信号检测法实验

                            王嘉俊、俞伟飞

                          （广东第二师范学院）

摘要：本实验运用有关仪器，通过信号检测法测出了我院两位心理班学生在不同先定概率条件下的重量感受性。经过分析认为：先定概率会影响被试的反应结果，随着先定概率的增大，感受性会先下降再升高，判定标准会降低。

关键词：信号检测法范式、先定概率、感受性、判定标准

一、引言

信号检测论（signal detection theory，简称SDT，或称信号侦察论、信号觉察论）的研究对象是信息传输系统中信号的接收问题。在心理学中，它是借助于数学的形式描述“接收者”在某一观察时间内将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。

信号检测论应用于心理学中的基本原理是：将人的感官、中枢分析综合过程看作是一个信息处理系统，应用信号检测论中的一些概念、原理对它进行分析。信号检测论在心理学中具体应用时，常把刺激变量当作信号，把对刺激变量起干扰作用的因素当作噪音，这样就可以把人接收外界刺激时的分辨问题等效于一个在噪音中检测信号的问题，从而便可应用信号检测论来处理心理学中的实验结果。

信号检测论的理论基础是统计决策。信号检测论本身就是一个以统计判定为根据的理论。它的基本原理是：根据某一观察到的事件，从两个可供选择的方面中选定一个。人们要想作这样的决策，必须有一个选择的标准。由于事物之间的区别并不那么明显，人在作选择决策时往往不是对就是错，因此当刺激超过这一标准时被试就以有信号反应，当刺激达不到这一标准时被试就以无信号反应。在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判断可以有4种结果：

1.击中。当信号出现时（SN），被试报告为“有”，这称为击中（hit），以y/SN表示。我们把这个判断的条件概率称击中的条件概率，以P（y/SN）表示。

2.虚报。当只有噪音出现时（N），被试报告为“有”，这称为虚报（false alarm），以y/N表示。我们把这个判断的条件概率称为虚报条件概率，以P（y/N）表示。

3.漏报。当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（miss），以n/SN表示。我们把这个判断的条件概率称为漏报条件概率，以P（n/SN）表示。

4.正确否定。当无信号只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确否定（correct rejection），以n/N表示。我们把这个判断的条件概率称正确否定的条件概率，以P（n/N）表示。

被试的判断虽然有4种结果，但判断的条件概率一般只用击中的条件概率和虚报的条件概率两种，即P（y/SN）和P（y/N）。这是因为其他两个条件概率是这两个条件概率的互补，即：P（n/SN）=1- P（y/SN），P（n/N）=1- P（y/N）。以上4种判断结果往往用一矩阵表示，见表1。

表1  两择一判断矩阵

信号检测论的实验方法之一：有无法。

这种方法的基本程序是：当主试呈现刺激后，让被试判断刚才呈现的刺激有无信号。事先主试要规定在这轮实验中SN和N呈现的先定概率，并且把判断结果的奖惩办法以及对被试的要求一并向被试说明。然后根据被试对呈现的刺激回答的4种结果（见表2）来估计P（y/SN）和P（y/N）。其计算方法是：P（y/SN）=f₁/(f₁+f₂)，P（y/N）=f₃/(f₃+f₄)。在方阵中，f₁为击中次数，f₂为漏报次数，f₃为虚报次数，f₄为正确否定次数。

表2  刺激反应矩阵

主试可以通过改变先定概率P(SN)、对判断结果的奖惩办法以及指导语等来改变被试采用的判断标准。每种标准至少要做100-200次实验，才可以取得较稳定的结果。根据每一标准所得到的实验结果f1、f2、f3、f4的方阵，可以估计出P（y/SN）和P（y/N）来。有了击中概率P（y/SN）和虚报概率P（y/N），就可以求出相应的纵坐标和Z分数。用如下公式求出判断标准似然比β和辨别力指数d′：β=O_SN/O_N；d′=Z_SN-Z_N。O_SN表示击中概率的纵坐标，即指击中概率相应的正态曲线上Y轴的高度，Z_SN表示击中概率所对应的标准分数；O_N表示虚报概率的纵坐标，Z_N表示虚报概率所对应的标准分数。

