通信系统实验讲义 西安电子科技大学通信与信息工程实验教学中心 2021年前 言 本实验讲义是在?通信系统实验?课程的教学实践根底上编写的参加实验的学生将通过在比拟广泛的范围内自选设计题目，以通信系统的设计为核心，以通信系统各局部模块设计为主要内容，通过基于SYSTEMVIEW软件平台的通信系统计算机仿真的一个完整流程和通信系统建模设计过程中的各个环节，从通信系统的根本单元建模开始逐步训练通信系统部件、子系统和整个系统建模与仿真的根本能力通过本课程的实践完成学生由单元设计向系统设计的过渡，使学生深入理解通信系统的整体概念，也加深对通信原理、无线通信、光纤通信等相关课程的理论指示的分析理解和综合应用，同时充分发挥学生的自我能动性和设计方案解决问题的能力 由于条件及编写水平限制，编写此讲义的过程中难免会有作者的一些选题倾向和不妥之处，实验讲义在实验过程中还需不断改良，逐步完善 编者 2021年 目录第1篇 通信仿真实验第1章SYSTEMVIEW软件平台介绍及2ASK通信系统仿真 2实验目的 2实验条件 2实验内容 2根本原理 21.4.1 二进制振幅键控〔2ASK〕 21.4.2 SYSTEMVIEW软件平台 4实验步骤 4实验结果与分析 5第2章 线性调幅通信系统仿真 6实验目的 6实验条件 6实验内容 6根本原理 6幅度调制〔线性调制〕 6调幅(AM) 7抑制载波双边带调制〔DSB-SC〕 8用滤波法形成单边带信号 9实验步骤 10实验结果与分析 11第3章 2DPSK通信系统仿真 13实验目的 133.2实验条件 13实验内容 13根本原理 133.4.1 2DPSK 133.4.2 2DPSK的模拟调制 143.4.3 2DPSK的相干解调 143.4.4 2DPSK的差分相干解调 163.5 实验步骤 163.6 实验结果与分析 19第4章 数字通信系统的抗噪声性能仿真 20实验目的 20实验条件 20实验内容 204.4 根本原理 204.4.1 参数估计的蒙特卡罗方法 204.4.2 Systemview中的专用图符 204.4.3 抗噪声特性曲线绘制原理 214.5 实验步骤 214.6 实验结果与分析 22第5章 16QAM系统仿真 23实验步骤 23实验条件 23实验内容 23根本原理 235.4.1 MQAM 235.4.2 MQAM调制原理 235.4.3 MQAM解调原理 24实验步骤 25实验结果与分析 26第6章 模拟信号数字传输的仿真 276.1 实验目的 27实验条件 27实验内容 276.4 根本原理 27模拟信号转换为数字信号 27应用模数转换举例：PCM(脉冲编码调制) 28模拟信号的重构与PCM 解码 29实验步骤 29实验结果与分析 31第2篇 光纤通信实验第7章 口处理与熔接实验 337.1 实验目的 33实验内容 33实验器材 33实验原理 337.5 实验步骤 407.6 实验报告要求 40第8章 光纤损耗系数及事件点参数测量实验 41实验目的 418.2 实验内容 418.3 实验器材 418.4 根本原理 418.5 实验步骤 448.6 实验报告要求 46第9章 数字光接口典型参数测试实验 479.1 实验目的 479.2 实验内容 479.3 实验器材 479.4 根本原理 489.5 实验步骤 499.6 实验报告要求 53第10章 数字光纤通信系统综合实验 5510.1 实验目的 5510.2 实验内容 5510.3 实验器材 5510.4 根本原理 5610.5 实验步骤 5810.6 实验报告要求 62第11章 语音光纤传输系统波形测试与分析 6311.1 实验目的 6311.2 实验内容 6311.3 实验器材 6311.4 根本原理 6411.5 实验步骤 6711.6 实验报告要求 69第12章 数字光纤通信SDH系统及多种业务通信实验 7012.1 实验目的 7012.2 实验内容 7012.3 实验器材 7012.4 根本原理 7112.5 实验步骤 8012.6 实验报告要求 81第13章 波分复用光纤通信系统及光谱测量实验 8413.1 实验目的 8413.2 实验内容 8413.3 实验仪器 8413.4 实验原理 8513.5 实验步骤 9213.6 实验报告要求 92第14章 光纤通信线路编译码CPLD设计仿真实验 9414.1 实验目的 9414.2 实验内容 9414.3 实验器材 9414.4 根本原理 9414.5 实验要求 98第15章 光纤通信常用典型仪表使用简介 10115.1 光纤多用表 10115.2 光时域反射仪 10315.3 误码测试仪 107第3篇 网络跳频电台实验第16章 跳频电台网络拓扑 115实验目的 115实验条件 115实验内容 115实验步骤 11516.5实验结果与分析 123第17章 跳频电台高速半双工通信 12417.1 实验目的 12417.2 实验条件 12417.3 实验内容 12417.4 实验步骤 12417.5 实验结果与分析 129第18章 空中速率对灵敏度的影响 130实验目的 130实验条件 130实验内容 130实验步骤 130实验结果与分析 131第19章 空中速率和串口波特率的区别 13219.1 实验目的 13219.2 实验条件 132实验内容 