通信原理實(shí)驗(yàn)

1、通信原理實(shí)驗(yàn) 班級：姓名：學(xué)號：日期：2016/5/15一 緒論現(xiàn)代通信包括傳輸、復(fù)用、交換、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。通信原理課程主要介紹傳輸及復(fù)用技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涵蓋了數(shù)字信號傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容及時(shí)分復(fù)用技術(shù),其設(shè)計(jì)思路是如圖0.1所示的兩路時(shí)分復(fù)用PCM/2DPSK數(shù)字電話系統(tǒng)。圖中STA、STB分別為發(fā)端的兩路模擬話音信號，BS為時(shí)鐘信號，SLA、SLB為抽樣信號，F(xiàn)為幀同步碼，AK為絕對碼，BK為相對碼。在收端，CP為位同步信號，F(xiàn)S為幀同步信號，F(xiàn)1、F2為兩個(gè)路同步信號，SRA、SRB為兩個(gè)PCM譯碼器輸出的模擬話音信號。TX-3B、TX-5及TX-6型實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需的三輸出直流穩(wěn)壓電源（+5V、3

2、A，+12V、0.5A，-12V、0.5A）已內(nèi)置，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需外接220V交流電。TX-3B、TX-5型實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源插座在箱體左側(cè)，開關(guān)在實(shí)驗(yàn)板左下角；TX-6型實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源插座在箱體后側(cè)，開關(guān)在箱體的左側(cè)。電源開關(guān)中帶指示燈。其他型號實(shí)驗(yàn)設(shè)備需外置三輸出直流穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)必備儀器為雙蹤模擬示波器（至少為20MHZ），設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要計(jì)算機(jī)配合。在某些實(shí)驗(yàn)步驟中，需用頻率計(jì)、低失真度低頻信號源、失真儀、頻譜儀等,但無這些儀器時(shí)絕大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍可完成。實(shí)驗(yàn)1數(shù)字基帶信號與AMI/HDB3編譯碼一 判斷信源模塊是否正常工作1. 信源發(fā)光二極管隨著K1.K2.K3開關(guān)的變化而亮滅，測試正常二 觀察A

3、MI碼和HDB3碼的區(qū)別1.如上圖所示，可以看到在屏幕左方是幀同步信號X1110010，后面是任意信息代碼，屏幕右側(cè)為另一幀的同步信號，幀同步碼被集中插入到每一幀的固定位置，各路數(shù)據(jù)占有各自固定的時(shí)隙2.如上圖所示為AMI碼的編碼器輸出和輸入信號NRZ，由圖可知，編碼器輸出信號比輸入信號NRA滯后約4個(gè)碼元，設(shè)置的K1位01110010，K2為00001100，K3為00100000，由圖可知，碼元1對應(yīng)AMI為正負(fù)電平交替出現(xiàn)，但頻率過快導(dǎo)致示波器上同一時(shí)間有兩個(gè)電平，其中因?yàn)榇a元的滯后，在判斷信號時(shí)對我產(chǎn)生了不小的困擾 3.如上圖所示為HDB3碼的編碼器輸出信號與輸入信號NRZ，同樣的，編

4、碼器輸出信號比輸入信號NRA滯后約4個(gè)碼元，設(shè)置的K1位01110010，K2為00001100，K3為00100000，由圖可以看出，HDB3碼編碼規(guī)則為（1）檢查消息碼中“0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時(shí)，HDB3碼與AMI碼一樣，+1與1交替；（2）當(dāng)連“0”數(shù)目超過3時(shí)，將每4個(gè)連“0”化作一小節(jié)，定義為B00V，稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，而B稱為調(diào)節(jié)脈沖；（3）V與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的極性相同（這破壞了極性交替的規(guī)則，所以V稱為破壞脈沖），并且要求相鄰的V碼之間極性必須交替。V的取值為+1和1；（4）B的取值可選0，+1，-1以使V同時(shí)滿足（3）中的兩個(gè)要求（5）V

5、碼后面的傳號極性也要交替三思考題1. 集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號的結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？ 答：集中插入法是將標(biāo)志碼組開始位置的幀同步碼插入于一個(gè)碼組的前面。接收端一旦檢測到這個(gè)特定的幀同步碼組就馬上知道了這組信息碼元的“頭”。所以這種方法適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時(shí)間很短的場合。檢測到此特定碼組時(shí)可以利用鎖相環(huán)保持一定的時(shí)間的同步。為了長時(shí)間地保持同步，則需要周期性的將這個(gè)特定的碼組插入于每組信息碼元之前。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：（1）非歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？不歸零碼特點(diǎn)：脈沖寬度 等于碼元寬度Ts 歸零碼特點(diǎn)： Ts（2）與信源代碼中的“1”碼相對應(yīng)的AM