虽然人的辨别能力是比较稳定的，但是人的判断标准是随信号出现的概率和对被试回答的奖惩办法而改变。如果奖惩办法不变，当信号出现的概率低时，被试不轻易说有信号，那么标准就要定得低。随着信号出现概率的改变，判断标准也在改变。当信号出现频率低时，β值大，说明被试判断有信号的标准高；信号出现频率高时，β值小，说明被试判断有信号的标准低。

二、实验方法

1、实验目的：

经过重量辨别，学习信号检测实验的有无法，掌握信号检测实验的基本原理。

2、实验仪器与材料：

高2厘米、直径4厘米的圆柱体一套，这套圆柱体的重量要求如下：100克、104克、108克和112克的重量各1个；遮眼罩1副。

3、被试：广东第二师范学院心理学班学生两名

4、实验程序：

（1）准备工作

把104、108和112克的重量与100克的重量各比较10次，选出一个在10次比较中有7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激（SN），100克的重量作为噪音（N）。

主试按下列3种不同的SN、N出现的概率安排实验顺序：

              （1）      （2）       （3）

P（SN）       0.20        0.50        0.80

P（N）        0.80        0.50        0.20

（2）正式实验

A、在每50次实验开始前，先让被试熟悉一下信号和噪音的区别，并告诉被试在这50次中信号出现的概率。

B、主试按顺序呈现刺激，每种先定概率做100次，其中信号在前和信号在后各50次。50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则排列。哪一次呈现信号，哪一次呈现噪音务必搞清楚。两次呈现刺激的时间间隔至少3秒，千万不要为了赶进度连续不断地呈现刺激。

C、被试提举重量时，提得高低、快慢要前后一致。提举后，若判断为信号就回答“信号”，主试就在记录表上相应的（ ）内记下“+”号；若判断为噪音就回答“噪音”，主试就记“—”号。每做完50次休息2分钟。

D、按上述方法，直到做完300次为止。

E、换被试重做上述实验。

三、实验结果

                  

表1  两被试实验结果统计（反应次数）

表2  信号检测实验结果处理（被试甲）

表3  信号检测实验结果处理（被试乙）

公式：

d’=z击中—z虚惊           

根据所估计的两对 P(y/SN)和 P（y/N）的数值，以虚惊 P(y/N) 为横坐标，以击中概率P(y/SN)为纵坐标，分别画出两个被试的ROC曲线图。

图一被试甲与被试乙的ROC曲线

（系列1为被试甲，系列2为被试甲，系列3为偶然事件。）

四、分析与讨论

1、   感受性d’会受先定概率的影响。

从图一中可以观察到被试甲与被试乙的两条ROC曲线与偶然事件直线的距离都相距得比较远，可知两位被试的感受性d’都是比较高的，但由于实验器材的缺陷，其中的误差也是不小的（后面有详细说明）。

从表1与表2中可知，被试甲的感受性d’随着先定概率的增大而增大，而被试乙的感受性d’则随着先定概率的增大而先减少再增大。

按照理论分析，当先定概率处于中间（0.5）时，信号与噪音出现的频率一样，被试通过猜测来而回答正确的概率会下降，期望效应的作用不大，也就说被试的感受性是最低的。当先定概率向两极延伸时，被试将更有可能猜中结果，因此被试的感受性会升高。所以被试乙的实验结果与理论符合。至于被试甲的实验结果不符合规律，可能的原因有：

（1）练习效应，在实验刚开始的时候，被试可能会由于对信号与噪音的记忆不深，所以回答的正确率较低。但随着实验的进行，通过不断地接受信号和噪音刺激，被试对两者的记忆会越来越深，因此回答的成绩也会在一定范围内慢慢升高

（2）疲劳效应，由于整个实验需要做300次之多，而实验的时间又有限，被试得不到充分的休息（实验过程中被试乙曾报告说手感觉到酸麻），这造成了被试反应的实验结果受到影响。另外被试的态度对实验结果也有很大影响，被试可能因为实验次数过多而觉得不耐烦，因为希望快速结束实验而不认真作答。

（3）实验器材缺陷。本次实验中用来辨别重量的圆柱体有部分是损坏的（部分圆柱体内部的金属块碎裂），被试在辨别重量的时候，有些圆柱体会发出声响，所以即使被试被蒙着眼睛，有些时候还是可以通过听声音来猜测，导致了实验结果有作假的可能。