132实验步骤 13319.5 实验结果与分析 134第20章 发射功率对通信距离的影响 13520.1 实验目的 13520.2 实验条件 135实验内容 13520.4 实验步骤 135实验结果与分析 136第21章 电台的正交性、保密性、抗干扰性 137实验目的 137实验条件 137实验内容 137实验步骤 137实验结果与分析 140第22章 电台的数据接口应用 14122.1 实验目的 14122.2 实验条件 141实验内容 141实验步骤 141实验结果与分析 142第23章 跳速、帧长、帧间隔对通信的影响 143实验目的 143实验条件 143实验内容 143实验步骤 143实验结果与分析 143附录 VIEW动态仿真软件简介 145 第1篇 通信仿真实验 Ø 第1章 SYSTEMVIEW软件平台介绍及2ASK通信系统仿真Ø 第2章 线性调幅通信系统仿真Ø 第3章 2DPSK通信系统仿真Ø 第4章 数字通信系统的抗噪声性能仿真Ø 第5章 16QAM系统仿真Ø 第6章 模拟信号数字传输的仿真第1章SYSTEMVIEW软件平台介绍及2ASK通信系统仿真实验目的1、熟悉通信系统的SYSTEMVIEW仿真测试环境。
2、熟悉幅移键控〔ASK〕通信系统的原理和信息传输方案1.2实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、对SYSTEMVIEW软件平台进行熟悉操作2、使用SYSTEMVIEW搭建ASK相参通信系统并进行仿真3. 分别从时域、频域分析关键信号特性根本原理1.4.1 二进制振幅键控〔2ASK〕振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制当数字基带信号为二进制时，那么为二进制振幅键控设发送的二进制符号序列 (1-1)其中，是二进制基带信号时间间隔， (1-2) (1-3) (1-4)由图1-1可以看出，2ASK信号的时间波形随二进制基带信号图1-1 二进制振幅键控信号时间波型通断变化，所以又称为通断键控信号〔OOK信号〕二进制振幅键控信号的产生方法如图1-2所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图(b)是采用数字键控的方法实现 〔a〕 (b)图1-2 二进制振幅键控信号调制器原理框图 2ASK信号能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。
原理框图见图1-3 〔a〕非相干解调方式〔b〕相干解调方式图1-3二进制振幅键控信号解调器原理框图 1.4.2 SYSTEMVIEW软件平台熟悉SYSTEMVIEW平台的功能操作，教师课堂讲解同时参考本讲义附录局部实验步骤 1、熟悉SYSTEMVIEW软件平台相关的系统搭建、仿真和分析功能2、根据ASK调制与解调原理，用Systemview 软件建立一个仿真电路，如图1-4所示：图 1-4 ASK仿真电路3、元件参数配制Token 0: 基带信号—PN码序列 〔 频率=20k Hz , 电平=2 level , 偏移=1V〕Token 1,2: 乘法器Token 3,7: 载波—正弦波发生器 〔频率=80k Hz 〕Token 4: 模拟低通滤波器 〔截止频率=30k Hz 〕Token 5,6,8: 观察点—分析窗4、运行时间设置运行时间=50 ms 采样频率= 800 kHz5、运行系统在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 5,6,8三个点的波形6、功率谱在分析窗绘出相应信号的功率谱。
实验结果与分析1、观察实验波形 ：Token 5－基带信号波形；Token 6－调制波形；Token 8－解调波形2、观察ASK 的功率谱3、分析说明实验结果与理论值之间的差异4、改变参数配置，实验结果之间相互进行比拟，说明参数改变对结果的影响第2章 线性调幅通信系统仿真实验目的1、分别了解振幅调制〔AM〕、双边带调制〔DSB〕、单边带调制〔SSB〕以及它们的解调方式2、理解模拟线性调幅通信系统原理及工作过程实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、使用SYSTEMVIEW搭建〔AM〕、双边带调制〔DSB〕、单边带调制〔SSB〕通信系统并进行仿真2、分别从时域、频域分析关键信号特性根本原理幅度调制〔线性调制〕幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化幅度调制器的一般模型如图2-1所示图2-1 幅度调制器的一般模型设调制信号的频谱为，冲激响应为的滤波器特性为,那么该已调信号的时域和频域一般表示式为: 〔2-1〕 〔2-2〕幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。
