相載波，而模擬開關2的輸入控制端為低電平，模擬開關2截止。反之，當信碼為“0”碼時，模擬開關1的輸入控制端為低電平，模擬開關1截止。而模擬開關2的輸入控制端卻為高電平，模擬開關2導通。輸出相載波，兩個模擬開關的輸出通過載波輸出開關K301合路疊加后輸出為二相PSK調制信號，如圖10-2所示。
在數據傳輸系統中，由于相對移相鍵控調制具有較強的抗干擾噪聲能力，在相同的信噪比條件下，可獲得比其他調制方式（例如：ASK、FSK）更低的誤碼率，因而廣泛應用在實際通信系統中。
相對移相，就是利用前后碼元載波相位的相對變化來傳遞信息，所以也稱為“差分移相”。





圖10-2  模擬開關相乘器工作波形

DPSK調制是采用碼型變換加絕對調相來實現，即把數據信息源（如偽隨機碼序列、增量調制編碼器輸出的數字信號）作為絕對碼序列an，通過碼型變換器變成相對碼序列bn，然后再用相對碼序列bn，進行絕對移相鍵控，此時該調制的輸出就是DPSK已調信號。
    DPSK是利用前后相鄰碼元對應的載波相對相移來表示數字信息的一種相移鍵控方式。
    絕對碼是以基帶信號碼元的電平直接表示數字信息的，如規定高電平代表“1”，低電平代表“0”。
相對碼是用基帶信號碼元的電平與前一碼元的電平有無變化來表示數字信息的，如規定：相對碼中有跳變表示1，無跳變表示0。
  


圖10-3  BPSK、DPSK編碼波形
圖10-4（a）是相對碼編碼器電路，可用模二加法器延時器（延時一個碼元寬度Tb）來實現這兩種碼的互相轉換。


圖10-4（a） 相對碼編碼器電路                   圖10-4（b） 工作波形 
設輸入的相對碼an為1110010碼，則經過相對碼編碼器后輸出的相對碼bn為1011100，即bn= an bn–1。 圖10-4（b）是它的工作波形圖。
（二）解調實驗
二相BPSK(DPSK)解調器的總電路方框圖如圖10-5所示。該解調器由三部分組成：載波提取電路、位定時恢復電路與信碼再生整形電路。載波恢復和位定時提取，是數字載波傳輸系統必不可少的重要組成部分。載波恢復的具體實現方案是和發送端的調制方式有關的，以相移鍵控為例，有：N次方環、科斯塔斯環(Constas環)、逆調制環和判決反饋環等。近幾年來由于數字電路技術和集成電路的迅速發展，又出現了基帶數字處理載波跟蹤環，并且已在實際應用領域得到了廣泛的使用。但是，為了加強學生基礎知識的學習及對基本理論的理解，我們從實際出發，選擇科斯塔斯環解調電路作為基本實驗。
 
1.二相(BPSK，DPSK)信號輸入電路  
由BG701(3DG6)組成射隨器電路，對發送端送來的二相(BPSK、DPSK)信號進行前后級隔離，由U701(LM311)組成模擬信號放大電路，進一步對輸入小信號的二相(PSK、DPSK)信號進行放大后送至鑒相器1與鑒相器2分別進行鑒相。


圖10-5   解調器總方框圖
  2. 科斯塔斯環提取載波原理
科斯塔斯環由U701(LM311)模擬運放放大后的信號分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相器1與鑒相器2的控制信號輸入端的控制信號分別為0相載波信號與π/2相載波信號。這樣經過兩鑒相器輸出的鑒相信號再通過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調出數字基帶信碼，由U706A與U707A構成的相乘器電路，去掉數字基帶信號中的數字信息。得到反映恢復載波與輸入載波相位之差的誤差電壓Ud, Ud經過環路低通濾波器R718、R719、C706濾波后，輸出了一個平滑的誤差控制電壓，去控制VCO壓控振蕩器74S124。
它的中心振蕩輸出頻率范圍從1Hz到60MHz，工作環境溫度在0～70℃，當電源電壓工作在+5V、頻率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V時，74S124的輸出頻率表達式為：
f0 = 5×10-4/Cext，在實驗電路中，調節精密電位器W701(100KΩ)的阻值，使頻率控制輸入電壓(74LS124的2腳)與范圍控制輸入電壓(74LS124的3腳)基本相等，此時，當電源電壓為+5V時，才符合：f0 = 5×10-4/Cext,再變改電容CA701(80Pf～110Pf),使74S124的7腳輸出為2.048NHZ方波信號。74S124的6腳為使能端，低電平有效，它開啟壓控振蕩器工作；
當74S124的第7腳輸出的中心振蕩頻率偏離2.048MHz時，此時可調節W701，用頻率計監視測量點TP702上的頻率值，使其準確而穩定地輸出2.048MHz的載波信號。
該2.048MHz的載波信號經過分頻(÷2)電路：U709一次分頻變成1.024MHz載波信號，并完成π/2相移相。由U709B的9腳輸出π/2相去鑒相器2的控制信號輸入端U302D(4066)的6腳，由U709A的5腳輸出0相載波信號去鑒相器1的控制信號輸入端U302C(4066)的5腳。這樣就完成了載波恢復的功能，此時K701需選擇1-2腳。

