通信原理实验指导书思考题答案
实验一思考题P1-4：
1、 位同步信号和帧同步信号在整个通信原理系统中起什么作用？
答：位同步和帧同步是数字通信技术中的核心问题，在整个通信系统中，发送端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元，在接收端必须有准确的抽样判决时刻（位同步信号）才能正确判决所发送的码元。位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串的码元序列，这一连串的码元序列代表一定的信息。通常由若干个码元代表一个字母（符号、数字），而由若干个字母组成一个字，若干个字组成一个句。帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。尤其在时分多路传输系统中，信号是以帧的方式传送的。克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息，是通信的任务，因此，位同步信号和帧同步信号的稳定性直接影响到整个通信系统的工作性能。
2、 自行计算其它波形的数据，利用U006和U005剩下的资源扩展其它波形。
答：在实验前，我们已经将四种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U005（2864）并存放在固定的地址中。当单片机U006（89C51）检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U004（EPM7128）中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管M001~M004显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U005中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A转换器U007（TLC7528）和开关电容滤波器U008（TLC14CD）后得到所需模拟信号。自行扩展其它波形时要求非常熟悉信号源模块的硬件电路，最好先用万用表描出整个硬件电路。此题建议让学生提供设计思路，在设计不成熟的情况很容易破坏信号源。提示如下：工作流程同已有的信号源，波形的数据产生举例如下：
a=sin(2.0*PI*(float)i/360.0)+1.0;/产生360个正弦波点，表示一个周期波形数据/ k=(unsigned char)(a/2.0*255.0);/数字化所有点以便存储/
将自己产生的360个点追加到数据存储器U005（2864）并存放在后续的固定的地址中，根据单片机U006（89C51）编程选中对应U005的地址，循环周期显示输出即为我们所设计的波形。设计流程如下：
3、 自行设计一个码元可变的NRZ码产生电路并分析其工作过程。
答：设计流程图如下。
提示：若设计一个32位的NRZ码，即要求对位同步信号进行32分频，产生一路NRZ码的帧同步信号，码型调节模块对32位码进行设置，可得到可变的任何32位码型，通过帧同步倍锁存设置的NRZ码，通过NRZ码产生器模块把32位并行数据进行并串转换，用位同步信号进行一位一位输出，循环输出32位可变NRZ码即我们的设计完毕。
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实验二思考题P2-4：
1、 实验时，串/并转换所需的帧同步信号高电平持续时间必须小于一位码元的宽度，为什么？
答：如果学生认真思考，可以提出没有必要一定小于一位码元的宽度。如24位的数据在串行移位时，当同步信号计数到第24位时，输出帧信号，通过帧信号的上升沿马上锁存这一帧24位数据，高电平没有必要作要求。主要检查学生是否认真考虑问题。
2、 是否还有更好的方法实现串/并转换？请设计电路，并画出电路原理图及各点理论上的波形图。
答：终端模块采用移位锁存的方法实现串/并转换，此方法目前是最好的方法了。
实验三无思考题
实验四思考题P4-6：
1、 在分析电路的基础上回答，为什么本实验HDB3编、解码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性
NRZ码时才能正常工作？
答：因为该电路采用帧同步控制信号，而1帧包含24位，所以当NRZ码输入电路到第24位时，帧同步信号给一个脉冲，使得电路复位。HDB3码再重新对NRZ码进行编译。且HDB3码电路对NRZ进行编译的第一位始终是固定的值。因此HDB3编译码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性NRZ码才能正常工作。但是由于HDB3码很有特点，现在为了使学生更好的观察HDB3如何进行编译码，我们对电路进行了改正，去掉了帧同步控制信号，所以现在对任意位的NRZ码都可以进行编码。
2、 自行设计一个HDB3码编码电路，画出电路原理图并分析其工作过程。
答：根据HDB3的编码规则，CPLD电路实现四连“0”的检测电路，并根据检测出来的结果确定破坏点“V”脉冲的加入，再根据取代节选择将“B”脉冲填补进去。原理框图如下：
NRZ码四连“0”检测及补“1”电路取代节选择破坏点形成电路单－双极性变换电路HDB3
CPLD设计的电路原理图如下：
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实验五思考题P5-6：
1、 为什么普通双边带调幅的信息传输速率较低，应该采用什么样的方法加以避免？
答：因为在普通调幅（AM）调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低。为了提高信息的传输速率，可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，即采用抑制载波双边带调幅的方法。另外，双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。因此可以采用单边带调制，即可以同时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。
2、 普通调幅、抑制载波双边带调幅、单边带和残留边带和这几种调制方式各有什么优点和 缺点？请自行设计一个用MC1496实现的抑制载波双边带调制电路，并分析其工作原理。
答：普通调幅的优点是实现调制方式简便,输出的已调信号的包络与输入调制信号成正比。解调时可采用包络检波很容易恢复原始调制信号。缺点是调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低；抑制载波双边带调幅优点是可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，提高了信息的传输速率。缺点是双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。并且采用相干解调是必须产生一个同频同相的载波，如果同频同相的条件得不到保证，则会破坏原始信号的恢复；抑制载波单边带优点是传输时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。缺点是由于单边带调制中只传送双边带调制信号的一个边带。所以要让双边带信号通过一个单边带滤波器，而理想滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。因此实现分割上、下边带的滤波器就很难实现，一般采用多级调制的办法；残留边带调制的优点是避免了用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器的困难。缺点是由于在残留边带调制中除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分，所以传输频带的带宽增宽了。下图是用MC1496实现的抑制载波双边带调制电路。