由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制 在该模型中，适中选择滤波器的特性，便可以得到各种幅度调制信号调幅(AM)在图2-1中，假设，调制信号叠加直流后与载波相乘，就可形成调幅(AM)信号 图2-2 AM调制器模型 (2-3) (2-4) 式中 通常认为其平均值图2-3 AM信号的波形和频谱由图2-3的时间波形可知，当满足条件 时，AM信号的包络与调制信号成正比，所以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号，否那么，将会出现过调幅现象而产生包络失真AM信号的频谱由载频分量和上、下两个边带组成，上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同， 通常假设 ，因此 (2-5)式中为载波功率，为边带功率由此可见，AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两局部载波分量不携带信息，仍占据大局部功率，因此，AM信号的功率利用率比拟低抑制载波双边带调制〔DSB-SC〕在AM信号中，如果将载波抑制，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号〔DSB〕。
其时域和频域表示式分别为 (2-6) (2-7)DSB信号的时域波形与频谱见图2-4，由时间波形可知，DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调(同步检波)另外，在调制信号的过零点处，高频载波相位有180°的突变图2-4 DSB信号的波形和频谱 由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍， DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可用滤波法形成单边带信号产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器，保存所需要的一个边带，滤除不要的边带 图2-5 形成SSB信号的滤波特性 图2-6 SSB信号的频谱用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，这要求单边带滤波器在附近具有陡峭的截止特性，这就使滤波器的设计和制作很困难，为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法。
实验步骤 1、根据AM调制与解调原理，用Systemview 软件建立一个仿真电路，如图2-7所示：图2-7 AM仿真电路2、图符参数配制Token 0: 基带信号—正弦波 〔 频率=20k Hz , 电平=1V〕Token 2,8: 加法器Token 3,11: 乘法器Token 4，12: 载波信号—正弦波 〔 频率=80k Hz , 电平=1V〕Token 13： 模拟低通滤波器 〔截止频率=30k Hz 〕Token 9： 高斯噪声 〔均值=0V，标准差=1V〕 〕Token 5,6,7,10，14: 观察点—分析窗4、运行时间设置运行时间=2 ms 采样频率= 800 kHz5、在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 5,6,14三个点的波形6、在分析窗绘出相应信号的功率谱7、根据DSB调制与解调原理，用Systemview 软件建立一个仿真电路，如图2-8所示：图2-8 DSB仿真电路8、图符参数配制 相应图符参数与AM系统图中对应位置图符一致9、重做步骤4、5、610、根据SSB调制与解调原理，用Systemview 软件建立一个仿真电路，如图2-9所示： 图2-9 SSB仿真电路11、特别图符参数设置： Token 12: 模拟带通滤波器 〔低截止频率=55k Hz，低截止频率=65k Hz〕12、重做步骤4、5、6实验结果与分析1、观察实验波形 ：2、观察各信号的功率谱。
3、分析说明实验结果与理论值之间的差异4、改变参数配置，实验结果之间相互进行比拟，说明参数改变对结果的影响第3章 2DPSK通信系统仿真实验目的1、了解二进制差分相位键控〔2DPSK〕系统的电路组成、工作原理和特点2、分别从时域、频域视角观测2DPSK系统中的关键信号3、熟悉系统中信号功率谱的特点实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、以PN码作为系统输入信号，码速率是10kbit/s，实现2DPSK的模拟调制并分别由时域、频域观测关键信号2、分别使用相干解调与差分相干解调方法实现2DPSK的解调，观测关键信号的时域波形与功率谱根本原理3.4.1 2DPSK假设前后相邻码元的载波相位差为Dj，可定义一种数字信息与Dj之间的关系为那么一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下表所示数字信息与Dj 之间的关系也可以定义为，2DPSK信号调制过程波形如图3-1所示 1 0 0 1 0 1 1 0图3-1 2DPSK信号调制过程波形3.4.2 2DPSK的模拟调制由图3-1分析出，2DPSK信号的实现可以采用以下方法：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。