圖10-6是該解調環各輸出測量點波形圖，從圖中可看出該解調環路的優點是：
    ①該解調環在載波恢復的同時，即可解調出數字信息。
    ②該解調環電路結構簡單，整個載波恢復環路可用模擬和數字集成電路實現。
但該解調環路的缺點是：存在相位模糊。

三、實驗內容
   1.二相PSK調制實驗
     調整好載波幅度，觀察TP301～TP306各測量點的波形。
2.PSK解調實驗
3. PSK解調載波提取實驗
將PSK的電路調整到最佳狀態，逐一測量TP701～TP705各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關系。

四、實驗步驟及注意事項
1．打開實驗箱右側電源開關，電源指示燈亮。
2．跳線開關設置功能如下：
J301：1-2腳相連，偽隨機碼32KB/s碼型為111100010011010BPSK或其相對碼DPSK或2KHz偽隨機碼，由薄膜鍵盤選擇輸出；當薄膜鍵盤選擇“03  DPSK”時，可將TP304波形與TP110點波形進行對比，觀測絕對碼與相對碼的轉換關系；J701選擇“PSK”，可在TP707點觀測到轉換過來的絕對碼波形，同TP110。
5-6腳相連，輸入CVSD（ΔM）編碼的數字輸出信號；
9-10腳相連，傳輸PC機數據，可為PC機文件或短消息數據。
K301：1-2和3-4均相連時，疊加合成開關。
K302：1－2：在已調信號中加入噪音，電位器W101調整噪聲幅度,可在噪聲模塊中TP108處測得波形(模仿實際通信中的信道噪聲，噪聲幅度不能太大)；
      2－3：不加入噪音。
SW02：1－2：PSK自環（自環實驗時必須選擇）；
      2－3：斷開自環，PSK可通過MODEM接口實現兩個實驗平臺間的雙工通信（此實驗將在后續章節中完成）。
3． 將本實驗電路調整到最佳狀態，逐一測量TP301～TP306、TP701～TP705各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關系。
 

五、測量點說明
  TP301：頻率為1.024MHz方波信號，由U101芯片(EPM7128)編程產生，        
    TP302：1.024MHZ載波正弦波信號，可調節電位器W301改變幅度（一般2V左右）。             
TP303：1.024MHZ載波正弦波信號，與TP302反π相，可調節電位器W302改變幅度。
TP304：作為數字基帶信碼信號輸入波形，由開關J301和薄膜鍵盤選擇決定。
1-2腳相連，偽隨機碼32KB/s碼型為111100010011010BPSK或其相對碼DPSK或2KHz的方波，由薄膜鍵盤選擇輸出；
5-6腳相連，輸入CVSD（ΔM）編碼模塊的數字編碼信號輸出；
9-10腳相連，PC機數據。
TP305：PSK調制信號輸出波形。由開關K301決定。
1-2相連3-4斷開時，TP305為0相載波輸出；
1-2斷開3-4相連時，TP305為π相載波輸出；
1-2和3-4均相連時，TP305為PSK調制信號疊加輸出。
TP306：衰減或放大的PSK調制信號輸出。可調節電位器W303改變幅度。
K302的1-2腳相連時，在調制信號中加入噪聲，模擬實際通信中的信道傳輸。
TP701：PSK解調信號輸入波形。
由開關SW02決定。
1－2腳相連時：PSK自環，即同一平臺上PSK調制解調；
2－3相連時：PSK自環斷開，PSK可通過MODEM接口實現兩個實驗平臺間的雙工通信。
  TP702：壓控振蕩器輸出2.048MHz的載波信號，建議用頻率計監視測量該點上的頻         率值有偏差時，此時可調節W701，使其準確而穩定地輸出2.048MHz的載波信號，此時K701需選擇1-2腳。
         K701：1-2腳連為通過科斯塔斯環提取載波時鐘
               2-3腳連為CPLD直接給解調電路送一個載波時鐘
    TP703：頻率為1.024MHz的0相載波輸出信號。
    TP704：頻率為1.024MHz的π/2相載波輸出信號，對比TP703。
TP705：PSK解調輸出波形，即數字基帶信號（見“數字同步與眼圖觀察”模塊）。


