通信原理实验报告.doc

实验一 数字基带信号一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。 3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。二、实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。三、基本原理 1、本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。数字信源模块是整个实验系统的发终端，它产生的NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。HDB3编译码模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边A（AMI端）选择AMI码，位于右边H（HDB3端）选择HDB3码。 2、AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0的为0码。AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码，即脉冲宽度与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是=0.5TS。3、HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V，有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。四、实验步骤 1、示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄），实际在示波器上看到此时示波器中的波形如下图，发光状态是正确的。 图 12、用开关K1产生代码01110010，K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。 图 2结论：NRZ码的特点是极性单一，脉冲的宽度等于码元宽度，有直流分量。3、示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元（AMI）HDB3，将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码和HDB3码；再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察AMI码时将HDB3单元的开关K4置于A端，观察HDB3码时将K4置于H端。 图 3 全置1 图 4 全置0结果：信息码全1时，AMI和HDB3码是相同的。信息码全0时，AMI码是全0，没有信号电平的跳变，因此提取同步信息困难。不过对于HDB3码，连0数不多于3，总有信号电平的跳变，所以即使信息码全0时仍能够提取定时信号。4、将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。 图 5从图中可以看出，AMI码和HDB3码都是双极性归零码，且编码输出HDB3比输入信息源NRZ-OUT延迟了4个码元。5、将K1、K2、K3置于0000 0010 0000 0000 0000 0000，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，观察这些信号波形 图 6 DET 图 7 NRZ 图 8 BS-R 图 9 BPF五、实验结果与分析1. 根据实验观察和纪录回答：（1）不归零码和归零码的特点是什么？ 答：不归零码的脉宽等于码元宽度，归零码的脉宽小于码元的宽度。（2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？答：与信源代码中的“1”码对应的AMI 码及HDB3 码不一定相同。因为信源代码中的“1”码对应的AMI 码“1”、“-1”相间出现，而HDB3 码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关2. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码。 答：信息代码 1 1 1 1 1 1 1AMI 1 -1 1 -1 1 -1 1HDB3 1 -1 1 -1 1 -1 1信息代码 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 +B 0 0 +V -B 0 0 -V +B 0 0 +V 信息代码 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0AMI 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0HDB3 0 1 -1 1 0 0 -1 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V -1 0 0 0 +V 03. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。答：HDB3 中不含有离散谱fS(fS 在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5 的单极性归零码，其连0 个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱fS 成分，故可通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到满足要求的位同步信号。4. 试根据占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式说明为什么信息代码中的连0码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。答：将 HDB3 码整流得到的占空比为0.5 的单极性归零码中连“0”个数最多为3 ，而将AMI 码整流后得到的占空比为0.5 的单极性归零码中连“0”个数与信息代码中连“0”个数相同。所以信息代码中连“0”码越长，AMI 码对应的单极性归零码中“1”码出现概率越小，fS 离散谱强度越小，越难于提取位同步信号。而HDB3 码对应的单极性归零码中“1”码出现的概率大，fS 离散谱强度大，越易于提取位同步信号。实验二 数字调制一、实验目的 1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。 2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。 3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。1、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。二、实验内容1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。三、基本原理本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ 码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ 码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK 信号。调制模块内部只用+5V 电压。四、实验步骤1 、用数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1接信源单元的(NRZ-OUT)AK（即调制器的输入），CH2接数字调制单元的BK，信源单元的K1、K2、K3置于0000 0001 0000 0000 1000 0000 图 10 AK和BK信号结论：从图中结果，总结AK信号和BK信号的关系为：，反过来，。由于异或1相当于取反，异或0相当于保持。所以当时，而当时，。最终的BK波形由的首个参考相位决定。2、示波器CH1 接2DPSK，CH2 分别接AK 及BK，观察并总结2DPSK 信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK 信号相位变化与相对码的关系。图 11 AK和2DPSK信号结论：2DPSK信号在AK码元为“1”时反相。 图 12 BK和2DPSK信号结论：2DPSK信号在BK信号的前后码元不一致时反相。3、示波器CH1 接AK、CH2 依次接2FSK 和2ASK；观察这两个信号与AK 的关系。 图13 2FSK信号结论：2FSK信号在AK信号码元为“0”和“1”时，分别有两种频率不同的载波振幅。图 14 2ASK信号结论：2ASK信号中，在AK信号码元为“1”是，对应已调波有载波振幅，码元为“0”时，无已调载波波振幅。五、实验结果与分析1、设绝对码为全1、全0或1001 1010，求相对码。答：绝对码：1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0相对码：1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 02、设相对码为全1、全0或1001 1010，求绝对码。答：相对码 ：1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0绝对码 ：1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 13、设信息代码为1001 1010，假定载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2DPSK及2PSK信号波形。答：4、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。答： 绝对码至相对码的变换规律“1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生变化，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。此为信号差分码。 相对码至绝对码的变换规律相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。5、总结2DPSK信号的相位变化与信息代码(即绝对码)之间的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码之间的关系（即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系）。答：2DPSK 信号的相位变化与绝对码（信息代码）之间的关系是：“1 变0 不变”，即“1”码对应的2DPSK 信号的初相相对于前一码元内2DPSK 信号的末相变化180，“0”码对应的2DPSK 信号的初相与前一码元内2DPSK 信号的末相相同。2PSK 信号的相位变化与相对码（信息代码）之间的关系是：“异变同不变”，即当前码元与前一码元相异时则当前码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的末相变化180。相同时则码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的末相无变化。实验四 数字解调与眼图一、实验目的 1. 掌握2DPSK相干解调原理。2. 掌握2FSK过零检测解调原理。二、实验内容1. 用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。2. 用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。3用示波器观察眼图。三、基本原理 可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。在相位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率的13倍，两种解调方法都可用。实际工程中相干解调法用得最多。2FSK信号的解调方法有：包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。 四、实验步骤本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2DPSK 解调单元及2FSK解调单元，它们之间的信号连结方式如图3-1 所示,其中实线是指已在电路板上布好的,虚线是实验中要手工连接的。实际通信系统中，解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。在做2DPSK 解调实验时，位同步信号送给2DPSK 解调单元，做2FSK 解调实验时则送到2FSK解调单元。图4-1 数字解调实验连接图 1、将数字信源单元的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调单元的BS-IN点,以信源单元的FS信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1接数字调制单元的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调单元的MU。波形如下： 图 152、 波器的CH2 接2DPSK 解调单元的LPF，可看到LPF 与MU 同相。当一帧内BK中“1”码“0”码个数相同时，LPF 的正、负极性信号电平与0 电平对称，否则不对称。 图 163、观察数字调制单元的BK 与2DPSK 解调单元的MU、LPF、BK 之间的关系，再观察数字信源单元中AK 信号与2DPSK 解调单元的MU、LPF、BK、AK-OUT 信号之间的关系。 图 17 MU 图 18 LPF 图 19 BK 图 20 AK_OUT4、将数字调制单元单刀双掷开关K7置于右方（M序列）端，此时数字调制器输入的基带信号是伪随机序列（本系统中是M序列）信号。用示波器观察2DPSK解调单元LPF点，即可看到无噪声状态下的眼图。 图 21以上波形为2DPSK 解调实验中的波形图。 五、实验结果与分析 1. 设绝对码为1001101，根据实验观察得到的规律，画出如果相干载波频率等于码速率的1.5倍，在CAR-OUT与CAR同相、反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。答：当相干载波为-cosC t 时，MU、LPF 及BK 与载波为cosC t 时的状态反相，但AK 仍不变（第一位与BK 的起始电平有关）。2DPSK 系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。