2DPSK信号调制器原理图如图3-2所示图3-2 2DPSK信号调制器原理图其中码变换即差分编码器如图3-3所示在差分编码器中：{an}为二进制绝对码序列，{dn}为差分编码序列D触发器用于将序列延迟一个码元间隔，在SystemView中此延迟环节一般可不采用D触发器，而是采用操作库中的“延迟图符块〞3.4.3 2DPSK的相干解调首先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息解调器原理图和解调过程各点时间波形如图3-4(a)、(b)所示：QDCKan发送码时钟dn-1dn图3-3差分编码器^DQCK位同步时钟dndn-1^an^^图3-4 2DPSK相干解调器原理图和解调过程各点时间波形图3-5 差分译码器其中码反变换器即差分译码器组成如图3-5所示在差分译码器中：{}为差分编码序列，{}为差分译码序列D触发器用于将序列延迟一个码元间隔， 3.4.4 2DPSK的差分相干解调1 1 0 1 02DPSK信号也可以采用差分相干解调方式，其解调原理是直接比拟前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息，并在解调的同时完成了码反变换。
由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法解调器原理图和解调过程各点时间波形如图3-6所示：图3-6 2DPSK非相干解调器原理图和解调过程各点时间波形3.5 实验步骤1、建立仿真模型：系统组成如图3-7所示其中图(a)是模拟调制的系统组成图，图符0产生绝对码序列，传码率为10kbit/s图符2和图符3实现差分编码；图符5输出正弦波，频率为20k Hz；图符6为乘法器，输出2DPSK信号图(b)是相干解调的系统组成图，图符11为带通滤波器，图符13实现相干载波的提取，图符12为乘法器，图符15为低通滤波器，图符16、17、18实现抽样判决，图符19、20实现差分解码图符19输出再生的绝对码图(c)是非相干解调的系统组成图，图符12为带通滤波器，图符13为乘法器，图符14为延迟器，图符15为低通滤波器，图符16、17、18实现抽样判决图符18输出再生的绝对码 图(a)中的调制系统分别与图(b)、图(c)中的解调系统构成不同的2DPSK调制解调系统〔a〕(b)(c)图3-7 2DPSK调制解调的系统组成2、根据对2DPSK技术工作原理的讨论，确定该系统的相关系统参数为：系统运行时间1.5e-3秒，采样点数500，采样速率300e+3Hz。
3、设置并调节好各图符的相应参数，运行系统4、在Systemview系统窗内运行系统后，转到分析窗首先观测比照输入PN码信号与恢复的输出信号是否系统一致？5、如果一致，观测输出的2DPSK信号分别在图符15观测两种解调技术形成的眼图6、观测关键信号的功率谱7、例子系统形成的参考结果信号分别见图3-8、图3-9、图3-10、图3-11、图3-12a) 绝对码序列(b) 相对码序列〔c〕二相相对调相〔2DPSK〕信号图3-8调制过程仿真波形图3-9 2DPSK系统输入的PN序列和输出PN序列的比照图3-10 相干解调眼图图3-11 差分相干解调眼图图3-12 2DPSK的功率谱3.6 实验结果与分析1、经过系统延迟后，发射信号与接收信号一致2、比拟实验所得2DPSK信号与理论2DPSK信号的异同点，分析绝对码与相对码之间的相位变化3、比拟分析相干解调与差分相干解调的接收眼图特点4、观察功率谱密度，PN序列的功率谱和2DPSK信号的功率谱中，有无离散分量？为什么？它们的带宽分别是多少？5、记录数据，分析实验数据，形成实验报告第4章 数字通信系统的抗噪声性能仿真实验目的1、理解研究数字通信系统的抗噪声性能使用蒙特卡罗估计的根本原理。
2、掌握借助SYSTEMVIEW平台完成数字通信系统的抗噪声性能的仿真方法实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、使用SYSTEMVIEW搭建2PSK通信系统以及测算BER的比拟环路2、调整相关参数得到正确的系统抗噪声特性曲线4.4 根本原理 参数估计的蒙特卡罗方法又称之为蒙特卡罗估计是建立在机率游戏的根底上，通过内在的随机试验来估计参数值的过程进一步讲，蒙特卡罗估计就是用随机事件发生的相对频率来估计随机事件发生的概率〔1〕设随机试验数为N，以 NA表示事件A发生的次数，将事件A发生的概率是：由于无法进行无限N次的实验，因此在N较大时，用相对频率NA/N作为对随机事件A发生概率Pr(A)的估计〔2〕数字通信系统中，N表示总的发送比特数， NA是接收过失比特发生的次数那么误比特率BER的蒙特卡罗估计就是 ： NA/N4.4.2 Systemview中的专用图符在Systemview软件平台中，使用通信库〔COMM LIB〕中的BER元件来求系统的误码率，并用Fimal Value元件记录相关数值4.4.3 抗噪声特性曲线绘制原理为了绘制通信系统的抗噪声特性曲线。