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此电路采用的是典型的调制载波双边带电路，采用的是双电源供电方式。其中载波信号UC经高频耦合电容C2从ux端输入，C3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号UΩ经低频耦合电容C1从uy端输入，C4为低频旁路电容，使4脚接地。调幅信号U0从12脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地。
脚2与3间接入负反馈电阻RE，以扩展调制信号的UΩ的线性动态范围，RE增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。
电阻R6、R7、R8及RL为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。工作过程是载波信号UC（t），其频率fC=10.7MHz，峰—峰值UCP-P=40mV。低频输入端输入调制信号UΩ（t），其频率fΩ=1KHz，先使峰-峰值UΩP-P=0，调节RP，使输出U0=0（此时U4=U1），再逐渐增加UΩP-P，则输出信号U0（t）的幅度逐渐增大，最后出现抑制载波的调幅信号。由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。脚1和4分别接电阻R210和R213可以较好地抑制载波漏信号和改善温度性能。
3、 调节电位器“调制深度调节”时，调幅信号会发生怎样的变化，为什么？
答：调制深度是指调制信号与载波信号电压峰值的比例。设调制信号为u?(t)?U?mcos?t 如果用它来对载波uc(t)?Ucmcos?ct（?c??）进行调幅，那么，在理想情况下，普通 ctuAM(t)?(Ucm?k?Umco?st)?cos ?Ucm(1?Macos?t)cos?ct 其中调幅深度Ma?k?调
U?m,0?Ma?1,k为比例系数 Ucm调节电位器改变调制信号于载波信号电压峰值的比例。它的作用是将U?m移去，只加载波电压Ucm，调节电位器使输出载波电流i?0。则调制信号为抑制载波双边带调幅。如果调节电位器使输出载波电流不为0，使输出信号UAm 中有载波则为普通双边带调幅。
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实验六思考题P6-5：
1、 调频立体声通信只能用于视距传输，多径传输和建筑物阻挡对信号传输质量的影响较大，该如何解决
这个问题，试分析之。
答：本思考题较理论化，可参考樊昌信编的《通信原理》教材，第四版，国防工业出版社。P48面3.7随参信道特性及其对信号传输的影响；P51面3.8随参信道特性的改善——分集接收。
2、 作为一般的调频发射电路，在不同时间和温度下，其发射频率存在一定的漂移，试分析这是什么原因
造成的？可以采取什么措施使其发射频率稳定，如接近晶体振荡器的稳定度等？
答：可参考张肃文编的《高频电子线路》第三版教材，高等教育出版社，P392面7.7节振荡器的频率稳定问题；P564面10.6节晶体振荡器直接调频。根据所指定的时间间隔不同，调频立体声的发射频率漂移属于短期频率稳定度，主要是与温度变化、电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。要达到接近晶体振荡器的稳定度可以采用三种方法：（1）对石英晶体振荡器进行直接调频；（2）采用自动频率控制电路；（3）利用锁相环路稳频。
3、 在接收模块当中，我们比较关心的是接收的音频信号的音质和强度。试分析电路中哪些措施可以提高
接收到的音频信号的音质和强度？您能提出哪些改进措施？
答：可参考曹志刚编《现代通信原理》教材，清华大学出版社。P93面4.8节采用预加重/去加重改善信噪比。我们实验中加入了预加重和去加重，另外对接收到的音频信号进行有效带通滤波。 4、 在调频发射部分当中，有什么方法可以对MPX处的立体声复用信号进行还原？
答：实际上MPX是发射部分的频分复用，只需对复用信号进行解复用即可，答案框图已在P6-6附图二中。
实验七思考题P7-5：
1、 描述抽样定理。
答：可参考任何通信原理教材。此不详述。 2、 本实验采用的是什么抽样方式？为什么？
答：实验采用的是自然抽样，自然抽样时，抽样过程实际是相乘的过程。另外说一下平顶抽样，实际应用中，平顶抽样是采用抽样保持电路来实现的。
3、 本实验的抽样形式同理想抽样有何区别？试将理论和实验相结合加以分析。
答：可参考曹志刚编《现代通信原理》教材，清华大学出版社。P110面5.3节实际抽样。 4、 在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？
答：应不包含直流分量，抽样过程实际是相乘的过程，得到的仍然是交流信号，经过调后仍不包含直流分量。
5、 造成系统失真的原因有哪些？
答：可参考陈国通主编的《数字通信》，哈尔滨工业大学出版社。P28面2.3节抽样误差的分析。造成系统失真的原因主要为：发送端的非理想抽样和接收端低通滤波的非理想所带来的误差。 6、 为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？
答：可参考樊昌信编的《通信原理》教材，第四版，国防工业出版社。P193面7.3节脉冲振幅调制。注意一点，只有自然抽样才可以直接用低通滤波器解调，自然抽样后包含有原始信号频谱，但对于平顶抽样需在接收端低通滤波之前用特性为1/H（w）的网络加以修正。
实验八思考题P8-11：
1、 TP3067PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给TP3067提供
2.048MHz的时钟？
答：64Kb/S，属于国际标准，由PCM帧结构知1帧共有32个路时隙，每路时隙8bit，每秒有8000帧，故30/32路PCM基群的数码率为：8000*32*8=2.048Mb/s，即发送端定时电路的时钟频率。 2、 认真分析TP3067主时钟与8KHz帧收、发同步时钟的相位关系。
答：参考指导书P8-8中2.功能说明。
3、 为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？
答：由于采样频率和输入信号的频率不是有规律的整数倍关系，所以抽样的信号点时刻不是一样的，
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