（4）实验环境的干扰。由于实验进行的时候，实验室里还有多个小组同时也在进行实验，多个被试都在作报告，造成实验室内比较吵闹，由此被试的情绪、判断能力可能会受到一定的影响。

2、   判定标准会受先定概率的影响

  从表1和表2中可知，被试甲与被试乙的值都随着先定概率的增加而下降，也就是说两位被试的判断标准都随着先定概率的增大而变得越来越宽松，这是比较符合规律的。

根据理论分析，在实验过程中很多的时候，被试仅仅凭借自己的感觉是很难分辨出哪个是信号哪个是噪音，作出肯定回答的，在这些模棱两可的情况下，被试往往会加入自己的主观感情去猜测。因为期望效应，所以当先定概率较低的时候，被试会倾向于猜测“无信号”，而当先定概率较高的时候，被试则会倾向于猜测“有信号”。

 所以，当先定概率为0.2时，两位被试的判断标准都比较严格，都大于2，说明不容易报告“有信号”；当先定概率为0.5时，两位被试的判断标准都放宽了，都小于2；当先定概率达到0.8时，两位被试的判断标准都变得非常宽松了，都小于1。

3、信号检测论的方法可应用到其他测量感受性的实验中

   例如，运用信号检测论的方法可以测量先定概率对回忆的影响。实验中可选图画500页，分为5组每组100张。5组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。对于每组画页，主试使用一种信号的先定概率，然后按此先定概率呈现给被试一定数量的画页，要求被试把它们当做“信号”记住。作为信号的画页呈现完毕后，与此组作为噪音的画页混合，然后随机地逐张呈现给被试。这时，每呈现一张画页，即要求被试判断此画页是“信号”还是“噪音”，并要求被试把结果记录在实验纸上。根据五种先定概率得到的实验结果，就可计算击中概率和虚惊概率。

五、结论

1、  实验中测出了两位被试在不同先定概率中对重量差别的感受性d’和判定标准。

2、  根据分析可知，先定概率确实对被试的反应结果存在影响。感受性d’在先定概率为0.5时为最小，随着先定概率的大小向两极延伸，感受性d’会升高。另外，随着先定概率的增大，判定标准会下降。因此推翻了传统心理学中认为感觉阈限是一个单一确定的值的假设。

3、  通过实验学会了根据实验结果绘制ROC曲线。

4、  经过本次实验，学习了信号检测实验的有无法，已掌握信号检测实验的基本原理及操作流程，达到了实验目的。

六、参考文献

[1]郭秀艳著、杨志良审订.实验心理学. 北京：人民教育出版社，2004

[2]杨志良.实验心理学.杭州:浙江教育出版社，1998 

 

第二篇：通信原理实验报告

                     通信原理实验报告

一、实验目的

1、熟悉信号源实验模块提供的信号类别；

2、加深对PCM编码过程的理解；

3、掌握2ASK、2FSK的调制、解调原理；

4、通过观察噪声对信道的影响，比较理想信道与随机信道的区别，加深对随机信道的理解。

二、实验器材

实验模块---信号源

双踪示波器

模拟信号数字化模块

数字调制模块

信道模拟模块

数字解调模块

连接线

三、实验原理

1、测试工具---示波器：

  （1）示波器的输入功能区：从通道1和通道2输入

  （2）示波器的测量功能区：QuickMeas光标调节和快速测量，可以测量电压和频率；auto-scale自动触发扫描；在左上角的按钮可以调节扫描时间；在右上角的按钮可以调节水平位置。

  （3）示波器的控制功能区，Run/Stop可以暂停便于得出波形

2、模拟信号数字化（PCM编码）

 脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。PCM的原理框图：

  PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。

(1)、采样：利用奈奎斯特定律，fs2fb,(fs是采样频率，fb是信号的截止频率)，满足这个不等式关系信号才不会重叠，以致信号不能还原。

(2)、量化：模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。本实验模块中所用到的PCM编码芯片TP3067是采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性压扩特性来进行编码的。