实际上要描出不同信噪比SNR条件下的BER的点，然后将多个这样的点相连才能得到曲线 在SYSTEMVIEW平台中，可以实施自动循环的方式绘制多个BER的点，通常采用维持信号功率不变，循环前设置好初始噪声功率和每次循环减小噪声的功率值，在系统运行时相当于每次循环运行都自动增加了信噪比SNR设置完成后可以经过一次系统计算就完成抗噪声性能曲线的绘制4.5 实验步骤1、参照实验三的相关原理讨论，搭建一个2PSK通信系统，再根据本实验抗噪声性能曲线的仿真原理在2PSK系统根底上搭建测试环路仿真电路如图4-1所示图4-1 2PSK系统抗噪声性能仿真电路2、电路中图符简介： 图符0：伪随机序列； 图符12：判决； 围绕图符20〔BER〕的元件图符是BER测试环路相关图符其中，因为进入图符20进行比拟的发送与接收比特流，必须电平与采样频率一致因此，图符15与图符16保证两比特流采样频率一致；图符25与图符24保证两比特流电平一致图符19消除发送与接收之间的系统延迟 特性曲线设置的循环其它相关图符还包括图符5：决定噪声的初始功率；图符10，决定每次循环时自动减少的噪声功率数；图符21是BER数值记录器；图符22是误码门限，当误码太多时，停止循环的计算。
3、根据以上实验电路图，创立电路，并设置好参数；注意：BER图标必须转到?通信库?中才能得到 4、 单击系统窗的“时间〞图标，根据以上系统运行时间的要求，设置好根本参数及循环次数；5、 单击系统窗菜单栏的“Tools〞，选择“Globe parameter〞，进入菜单后，选择Token10放大器，键入步进函数表达式；6、 单击系统窗的“运行〞图标，等待系统运行结束；7、 系统运行结束后，单击系统窗的“转到分析窗〞图标，进入系统分析窗；8、 单击分析窗的右下角的“计算器〞图标，进入“计算器菜单〞；9、 在“计算器菜单〞 单击“Style〞后，先选择Token21“终值接收器〞窗；10、 再选择“BER PLOT〞， 并设置好参数；11、 最后，单击“OK〞键，返回系统分析窗，就可得到所绘误码率波形12、 一个例子系统的主要参数及结果： 基带码速率：50赫兹 系统采样频率：10k赫兹运行时间：10秒 循环次数：6次 步进函数表达式: -1*cl+5 图符20：No. Trials 值为1 抗噪声性能曲线如图4-2 所示图4-2 BER结果曲线4.6 实验结果与分析1、得到抗噪声性能曲线 ：2.、分析说明实验结果与理论值之间的差异。
3、改变图符5、10、20的参数配置，改变步进函数表达式，观察抗噪声性能曲线的变化，说明参数改变对结果的影响4、根据实验前老师的要求，设定新的基带码速率、系统采样频率，修改所有对应的系统其他参数，完成新参数系统抗噪声性能曲线的绘制第5章 16QAM系统仿真实验步骤1、了解多进制正交幅度调制〔MQAM〕的工作原理、技术特点与广泛应用方向2、借助SYSTEMVIEW平台掌握16QAM系统的调制与解调实现方法，分析16QAM技术的信号特点实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、使用SYSTEMVIEW搭建16QAM通信系统2、检查系统信号传输的正确性，分析信号功率谱及星座图根本原理5.4.1 MQAM由于信道资源越来越紧张，许多数据传输场合二进制数字调制已无法满足需要为了在有限信道带宽中高速率地传输数据，可以采用多进制〔M进制，M>2〕调制方式，MPSK那么是经常使用的调制方式，由于MPSK的信号点分布在圆周上，没有最充分地利用信号平面，随着M值的增大，信号最小距离急剧减小，影响了信号的抗干扰能力MQAM称为多进制正交幅度调制，它是一种信号幅度与相位结合的数字调制方式，信号点不是限制在圆周上，而是均匀地分布在信号平面上，是一种最小信号距离最大化原那么的典型运用，从而使得在同样M值和信号功率条件下，具有比MPSK更高的抗干扰能力。
而M值越大，功率代价会越大 实际上，在恒参信道中正交振幅调制(QAM)方式具有很高的频谱利用率，其在卫星通信和有线电视网络高速数据传输等领域得到了广泛应用5.4.2 MQAM调制原理正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输正交振幅调制信号的一般表示式为： (5-1)式中，是基带信号幅度，是宽度为的单个基带信号波形 (5-2)令那么式(5-1)变为 (5-3) QAM中的振幅和可以表示为 (5-4)式中，是固定振幅，、由输入数据确定决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点QAM信号调制原理图如图5-1所示图中，输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列，再分别经过2电平到电平的变换，形成电平的基带信号为了抑制已调信号的带外辐射，该电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器，形成和，再分别对同相载波和正交载波相乘。
