中南大學(xué)數(shù)字通信原理實驗報告

1、 數(shù)字通信原理實驗報告專業(yè)班級：指導(dǎo)老師：李 敏姓 名：學(xué) 號：實驗一數(shù)字基帶信號學(xué)生姓名學(xué)號同組人：實驗項目數(shù)字基帶信號必修 選修演示性實驗 驗證性實驗 操作性實驗 綜合性實驗實驗地點本部實驗樓實驗儀器臺號指導(dǎo)老師李敏實驗日期及節(jié)次第10周周五7-8節(jié)課一、實驗?zāi)康?1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號波形特點。 2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號中提取位同步信號的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。5、 了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。二、實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、傳號交替反

2、轉(zhuǎn)碼（AMI）、三階高密度雙極性碼（HDB3）、整流后的AMI碼及整流后的HDB3碼。 2、用示波器觀察從HDB3碼中和從AMI碼中提取位同步信號的電路中有關(guān)波形。3、用示波器觀察HDB3、AMI譯碼輸出波形。三、 實驗 步驟 本實驗使用數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元。1、 熟悉數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，打開電源開關(guān)。2、 用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號波形。 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號，示波器探頭的地端接在實驗板任何位置的GND點均可，進(jìn)行下列觀察： （1）示波器的兩個通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT，對照發(fā)光二極管的發(fā)光

3、狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對應(yīng)的發(fā)光管熄）； （2）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點。3、 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。仍用信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號。（1）示波器的兩個探頭CH1和CH2分別接信源單元的NRZ-OUT和HDB3單元的AMI-HDB3，將信源單元的K1、K2、K3每一位都置1，觀察全1碼對應(yīng)的AMI碼（開關(guān)K4置于左方AMI端）波形和HDB3碼（開關(guān)K4置

4、于右方HDB3端）波形。再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。觀察時應(yīng)注意AMI、HDB3碼的碼元都是占空比為0.5的雙極性歸零矩形脈沖。編碼輸出AMI-HDB3比信源輸入NRZ-OUT延遲了4個碼元。（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號波形。觀察時應(yīng)注意： · HDB3單

5、元的NRZ信號（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號（編碼輸入）8個碼元。 · DET是占空比等于0.5的單極性歸零碼。 · BPF信號是一個幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)正弦信號，BS-R是一個周期基本恒定（等于一個碼元周期）的TTL電平信號。 · 信源代碼連0個數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實現(xiàn)），而HDB3碼則不存在這種問題。本實驗中若24位信源代碼中連零很多時，則難以從AMI碼中得到一個符合要求的穩(wěn)定的位同步信號，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實驗系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同。一般將信源代碼置成

6、只有1個“1”碼的狀態(tài)來觀察譯碼輸出）。若24位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI信號（亦是全0信號）得到正確的位同步信號。4、 實驗 報告要求 1. 根據(jù)實驗觀察和紀(jì)錄回答：（1） 不歸零碼和歸零碼的特點是什么？（2） 與信源代碼中的“1”碼相對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？ 答：1）不歸零碼特點：脈沖寬度  等于碼元寬度Ts        歸零碼特點： Ts  2）與信源代碼中的“1”碼對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼不一定相同。因信源代碼中的“1”碼對應(yīng)的AMI碼

7、“1”、“-1”相間出現(xiàn)，而HDB3碼中的“1”，“-1”不但與信源代碼中的“1”碼有關(guān)，而且還與信源代碼中的“0”碼有關(guān)。2. 設(shè)代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。 答：信息代碼     1    1   1   1   1   1   1 AMI     1 

8、60;  -1   1   -1  1     -1  1  HDB3      1    -1   1   -1  1     -1  1 信息代碼   0 0 0&#

9、160;0   0  0 0 0   0 0 0 0   0 AMI    0 0 0 0   0  0 0 0   0 0 0 0   0  HDB3   0 0 0 1   -1 

10、60;0 0 1  -1 0 0 1  -1 信息代碼  0 1  1 1  0 0  1 0  0 0 0 0  1  1 0 0  0 0  1 0  0 0  0  0 AMI   0 1

11、60;-1 1  0 0 -1 0  0 0 0 0  1 -1 0 0  0 0  1 0  0 0  0  0  HDB3    0 1 -1 1  0 0 -1 0  0 0-1 0  1 -1 

12、;1 0 0 1 -1 0  0 0 1 03. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號的原理。 答：HDB3中不含有離散譜fS(fS在數(shù)值上等于碼速率)成分。整流后變?yōu)橐粋€占空比等于0.5的單極性歸零碼，其連0個數(shù)不超過3，頻譜中含有較強(qiáng)的離散譜fS成分，故可通過窄帶帶通濾波器得到一個相位抖動較小的正弦信號，再經(jīng)過整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號。4. 試根據(jù)占空比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號，而HDB3碼則不存在此問題。 答：將HDB

13、3碼整流得到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“0”個數(shù)最多為3 ，而將AMI碼整流后得到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“0”個數(shù)與信息代碼中連“0”個數(shù)相同。所以信息代碼中連“0”碼越長，AMI碼對應(yīng)的單極性歸零碼中“1”碼出現(xiàn)概率越小，fS離散譜強(qiáng)度越小，越難于提取位同步信號。而HDB3碼對應(yīng)的單極性歸零碼中“1”碼出現(xiàn)的概率大，fS離散譜強(qiáng)度大，于提取位同步信號。附：實驗攝圖1、信源代碼：1111 1111 1111 1111 1111 1111對應(yīng)的AMI碼波形如下：對應(yīng)的HDB3碼波形如下：2、 信源代碼：0000 0000 0000 0000 0000 0000對應(yīng)的

