數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)一、二、四報(bào)告

1、中南大學(xué)數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告目 錄實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字基帶信號(hào)3實(shí)驗(yàn)二：數(shù)字調(diào)制7實(shí)驗(yàn)四：數(shù)字調(diào)解和眼圖8實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字基帶信號(hào)一、 實(shí)驗(yàn)?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(hào)波形特點(diǎn)。 2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號(hào)中提取位同步信號(hào)的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。5、了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、傳號(hào)交替反轉(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

2、從HDB3碼中和從AMI碼中提取位同步信號(hào)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(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)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(hào)波形。用信源單元的FS作為示波器的外同步信號(hào)，示波器探頭的地端接在實(shí)驗(yàn)板任何位置的GND點(diǎn)均可，進(jìn)行下列觀察：（1）示波器的兩個(gè)通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT，對(duì)照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）； （2）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼11100

3、10（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(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。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(hào)作為示波器的外同步信號(hào)。（1）示波器的兩個(gè)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(duì)應(yīng)的AMI碼（開關(guān)K4置于左方AMI端）波形和HDB3碼（開關(guān)K4置于右方HDB3端）波形。再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。觀察時(shí)應(yīng)注意AMI、HDB3碼的碼元都是占空比為0

4、.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(gè)碼元。（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對(duì)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(hào)波形。觀察時(shí)應(yīng)注意： HDB3單元的NRZ信號(hào)（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號(hào)（編碼輸入）8個(gè)碼元。 DET是占空比等于0.5的單極性歸零碼。 BPF信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不

5、恒定的準(zhǔn)正弦信號(hào)，BS-R是一個(gè)周期基本恒定（等于一個(gè)碼元周期）的TTL電平信號(hào)。 信源代碼連0個(gè)數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實(shí)現(xiàn)），而HDB3碼則不存在這種問題。本實(shí)驗(yàn)中若24位信源代碼中連零很多時(shí)，則難以從AMI碼中得到一個(gè)符合要求的穩(wěn)定的位同步信號(hào)，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同。一般將信源代碼置成只有1個(gè)“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(hào)（亦是全0信號(hào)）得到正確的位同步信號(hào)。四、 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果1. 連接好所有儀器，調(diào)出全零碼；全零碼 AMI

6、 全零碼 HDB32. 調(diào)出全一碼；全一碼 AMI 全一碼 HDB33. 自己選擇一組數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試。AMIBPFBSRDETHBD3NRZ五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？答：不歸零碼是當(dāng)“1”出現(xiàn)時(shí)電平翻轉(zhuǎn)，當(dāng)“0”出現(xiàn)時(shí)電平不翻轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)1和0的區(qū)別不是電平高低，而是電平是否轉(zhuǎn)換。而歸零碼在出現(xiàn)”0”時(shí)會(huì)出現(xiàn)零電位。（2）與信源代碼中的“1”碼相對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？答：不一定相同，因?yàn)镠DB3碼中要考慮到零轉(zhuǎn)化成的1碼。2.設(shè)代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及

7、HDB3碼的代碼和波形。答：一般將AMI或HDB3碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到占空比為0.5的單極性歸 零碼。這種信號(hào)的功率譜也在圖2中給出。由于整流后的AMI，HDB3碼中含有離散譜fs，故可用一選頻網(wǎng)絡(luò)得到頻率為fs的正弦波，經(jīng)整形、限幅、放大處理后即可得到位同步信號(hào)。3.總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號(hào)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€(gè)占空比等于0.5的單極性歸零碼，其連0個(gè)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(gè)相位抖動(dòng)較小的正弦信號(hào)，再經(jīng)過整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號(hào)。4.試根據(jù)占空比為0

8、.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(zhǎng)，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)，而HDB3碼則不存在此問題。答： 將HDB3碼整流得到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“0”個(gè)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(gè)數(shù)與信息代碼中連“0” 個(gè)數(shù)相同。所以信息代碼中連“0”碼越長(zhǎng)，AMI碼對(duì)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(hào)。而HDB3碼對(duì)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(hào)。實(shí)驗(yàn)二：數(shù)字調(diào)制一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系

9、。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的方法。 3、掌握相對(duì)碼波形與2PSK信號(hào)波形之間的關(guān)系、絕對(duì)碼波形與2DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、用示波器觀察絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形。 2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號(hào)波形。3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號(hào)頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜。三、 實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于左方N（NR