最后将两路信号相加即可得到QAM信号5.4.3 MQAM解调原理MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法，其解调器原理图如图5-2所示解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波输出两路多电平基带信号和多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测，再经L电平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据图5-1 16QAM的调制器原理框图图5-2 16QAM的解调器原理框图实验步骤1、根据对16QAM技术工作原理的讨论，首先确定该系统的相关系统参数为：系统的码元速率为kbps；载波频率为kHz；采样频率为768kHz，系统运行时间为2s2、然后搭建16QAM通信系统仿真电路如图5-3 所示图5-3 16QAM通信系统仿真电路 其中图符9是串并转换子系统；图符14、15的DAC实际上实现的是2/4电平转换功能图符53与图符54是时钟处理子系统 图符33的ADC与图符34ADC分别完成了I路与Q路的4/2电平反变换，实现了判决图符45是并串转换子系统注意在接收端ADC的采样频率这时是4.8kHz3、设置并调节好各图符的相应参数，运行系统4、在Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗。
首先观测比照图符11与图符45的输出信号是否系统一致？5、如果一致，在图符29或32处观测16QAM信号的眼图6、分别在图符14、图符15，图符1529、图符32成对观测发射信号星座图与判决前接收信号星座图7、一个例子系统的星座图参考结果见图5-4，眼图参考结果见图5-5 图5-4 星座图参考结果〔省略横纵坐标〕图5-5 眼图参考结果〔省略横纵坐标〕实验结果与分析1、经过系统延迟后，发射信号与接收信号一致2、观察多电平波形，观察多个观测点的星座图，分别观察I路与Q路的接收眼图 3、测试并分析各信号关键点的功率谱，比拟谱的变化特点4、如果在图符14与15后参加适宜参数的低通滤波器，分析输出信号较原信号的功率谱有何新的变化？5、记录数据，分析实验数据，形成实验报告第6章 模拟信号数字传输的仿真6.1 实验目的1、熟悉低通采样定理，熟悉量化编码的工作原理，充分理解PCM编码的实际工作原理2、熟悉数字信号恢复为模拟信号的重构原理，充分理解PCM解码的实际工作原理3、灵活设计运用较为复杂的数字通信系统，为实际传输效劳实验条件本实验需要：PC机一台； SYSTEMVIEW软件实验内容1、使用SYSTEMVIEW搭建模拟信号的数字通信系统。
2、全面检查系统信号传输的正确性，分析信号时域波形、眼图、功率谱及数字传输系统的抗噪声性能6.4 根本原理模拟信号转换为数字信号 模拟信号是时间和幅度都连续的信号，记作x〔t〕采样结果是产生幅度连续而时间离散的信号，这样的信号常被称为采样数据信号通过将时间采样值编码到一个有限的数值集合，可由采样数据信号得到数字信号低通采样定理说明：如果采样频率fs不小于信号中出现的最高频率的2倍，那么带限信号就可以无过失地通过其采样信号恢复经过量化，采样值用一个与其所处量化级相对应的码字来表示，而波形的数字处理通过对码字的处理来完成值得注意的是，从采样定理知道，以超过奈奎斯特频率的频率采样，信号是可以无过失进行重构的因此，在这样的条件下采样操作是可逆的．但是量化却是不可逆的一旦采样值经过量化，就会引入随机量化误差应用模数转换举例：PCM(脉冲编码调制) 在发送端将低频模拟信号根据ITU-T 提出建议中的规那么变换为数字脉冲码，原理框图参见图6-1图6-1 PCM编码调制原理2.1 PCM的编码原理要点：抽样：需要满足低通采样定理，采样频率8kHz量化：均匀量化时小信号量化误差大，因此采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。
实现方法：实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号 x先进行压扩处理，再把压扩得到的信号y进行均匀量化压扩器就是一个非线性变换电路，弱信号被扩大，强信号被压缩压缩器的入出关系表示为y=f(x) 常用压扩器大多采用对数式压缩，国内广泛采用A律对数压扩 效果：改善了小信号时的量化信噪比 A律压扩特性：x——压缩器归一化输入电压 y——压缩器归一化输出电压A——压缩器参数 〔〕2.2 A律压扩特性的13段折线逼近方法：具体方法：对x轴不均匀分成8段，分段的方法是每次以二分之一对分； 对y轴在0~1范围内均匀分成8段，每段间隔均为1/8然后把x，y各对应段的交点连接起来构成8段直线其中第1、 2段斜率相同(均为16)，因此可视为一条直线段，故实际上只有7根斜率不同的折线 以上分析的是第一象限，对于双极性信号，在第三象限也有对称的一组折线，也是7根，但其中靠近零点的1、2段斜率与正方向的第1、2段斜率相同，又可以合并为一根，因此，正、负双向共有13段折线13段折线在第一象限的压扩特性如图6-2所示2.3量化与编码： 具体采用8位折叠二进制码，对应有M=28=256个量化级。