14、AMI碼波形如下：對應(yīng)的HDB3碼波形如下：3、信源代碼：0111 0010 0000 1100 0010 0000對應(yīng)的AMI碼波形如下：對應(yīng)的HDB3碼波形如下：4、信源代碼：1111 0000 0110 1100 1000 0110 對應(yīng)的AMI碼波形如下：對應(yīng)的HDB3碼波形如下：對應(yīng)的HDB3單元的DET信號波形如下：對應(yīng)的HDB3單元的NRZ信號波形如下：實驗二 數(shù)字調(diào)制學(xué)生姓名學(xué)號同組人：實驗項目數(shù)字調(diào)制必修 選修演示性實驗 驗證性實驗 操作性實驗 綜合性實驗實驗地點本部實驗樓實驗儀器臺號指導(dǎo)老師李敏實驗日期及節(jié)次第12周周六5-8節(jié)課一、 實驗?zāi)康?1、掌握絕對碼、相對碼概念及

15、它們之間的變換關(guān)系。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號的方法。 3、掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關(guān)系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關(guān)系。4、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。二、 實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。 2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號波形。3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。三、 實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元。 1、熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)

16、K7置于左方N（NRZ）端。 2、用數(shù)字信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號，示波器CH1接信源單元的(NRZ-OUT)AK（即調(diào)制器的輸入），CH2接數(shù)字調(diào)制單元的BK，信源單元的K1、K2、K3置于任意狀態(tài)（非全0），觀察AK、BK波形，總結(jié)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律。3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且信號本身幅度可能不一致，但這并不影響信息的

17、正確傳輸。 4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對應(yīng)的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的）。 5、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜（條件不具備時不進(jìn)行此項觀察）。四、 實驗報告要求1、設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。答：絕對碼  11111，00000，10011010 相對碼  10101，00000，11101100 或  01010，11111，000100112、設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1

18、010，求絕對碼。答：相對碼  11111，00000，10011010 絕對碼  00000，00000，01010111 或  10000，10000，110101113、設(shè)信息代碼為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號波形。4、總結(jié)絕對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律并設(shè)計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。答： 絕對碼至相對碼的變換規(guī)律     “1”變“0”不變，即絕對碼的“1”碼時相對碼發(fā)生變化，絕對碼

19、的“0”碼時相對碼不發(fā)生變化。   相對碼至絕對碼的變換規(guī)律 相對碼的當(dāng)前碼元與前一碼元相同時對應(yīng)的當(dāng)前絕對碼為“0”碼，相異時對應(yīng)的當(dāng)前絕對碼為“1”碼。5、 總結(jié)2DPSK信號的相位變化與信息代碼(即絕對碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）。 答：2DPSK信號的相位變化與絕對碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：  “1變0不變”，即“1”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相變化180º，“0”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相與前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相

20、相同。  2PSK 信號的相位變化與相對碼（信息代碼）之間的關(guān)系是： “異變同不變”，即當(dāng)前碼元與前一碼元相異時則當(dāng)前碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相變化180º。相同時則碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相無變化。附：實驗攝圖1、 信源代碼:1110 0011 1000 1110 0011 1000對應(yīng)的AK與BK波形如下：信源代碼：0110 0011 1000 1110 0011 1000對應(yīng)的AK與BK波形如下：2、 信源代碼：1110 0000 1110 0000 0101 0101對應(yīng)的2DPSK

21、與AK波形如下：信源代碼：1110 0000 1110 0000 1101 0101對應(yīng)的2DPSK與AK波形如下：3、 信源代碼：1110 0000 1110 0000 1111 1111對應(yīng)的2DPSK與BK波形如下：信源代碼：1110 0000 1110 0000 1001 1111對應(yīng)的2DPSK與BK波形如下：4、信源代碼：對應(yīng)的AK與2FSK波形如下：對應(yīng)的AK與2ASK波形如下：實驗四 數(shù)字解調(diào)與眼圖一、 實驗?zāi)康?1. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。二、 實驗內(nèi)容 1. 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。2. 用示波器觀察2FSK過零檢

22、測解調(diào)器各點波形。3用示波器觀察眼圖。三、 實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號連結(jié)方式如圖4-5所示,其中實線是指已在電路板上布好的,虛線是實驗中要手工連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號來自位同步提取單元。本實驗中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實驗時，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實驗時則送到2FSK解調(diào)單元。圖4-5 數(shù)字解調(diào)實驗連接圖 1. 復(fù)習(xí)前面實驗的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元

23、單刀雙擲開關(guān)K7置于左方NRZ端。 2. 檢查要用到的數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制及載波同步單元是否工作正常，保證載波同步單元處于同步態(tài)！ 3. 2DPSK解調(diào)實驗 （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點,以信源單元的FS信號作為示波器外同步信號，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2（建議使用示波器探頭的x10衰減檔）接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4-3所示的理論波形。 （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負(fù)極性信號電平與0電平

24、對稱，否則不對稱。（3）示波器的CH1接VC，調(diào)節(jié)電位器R39，保證VC處在0電平（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時LPF的中值即為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門限。（4）觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字信源單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關(guān)系。（5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于右方（M序列）端，此時數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機(jī)序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號。用示波器觀察

25、2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。 4. 2FSK解調(diào)實驗將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7還原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖4-4所示的理論波形。四、 實驗報告要求1. 設(shè)絕對碼為1001101，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律，畫出如果相干載波頻率等于碼速率的1.5倍，在CAR-OUT與CAR同相、反相時2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。答：當(dāng)相干載波為-cosC t時，MU、LPF及BK與載波為cosC t時的狀態(tài)反相，但AK仍不變（第一位與BK的起始電平有關(guān)）。2DPSK系統(tǒng)之所能克服相位模糊現(xiàn)象，是