10、Z）端。 2、用數(shù)字信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)，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(duì)碼至相對(duì)碼變換規(guī)律以及從相對(duì)碼至絕對(duì)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(hào)相位變化與絕對(duì)碼的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)相位變化與相對(duì)碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號(hào)相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號(hào)的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且信號(hào)本身幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。 4、示波

11、器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個(gè)信號(hào)與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)幅度可能不相等，這對(duì)傳輸信息是沒有影響的）。 5、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)頻譜（條件不具備時(shí)不進(jìn)行此項(xiàng)觀察）。四、 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果1、 連接好所有儀器，分別調(diào)出全零碼和全一碼；全零碼 全一碼2、 采用任意碼形，如下圖所示；3、 用數(shù)字信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)，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；4、 示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK；AK BK5、 示波器CH1接

12、AK、CH2依次接2FSK和2ASK；2FSK 2ASK五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 設(shè)絕對(duì)碼為全1、全0或1001 1010，求相對(duì)碼。答：如實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、 設(shè)相對(duì)碼為全1、全0或1001 1010，求絕對(duì)碼。答：如實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3、 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(hào)波形。4、 總結(jié)絕對(duì)碼至相對(duì)碼的變換規(guī)律、相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律并設(shè)計(jì)一個(gè)由相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換電路。答： 絕對(duì)碼至相對(duì)碼的變換規(guī)律：“1”變“0”不變，即絕對(duì)碼的“1”碼時(shí)相對(duì)碼發(fā)生變化，絕對(duì)碼的“0”碼時(shí)相對(duì)碼不發(fā)生變化。此為信號(hào)差分碼。 相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律：

13、 相對(duì)碼的當(dāng)前碼元與前一碼元相同時(shí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前絕對(duì)碼為“0”碼，相異時(shí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前絕對(duì)碼為“1”碼。5、 總結(jié)2DPSK信號(hào)的相位變化與信息代碼(即絕對(duì)碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)的相位變化與相對(duì)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(hào)的相位變化與絕對(duì)碼（信息代碼）之間的關(guān)系是： “1”碼對(duì)應(yīng)的 2DPSK 信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi) 2DPSK 信號(hào)的末相變化 180，“0”碼對(duì)應(yīng)的 2DPSK 信號(hào)的初相與前一碼元內(nèi) 2DPSK 信號(hào)的末相相同。 2PSK 信號(hào)的相位變化與相對(duì)碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：當(dāng)前碼元與前一碼元相異時(shí)則當(dāng)前碼元內(nèi) 2PSK

14、信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi) 2PSK 信號(hào)的末相變化 180;相同時(shí)則碼元內(nèi) 2PSK 信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi) 2PSK 信號(hào)的末相無變化。實(shí)驗(yàn)四：數(shù)字調(diào)解和眼圖一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2. 掌握2FSK過零檢測(cè)解調(diào)原理。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。2用示波器觀察2FSK過零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形。3用示波器觀察眼圖。三、 實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)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(hào)連結(jié)方式如圖4-5所示,其中實(shí)線是指已在電路板上布好的,虛線是實(shí)驗(yàn)中要手工連接的。實(shí)際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需

15、要的位同步信號(hào)來自位同步提取單元。本實(shí)驗(yàn)中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號(hào)直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，位同步信號(hào)送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)則送到2FSK解調(diào)單元。圖4-5 數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖 1. 復(fù)習(xí)前面實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(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(shí)驗(yàn) （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號(hào)連線連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點(diǎn),以信源單元的FS信號(hào)作

16、為示波器外同步信號(hào)，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(gè)數(shù)相同時(shí)，LPF的正、負(fù)極性信號(hào)電平與0電平對(duì)稱，否則不對(duì)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(shí)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

17、元中AK信號(hào)與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號(hào)之間的關(guān)系。（5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號(hào)與載波同步CAR-OUT信號(hào)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(shí)數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號(hào)是偽隨機(jī)序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號(hào)。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點(diǎn)，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。 4. 2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)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(hào)連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點(diǎn),示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2

18、FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測(cè)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(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果1、 采用實(shí)驗(yàn)二中使用任意碼，如實(shí)驗(yàn)二所示；2、 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；3、 示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF；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(hào)與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號(hào)之間的關(guān)系；BK-BKBK-LPFBK-MUAK-AKAK-BKAK-LPFAK-MU5、 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(shí)數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號(hào)是偽隨機(jī)序