A律13折线：

(3)、编码

所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。

PCM电路原理图：

                    

3、2ASK调制原理

  将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或者是“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK）。

  其时域数学表达式为： 式中，A为未调载波幅度，为载波角频率，为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：

                         

令A＝1，则2ASK信号的一般时域表达式为：

                            

式中，T_s为码元间隔，为持续时间 [－T_s/2，T_s/2] 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。

2ASK信号的典型时域波形

4、2FSK调制原理

  2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为时代表传0，载频为时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以和为载频、以和为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图15-5所示，其一般时域数学表达式为

         （15－7）

式中，，，是的反码，即

数字键控法实现二进制移频键控信号原理图：

2FSK信号的典型时域波形：

5、信道原理

 （1）信道

  广义信道按照它包含的功能，可以划分为调制信道与编码信道。我们这里主要用的是编码信道，接下来介绍一下编码信道模型。编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，及把一种数字序列变成另一种数字序列。因此，有时把编码信道看成是一种数字信道。编码信道模型可以用数字的转移概率来描述。

 （2）信道噪声

  非理想信道中必然存在噪声，而其中又以高斯白噪声最为普遍。在本实验中我们用伪随机序列模拟高斯白噪声。伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛的实际应用。由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为m序列。由于m序列的均衡性、游程分布、自相关特性和功率谱与上述随机序列的基本性质很相似，所以通常认为m序列属于伪噪声序列或伪随机序列。多次进行某一测量，都有较好的重复性。将m序列进行滤波，就可取得上述功率谱均匀的部分作为输出。

  （3）纠错编码

  在随机信道中，错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。例如，由高斯白噪声引起的错码就具有这种性质。因此，当信道中加性干扰主要是这种噪声时，就称这种信道为随机信道。汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。

  （4）传输畸变和眼图

  一个实际的基带传输系统，尽管经过了精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。因此，码间干扰也就不可能避免。眼图就是一种能够方便地估计系统性能的实验手段。这种方法的具体做法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。这时就可以从示波器显示的图形上观察出码间干扰和噪声的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。

6、2ASK解调原理

2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，本次实验采用的非相干解调（包络检波法），相应的接收系统原理框图如图所示：

7、2FSK解调原理

 2FSK有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，本次试验采用的是过零检测法对2FSK调制信号进行解调。

 过零检测法

四、实验步骤

1、根据脉冲编解码实验的步骤将模拟信号转换为数字信号

（1）插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1、POWER2、S2、S3，对应的发光二极管LED001、LED002、D200、D201、LED600、LED300、LED301发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。

（2）、将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为0000000 0000001。

  （3）、将信号源模块产生的正弦波信号（频率2.5KHz，峰-峰值为3V）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“64K”、“8K”“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“64K-输入”、“8K-输入”、“2048K-IN”连接，观察信号输出点“PCM-OUT”的波形。

  （4）、连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，观察信号输出点“OUT”的波形。

2.从信号源模块提取一个点频载波，并将数字信号和载波信号分别输入到数字调制模块的ASK或FSK调制

（1）按下数字解调模块中的开关POWER1、POWER2，模块开始工作。

（2）2ASK调制实验

将模拟信号数字化模块产生的数字信号（PCM-OUT）和32KHz的正弦波（幅度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“ASK基带输入”和“ASK载波输入”。以信号输入点“ASK基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“ASK基带输入”和点“ASK调制输出”的波形。改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。

   （3）2FSK调制实验

  将模拟信号数字化模块产生的数字信号（PCM-OUT）和32KHz正弦波（幅度为3V左右）、64KHz的正弦波（幅度为3V左右）分别送入数字调制模块的信号输入点“FSK基带输入”、“FSK载波输入1”和“FSK载波输入2”。以信号输入点“FSK基带输入”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“FSK基带输入”和点“FSK调制输出”的波形。改变送入的基带信号和载波信号，重复上述实验。

3.将数字调制模块的已调输出信号传输到信道模块

  （1）按下信道模拟模块中的开关POWER1、POWER2，模块开始工作。

  （2）将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000001 00101000，即调为128倍分频，信道模拟模块的码速率选择拨位开关设置为1000。