圖10-7  PSK調制模塊波形示意圖

六、實驗報告要求
  1.簡述DPSK調制解調電路的工作原理及工作過程。
  2.根據實驗測試記錄（波形、頻率、相位、幅度以及時間對應關系）依此畫出調制解調器各測量點的工作波形，并給以必要的說明。

DB-8621D 通信原理綜合實驗箱(增強型)

一、產品簡介
DB-8621D通信原理綜合實驗箱是針對電子和通信工程類專業學生，系統完成《通信原理》等現代通信技術相關課程實驗專門研制的實驗平臺。
該實驗平臺最大的特點是系統性強，它真實再現了：信源的模數轉換、模擬調制、信道仿真、模擬解調、信宿的數模轉換的頻帶傳輸過程；光纖傳輸、幀同步位同步、糾錯譯碼、解復接、信宿的數模轉換的基帶傳輸過程；信源、信源編碼、碼分復用、傳輸、碼分解復用、信源譯碼、信宿的移動傳輸過程；
通信原理綜合實驗箱全部采用模塊化結構，各模塊既能完成完整通信系統中對應單元部分實驗，又能由學生用單元模塊構建一個完整通信系統進行系統實驗，從而有助于學生理解通信系統中各要素的作用；實驗平臺把通信系統中涉及的基本電路、終端編譯碼、調制解調、信道傳輸等重要的理論安排了相應的實驗內容；實驗平臺既有基礎性實驗，又有采用新技術新器件（FPGA、DSP）等提高型實驗，從而完成一個理論驗證性、綜合性、二次開發性，由低向高的系統學習過程。通過這些實驗能夠促進學生對《通信原理》課程內容的理解、掌握，并使學生對通信系統、當今新技術、工程實現有一個較全面的了解。系統采用“主板+實驗模塊”相結合的靈活結構，便于學校選擇、定制、增加功能、硬件升級。
二、技術指標
1、采用了“底板+實驗模塊”的結構，不僅按實驗內容與功能將電路模塊化，而且各個模塊獨立設計，能方便地組合進行單元實驗和多種單/雙工通信系統實驗。
2、實驗模塊的輸入輸出信號都采用鉚孔開放出來，由實驗者根據實驗需要進行連接組合，增強實驗者的參與性。
4、每個實驗模塊都采用有機玻璃覆蓋保護，方便實驗室管理。
5、實驗中的重要參數都可以調節或設置，方便實驗者分析對比。
6、可完成單元、系統實驗幾十項，涵蓋了終端編譯碼、線路編譯碼、調制解調、光纖、移動等方面的內容。
7、內置函數信號源、數字信號源、電話接口、計算機接口、同軸電纜信道、兩個收發一體光端機信道、音頻功放等功能模塊，詳細見“系統組成” 項。
8、內置4組穩壓電源，全部具有短路軟截至保護自動恢復功能，并提供電源輸出接口。
9、系統涉及了計算機通信、MS51、DSP、CPLD等多種技術，并留有開發接口，二次開發性強。
三、實驗類型
A.通信原理部分
第一部分 基礎實驗
實驗1 DDS信號發生器實驗
實驗2 模擬信號源實驗
實驗3 CPLD可編程邏輯器件實驗
實驗4 接收濾波放大器實驗
實驗5 數據通信實驗
第二部分 原理實驗
實驗1 基帶信號的常見碼型變換實驗
實驗2 抽樣定理及其應用實驗
實驗3 PCM編譯碼系統實驗
實驗4 ADPCM編譯碼系統實驗
實驗5 CVSD編譯碼系統實驗
實驗6 FSK（ASK）調制解調實驗
實驗7 相位鍵控PSK（DPSK）調制解調實驗
實驗8 數字同步技術實驗
實驗9 眼圖觀察測量實驗
實驗10 線路成形與頻分復用
實驗11 時分復用與解復用
實驗12 碼分復用與解復用
實驗13 數字頻率合成實驗
實驗14 AMI/HDB3編譯碼實驗
實驗15 卷積編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗16 漢明碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗17 漢明、交織碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
實驗18 循環碼編譯碼及糾錯能力驗證實驗
第三部分 綜合實驗
實驗1 信源、PCM、HDB3傳輸系統實驗
實驗2 信源、PCM、漢明碼傳輸系統實驗
實驗3 信源、PCM、漢明、交織碼傳輸系統實驗
實驗4 信源、CVSD、漢明碼傳輸系統實驗
實驗5 信源、CVSD、漢明、交織碼傳輸系統實驗
實驗6 信源、時分復接/解復接系統實驗
實驗7 信源、碼分復接/解復接系統實驗
第四部分 設計實驗
實驗1 PCM時序控制實驗
實驗2 CMI編譯碼實現實驗
實驗3 絕對/相對碼轉換實驗PC機數據、PSK傳輸系統實驗
實驗4 PC機數據、FSK傳輸系統實驗
實驗5 碼型變換、基帶編碼開發實驗
四、標準配置表