这需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级图6-2 第一象限压扩特性模拟信号的重构与PCM 解码 在接收端从收到的数字脉冲码中恢复出源低频模拟信号就是信号重构采样后的信号功率谱是模拟基带信号的混叠谱，该信号通过适宜的低通滤波器后才进行模拟信号的恢复重构当低通滤波器是理想滤波器时，是理想信号重构实际当中因使用物理低通，因此只会是近似重构应该合理选择参数，使重构的失真在合理的范围内 应用重构举例：PCM译码及相关处理将符合建议的数字脉冲码，在接收端恢复出低频模拟信号PCM重构可以分为4步：PCM译码、D/A变换、低通处理，模拟放大信号处理框图见图6-3图6-3 PCM信号重构原理框图 原理要点： 译码：解压扩：采用一个与13段折线压扩特性相反的解压扩器来恢复x ，即 x=f -1(y)D/A变换，PCM码变换成模拟信号，即恢复到发送端模拟信号刚完成采样时的信号低通：通带要满足低通采样定理的要求实验步骤 1、首先给定该系统的相关系统参数为：最高输入模拟信号频率为1KHz，PCM采样频率为2.5KHz，普通载波频率为80KHz其次，数字传输系统采用开放式设计，建议使用高斯白噪声信道，设计并选用较复杂的数字调制解调技术，选用载波同步、定时同步、帧同步、信道编译码、直接扩频解扩频、使用MALTAB开发本平台模块等各种技术。
2、搭建的模拟信号的数字传输系统的仿真电路如图6-4所示图6-4 模拟信号数字传输电路图 其中图符4是模拟信号生成子系统，图符0功能是A律压扩，图符31是并串转换子系统，图符10是发射系统时钟综合处理子系统，图符54是数字信号发射子系统；图符55是数字信号接收子系统，图符63是接收系统时钟综合处理子系统，图符47是串并转换子系统，图符70的功能是解压扩，图符71是重构模拟信号的低通滤波器这里省略了低通后的模拟信号放大图符 系统采用了加性噪声信道3、设置图符34的噪声强度为零，再设置并调节好其它图符的相应参数，运行系统4、运行该系统后，转到分析窗首先观测比照图符74与图符75的输出时域信号是否系统一致？5、如果一致，在时域与频域上观测图符4与图符71的输出信号的相近性可以调节图符71的参数，提高信号的相似度6、图符34参加噪声，再构成误码率性能分析环路，测试系统的抗噪声性能7、分析不同噪声情况下，接收眼图的变化以及对接收模拟信号的影响 8、一个例子系统的发射与接收模拟信号的叠绘图、功率谱比拟分别参见图6-5，图6-6，图6-7 图6-5 发射与接收模拟信号的叠绘示意图〔省略横纵坐标〕图6-6 发射模拟信号功率谱图6-7 经过初步恢复的接收模拟信号功率谱实验结果与分析1、串并转换与并串转换的数据转换前后是否一致？2、图符62的接收载波能否由接收信号中提取？图符68的接收时钟能否由接收信号中提取？3、怎样选择系统采样频率，怎样构成输入模拟信号，怎样选择重构低通的截至频率？从而提高接收模拟信号的重构质量？4、测试并分析各信号关键点的功率谱，比拟谱的变化特点。
5、 记录数据，分析实验数据，形成实验报告第2篇 光纤通信讲义Ø 第7章 光纤端口处理与熔接实验Ø 第8章 光纤损耗系数及事件点参数测量实验Ø 第9章 光接口典型参数测试实验Ø 第10章 字光纤通信系统综合实验Ø 第11章 音光纤传输系统波形测试与分析Ø 第12章 字光纤通信SDH系统及多种业务通信实验Ø 第13章 分复用光纤通信系统及光谱测量实验Ø 第14章 纤通信线路编译码CPLD设计仿真实验Ø 第15章 纤通信常用典型仪表使用简介第7章 口处理与熔接实验7.1 实验目的1、悉光纤的根本物理性能2、会使用光纤切割时的常用工具3、光纤切割的根本方法内容1、解熔接时对光纤端面的要求2、用切割刀，切割出合格的光纤3、熔接机将两段光纤熔接在一起器材1、模、多模光纤各 一盘2、纤切割刀 一台3、接机 一台原理1〕 光纤切割的用途与要求在光纤熔接之前，或以裸光纤的形式与光功率计的探测器耦合时，以及在制作无源器件等许多场合都需要对光纤的端头进行处理笼统而言，是要求端面平齐，且与光纤轴垂直当然其平齐与垂直是有一定程度的，但此“程度〞多数情况下是凭显微镜目测。
对于不同用途，要求的平齐与垂直程度也有差异图7-1出五种典型的光纤端面情况，(a)是良好的端面，可以用于自动熔接；〔b〕和(c)有缺陷(略斜或缺角)，可用于和光探测器耦合，(d)有毛刺；(c)参差不齐，均需重新处理图7-1端面情况裸光纤2b2〕 光纤切割的根本原理光纤是硬脆材料，因此请永远记住：没有任何一种刀具能把光纤象切豆腐一样“一切到底〞可以想象这是一块冻得象硬的豆腐，只能震碎，不能切断作光纤端面的根本原理类似于划玻璃，在外表划一道痕，然后略施张力，玻璃便在划痕处裂断由于光纤的材质非常均匀；所以断面可以非常整齐但再请特别注意；用刀具划光纤端面的力要非常轻！因为光纤太细了，用力稍大就压碎了刀刃应与光纤轴尽量垂直，划动方向亦与轴垂直图7-2 光纤断裂原理刀具张力划痕图7-2示划断光纤的原理，其中张力的施加方法极为重要，一般以适度弯曲或再略加拉力而实现3〕 光纤切割的操作程序第一步：去除二次涂敷(套塑)：专用工具象电工中的剥线钳，利用带豁的刀刃，只切断套塑层而沿光纤轴捋下，形式繁多选用时注意与二次涂敷的外直径匹配(如0.9，0.4，各档次)一般情况下，还可以用刀片削剥，稍作练习，便可得心应手。