  （3）将第二步中的“ASK调制输出”的波形接入信道输入口，再在信道输出处用示波器观察波形

  （4）改变噪声功率（从小到大）观察波形前后的变化

4.同时将信道模块的输出信号送给数字解调模块

  （1）按下数字解调模块中的开关POWER1、POWER2，模块开始工作。

（2）ASK解调实验

①  用第三步信道模拟模块输出的信号送入数字解调模块的信号输入点“ASK-IN”，观察信号输出点“ASK-OUT”处的波形，并调节标号为“ASK判决电压调节”的电位器，直到在该点观察到稳定的NRZ码。

②  用示波器观察第一步“PCM-OUT”和“ASK-OUT”处的波形。

（3）FSK解调实验

①  将第三步信道模拟模块输出的信号波形送入数字解调模块的信号输入点“FSK-BS”，观察信号输出点 “FSK解调输出”处的波形。

②  并与第一步的“PCM-OUT”波形进行比较。

五、实验结果

（1）模拟信号源： 2K正弦波波形【频率与幅度可变】

（2）模拟信号源：64K与32K正弦波波形

   

（3）信号源和Z8K：

（4）PCM-OUT和OUT：

     

（5）2ASK

 （6）2FSK

    

(7)信道模拟输出（加一定噪声功率）

（8）ASK解调输出和PCM-OUT

六、实验数据分析

  本次试验结果与理论结果基本相符。

  实验的第一步将模拟信号数字化，即2.5kHZ的正弦信号PCM脉冲调制。在PCM-OUT所测得的波形和理论相符。

  实验第二步将PCM脉冲调制的信号进行2ASK、2FSK调制，在调制输出观察的波形和ASK、FSK理论分析的调制波形一致。

  实验第三步将调制信号通过信道模拟模块，在输出端观测波形与调制波形（即输入信道的信号）一致，当增大噪声功率时，可以发现信号会发生失真。

  实验第四步将经过信道传输的调制信号解调，在解调输出端观测的波形与脉冲调制PCM-OUT的波形基本一致，有了一些延迟。

 综上，整个实验成功模拟了信号从发送端到接收端的整个过程。

七、思考题

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。

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：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。

   4、 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。

5、 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。

6、 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，编码输出的信号也即不一样，实时观察的信号就是随时变化的。

7、 分析满载和过载时的脉冲编码调制和解调波形。

答：根据PCM的抽样量化编码过程可知，满载和过载时量化结果都是一样的，为最大量化值，8位为全1，解调输出为最大量化值对应的模拟量。

8、 当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调的波形。

答：TP3067集成芯片主要是针对音频信号的，内部有一个带通滤波器滤除，当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，没有信号输入，量化值为零，编码输出全零，解调也为无。

9、分析2ASK、2FSK、2DPSK的调制原理。

   答：在前面的实验原理里已经回答了2ASK、2FSK的调制原理。

    2DPSK调制原理。

2PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和π相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图15-7所示。

设二进制单极性码为a_n，其对应的双极性二进制码为b_n，则2PSK信号的一般时域数学表达式为：

                              （15－10）

其中：

则（15－10）式可变为：

                    （15－11）

由（15－10）式可见，2PSK信号是一种双边带信号，比较（15－10）式于（15－3）式可知，其双边功率谱表达式与2ASK的几乎相同，即为：

        （15－12）

2PSK信号的谱零点带宽与2ASK的相同，即

（Hz）            （15－13）

我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应数字信号的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复。这种现象常称为2PSK的“倒π”现象，因此，实际中一

般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式。

10、比较2ASK、2FSK、2DPSK调制信号的频谱并作分析，进而分析三种调制方式各自的优缺点。

答：2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两个部分组成。其中，连续谱取决于矩形波形g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定；另外，二进制2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍；2FSK调制是数字通信中用得较广的一种方式。它的频谱可看作是两个振幅键控信号相叠加的方法。2FSK信号的功率谱同样由连续谱和离散谱组成。连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个载频位置上。另外，如果两个载频之差较小，则连续谱出现单峰，如果载频之差逐步增大，即两个频率的距离增加，则连续谱出现双峰；2DPSK的频谱与2PSK的频谱是完全相同的。且其功率谱密度同样由连续谱与离散谱两部分组成。且当双极性基带信号以相等的概率出现时，将不存在离散谱部分。而且2DPSK的连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同，仅仅相差一个常数因子，所以其带宽也与2ASK信号的相同。