序號	分類	硬件名稱	標號	說明
1	主 板 硬 件 模 塊	函數發生器（正弦波、三角波、方波）	模塊一	頻率0.3～10KHZ連續可調，幅度0～10V連續可調
2		同步信號發生器	模塊二	頻率2KHZ，幅度0～10V連續可調
3		抽樣脈沖產生模塊	模塊三	頻率8KHZ, 頻率2～35KHZ連續可調
4		計算機接口模塊	模塊四	提供發送輸出、接收輸入的連接接口
5		電源引接模塊	模塊五	提供-12V、+12V、+5V、-5V等系統電源，另提供輸出接口
6		同軸電纜傳輸模塊	模塊六	同軸電纜傳輸
7		眼圖觀測模塊	模塊七	可觀測噪聲、串擾、理想眼圖
8		PCM編碼記錄模塊	模塊八	自動處理PCM編碼數據
9		功放模塊	模塊十	提供多組濾波器、音頻功放、喇叭
10		話筒模塊	模塊十一	提供話音輸入
11	軟件 及 配件 部分	PPT多媒體課件	贈送	仿真電路和實驗箱電路相一致
12		實驗指導書電子文檔（Word）	贈送
13		實驗指導書	贈送
14		電源線	贈送
15		USB線	贈送
16		信號連接線	贈送

實驗模塊：標準配置

1	時鐘與基帶數據發生模塊	提供系統時鐘和各類數字信號源
2	PAM脈沖幅度調制模塊	完成抽樣定理、PAM調制、傳輸模擬實驗
3	PCM/ADPCM編譯碼模塊	完成PCM、ADPCM編譯碼單元實驗
4	CVSD增量調制編譯碼模塊	完成CVSD編譯碼單元實驗
5	AMI /HDB3編譯碼模塊	完成AMI /HDB3編譯碼單元實驗
6	噪聲模塊	模擬白噪聲信道
7	數字頻率合成模塊	完成壓控振蕩器、頻率合成實驗
8	FSK(MSK)調制模塊	完成MSK、FSK調制實驗
9	FSK(MSK)解調模塊	完成MSK、FSK解調實驗
10	BPSK(DPSK)調制模塊	完成BPSK、DPSK調制實驗
11	BPSK(DPSK)解調模塊	完成BPSK、DPSK解調實驗
12	復接/解復接、同步提取模塊	完成多種數據的時分復接解復接、碼分復接解復接、位同步幀同步提取實驗
13	卷積、漢明、交織、循環編碼模塊	完成卷積、漢明、交織、循環編碼實驗，多種碼型變換
14	卷積、漢明、交織、循環傳輸模塊	信道仿真
15	卷積、漢明、交織、循環譯碼模塊	完成漢明、交織、循環譯碼實驗