第二步：擦净；必须把光纤擦得非常干净再做断面，因为一旦断面做好，便不易再清洗“端面〞了，擦洗方法是：用纱布块(或脱脂棉等)、酒精 (或丙酮)等溶剂在光纤柱面的不同方位反复擦第三步：用适当工具划作断面这是最重要的一步，结合几种实用刀具介绍碰图7-3 划断光纤示意碰(a)(b)光纤⑴ 便携光纤刀用硬质材料(如刚玉)磨制刃口约5mm的刀片，镶在笔杆或其它适用手柄上，便构成一把便携式光纤刀以手指肚作砧，用刀刃在光纤柱面上横向轻划，然后用刀体轻碰光纤前端，可在划痕处裂断<图7-3〔a〕目前，许多型式的光功率计都配有“光纤转接器〞，以备裸光纤与之耦合，此时用便携光纤刀极为方便，将擦净的光纤端插入转换器的毛细孔，并适当透出，然后在露出光纤端的根部轻划，再碰断后即可直接与探测器耦合，如图7-3(b)所示⑵ 钳式光纤刀图7-4 钳式光纤刀示意压板刀刃弯曲力光纤夹铜胶皮弹簧刀体光纤 胶皮将光纤刀做成钳式，按下刀刃所在臂那么刻划光纤，松开即恢复常态(图7-4(a))，操作方便，且保证刻痕与光纤轴垂直．刻过痕的光纤在外力作用下随夹铜胶皮适度弯曲，便可在刻痕处裂断刀刃刻光纤面的力是靠藏在刀体后面的弹簧来保证的，如图7-4(b)，即使手按力再大，刀刃压光纤的力恒定。
⑶ 台式光纤刀图7-5 台式光纤刀原理刀具张力光纤工作台固定夹具可动夹具目前较流行，断面要求比拟高的光纤端面处理工具多做成台式原理是将擦净的光纤夹持在固定和可动两个夹具上(图7-5)，在弹簧压缩状态紧光纤，于是光纤便受一定拉应力此时，刀具徐徐靠近光纤并做轻划，那么光纤可在划痕处裂断由于是“悬空〞操作，所以端面的清洁更有保证张力的大小和刀具进给方式是成功的关键还有一种台式光纤刀，其刀具做成圆盘状，外缘为极锋利的刀口将光纤带的二次涂敷一并去除并擦净后，夹持在适当的刀具上，并预加张力，刀具以一定速度横划各光纤柱面(图7-6)，便可得齐刷刷的一排合格端面，这对多光纤同时熔接，提高工作效率是很必要的刀盘外缘刃口可分段使用，以延长光纤刀使用寿命第四步：端面质量检查做好的光纤端面可以放在显微镜下进行横向或纵向观察，但实用中有些更简便的方法光纤熔接机都配有显徽镜或摄像显微镜装置，不用细说对于和光功率计耦合等一般情况，要求端面的垂直度并不高，在有一定操作经验的情况下，只要重作几次端面，与探测器耦合的结果重复性很好，就认为可以了图7-6 带状光纤处理带状光纤组如果能在光纤的另一端用可见光(如台灯)照明，而只能在正对新作端面的较小角度范围内发现出射光，那么认为端面可以，这在多模光纤的测量试验中经常用到。
4〕 熔接技术图7-7 光纤熔接原理光纤电弧送进光纤熔接需在专用的熔接机上进行，其技术原理是用电弧的热量将光纤端熔化，并沿轴向将被接光纤端互相靠近、接触，并融合为一体(图7-7)技术关键是光纤端充分对正，电弧的温度和延续时间适当，以及光纤的送进速度适当采用手动熔接机进行光纤熔接可以亲自体会这三个技术关键的重要性，但熔接质量不容易提高经过多年的研究，现在全自动的熔接机已经广泛应用在各项工程中在这种情况下，操作者要做的是认真处理光纤端面，使其既清洁端面质量又好，例如端面干齐无毛刺，且与轴线垂直度误差在1度左右．如果端面倾斜超过2度，多数自动程序就拒绝进行下一步工作典型的自动熔接过程包括如下几步：(1) 将做好端面的待接光纤端放入机器的专用夹具中，并按动启动钮，以下便是自动操作；(2) 粗调光纤端面的预处理位置，此时间隙较大；(3) 短暂电弧闪过，以高温清洁光纤端；(4) 检查光纤端质量(X、Y两个方向)；(5) 精调光纤端间隙，准备熔接；(6) 精密对正光纤(X、Y两个方向，并可预选按芯对正还是按包层对正)；(7) 熔接——电弧按预选(电流大小，时间长短)放电，同时送进光纤；(8) 估算接续损耗值，并显示结果。
熔接合格的光纤接点应能承受200~300克的轴向拉力(手感并不太容易拉断)，但因一次涂敷层已被烧光，所以很脆，极易弯断为此，需要立即施以保护典型的接头保护方法是利用“热缩套管〞将光纤接点前后一段距离裹敷在一根钢棍上热缩套管的结构如图7-8所示，其中内、外套管的材料均为受热收缩且不再复原的塑料，光纤的接点应在内套管的中部，两端光纤的二次涂敷层应含在内套管中一局部，并保证与钢棍搭接这样放置好后，将此件放在专用的加热器中加热，套管收缩的同时就将光纤固紧在钢棍上加热过程需注意两点，一是用一定拉力将光纤接续段绷直，二是自中部向两端顺序加热，以便排除套管中的空气至此，熔接操作结束，熔接技术变成了一个“固定连接器〞图7-8 热缩套管保护光纤接点示意二次涂敷光纤接点外套管内套管钢棍当然，保护光纤接点的方法还很多，用任何一种刚性条形材料，沿轴开槽后将接续段放入，再用树脂类胶填充粘固，均可奏效目前自动熔接的光纤接续损耗可达平均值0.04dB(对单模光纤)，这是任何其它接续方法尚未到达的5〕 光纤熔接机(1) 根本结构光纤熔接机的结构如图7-9作好端面的被接光纤夹持在一对微调架上，依靠监测信号，对正于电极之间。
电极放电电流及时间受到控制，以得到损耗最小的优良接头2) 对正原理根据监测和控制局部的开展过程可将熔接机大致分为三代，第一代用显微镜目测对正光纤控制中心检测信号电极夹具及微调架电弧电源图7-9 光纤熔接机结构框图〔或再用传箍功率精确对正〕，然后手动启停电弧，并送进光纤，是为全手动熔接，此时的控制局部是人脑第二代是利用传输功率精密对正，而把对正情况以电信号形式馈入控制中心，用“电脑〞实现自动对正、自动启、停电弧和自动送进光纤第三代是将监测方法变为视频信号分析，控制过程仍是靠电脑显然，第一代熔接机不易获得优质接头，现在工程引入较少第二代的传输功率法监测对正有两种形式一是利用被接光纤的远端(非熔接端)注入和检出光功率，当检出功。