比较：

（1）频带宽度：当码元宽度为TS 时，2ASK系统和2PSK系统的频带宽度近似为2，而2FSK系TS

统的带宽近似大于其他两种，所以从频带宽度或频带利用率上，2FSK系统最不可取。

（2）误码率：在相同误码率条件下，在信噪比要求上2PSK比2FSK小。所以在抗加性高斯白噪声方面，2PSK相干性能最好，然后是2FSK。

（3）对信道特性变化的敏感性：由于2FSK不需要人为的设置判决门限。2PSK判决器的最佳判决门限为零，所以它们不随信道特性的变化而变化。而2ASK当信道特性发生变化时，判决器的最佳判决门限也将随之而变。所以2ASK的性能最差。

（4）设备的复杂程度：一般相干解调的设备要比非相干解调时复杂，而同为非相反解调时，2DPSK的设备最复杂，2FSK次之，2ASK最简单。

11、 改变74123的哪些外围元件参数对FSK解调正确输出有影响？

答：改变15脚与电源之间的电阻，14脚与15脚之间的电容可以对FSK解调正确输出有影响。

12、 用过零检测法进行FSK解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比是否产生了延迟？

答：实际上是产生了延迟。

13、 PSK解调器系统由哪几大部分组成？简述各部分的作用。

答：PSK解调器包括带通滤波器、相乘器、低通滤波器和抽样判决器。其中带通滤波器主要是滤去其他频段无用信号，以免对解调造成干扰。PSK解调一般采用相干解调，所以相乘器主要用于与载波相乘。再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，再依次抽样判决器得到基带信号。

14、 本实验中的噪声为加性噪声，试说明实际信道中的加性噪声有哪些，各有什么特点？

答：实际信道中的加性噪声主要是随机噪声。可分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声三类。（1）单频噪声是一种连续波的干扰，它的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测，所以单频噪声并不是在所有通信系统中都存在；（2）脉冲噪声是在时间上无规则地突发的短促噪声，其主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段；（3）起伏噪声是以热噪声、散弹噪声及宇宙噪声为代表的噪声。其特点是无论在时域内还是在频域内它们总是普遍存在和不可避免的。

15、 本实验中使用的纠错码为汉明码，举出其他常用的纠错码并比较它们的优缺点。

答：其他常用的纠错码有循环码、BCH码、卷积码等。其中（1）汉明码是一种高效的能纠错单个错误的线性分组码。因为在纠单个错误时，汉明码所用的监督码元最少，与码长相同的能纠单个错误的其它码相比，编码效率最高循环码。但是它只能纠正单个随机错误的码。（2）循环码的编码和解码设备都不太复杂，且检错和纠错能力较强。循环码除了具有线性码的一般性质外，还具有循环性。（3）BCH码是一种特别重要的循环码，它解决了生成多项式与纠错能力的关系问题，可以方便地得到纠正多个随机错误的码。

（4）卷积码是一种非分组码，码的构造也比较简单，在性能上也相当优越。但是它的数学理论并不像循环码那样完整严密。

16、 实验（二）步骤3和步骤4的结果是否不同？如果不同，试说明原因。

答：结果不同。因为本实验中使用的纠错码为汉明码。汉明码只能纠正一个错码，所以当出现两位错码的时候，汉明码无法判断哪一位出现错误，导致解码出错。

17、 为什么利用眼图能大致估算接收系统性能的好坏程度？

答：因为评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是用示波器观察接收端的基带信号波形，用来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响。而通过眼图的观察能直观地了解到码间串扰和噪声的一个影响。当无码间串扰和噪声干扰时，示波器显示的迹线细而清晰，“眼睛”张开。当有干扰时各个码元波形不能完全重合，扫描迹线粗而不清晰，“眼睛”闭合。眼图中央的垂直线表示了最佳的抽样时刻。眼图中央的横轴位置即是最佳判决的门限电平。当基带传输系统存在码间串扰时，眼图将部分闭合，故眼图的“眼”睁的大小将反映码间串扰的强弱。