6、I碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？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“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)。3.設(shè)信源代碼為全“1”碼或全“0”碼或0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼的代碼和波形。信息代碼 1 1 1 1 1 1 1 AMI 1 -1 1 -1 1 -1 1 HDB3 1 -1 1 -1 1 -1 1 信息代碼 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI 0 0

7、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 0 0 0 1 -1 0 0 1 -1 0 0 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 -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 1 0 0 1 -1 0 0 0 1 0實(shí)驗(yàn)2數(shù)字調(diào)制一 觀察絕對碼與相對碼之間的關(guān)系由上圖可總結(jié)出絕對碼和相對碼的關(guān)系，（1）絕對碼到相對碼：絕對碼跟它前面的一個(gè)相對碼作比較，如果絕對碼是1,則得出的相對碼是

8、前一個(gè)相對碼相反的。如果絕對碼是0,則不變。因參考相位的不同，相對碼有兩種情況。圖中AK碼與BK碼大約相差4個(gè)碼元（2）相對碼到絕對碼：第k位的絕對碼是第k位和k-1位相對碼異或運(yùn)算得到的，同理，因參考相位的不同，絕對碼有兩種情況二觀察2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系由圖可知，當(dāng)絕對碼出現(xiàn)1時(shí)，2DPSK的相位變化180度三觀察2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系由圖可知，相對碼中0和1一一對應(yīng)2DPSK的一種相位四觀察絕對碼與2FSK信號的關(guān)系由圖可知，絕對碼中0和1對應(yīng)2FSK信號中兩種不同的頻率五觀察絕對碼與2ASK信號之間的關(guān)系由圖可知，絕對碼1對應(yīng)2ASK信號中有波形的一部分，0

9、對應(yīng)2ASK信號中無波形的一部分，因此2ASK又稱為通斷鍵控。思考題1、 設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。絕對碼：11111111,00000000,10011010相對碼：10101010,00000000,11101100或：01010101,11111111,000100112、 設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。相對碼：11111111,00000000,10011010絕對碼：00000000,10000000,01010111 或： 10000000,00000000,110101114. 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

10、并設(shè)計(jì)一個(gè)由相對碼至絕對碼的變換電路。 答：（1） 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(shí)相對碼發(fā)生變化，絕對碼的“0”碼時(shí)相對碼不發(fā)生變化。此為信號差分碼。 （2） 相對碼至絕對碼的變換規(guī)律 k為的絕對碼是第k位和k-1位的相對碼的異或結(jié)果5. 總結(jié)2DPSK信號的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系以及2PSK信號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180 ，“0”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相與前一碼元內(nèi)2DPSK

11、信號的末相相同。 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(shí)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180 。相同時(shí)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。實(shí)驗(yàn)3模擬鎖相環(huán)與載波同步實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論1. 總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點(diǎn)。模擬鎖相環(huán)鎖定的特點(diǎn)：輸入信號頻率與反饋信號的頻率相等，鑒相器輸出電壓為直流。模擬鎖相環(huán)失鎖的特點(diǎn)：鑒相器輸出電壓為不對稱的差拍電壓2. 總結(jié)用平方環(huán)提取相干載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。平方運(yùn)算輸出信號中有2c f離散譜，模擬環(huán)輸出信號頻

12、率等于2c f，二分頻， 濾波后得到干擾波；2電路有兩個(gè)初始狀態(tài)，導(dǎo)致提取的相干載波有兩種相反的相位狀態(tài)實(shí)驗(yàn)4數(shù)字解調(diào)與眼圖一 觀察數(shù)字調(diào)制信號的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU數(shù)字調(diào)制信號的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU同相二觀察數(shù)字解調(diào)單元的MU與LPF 示波器的CH2接2DPSK解調(diào)模塊的LPF，可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼和“0”碼個(gè)數(shù)相同時(shí)，LPF的正、負(fù)極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱。三）觀察數(shù)字調(diào)制模塊的BK與2DPSK解調(diào)模塊的MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字信源模塊中AK信號與2DPSK解調(diào)模塊的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關(guān)系。數(shù)

13、字調(diào)制信號的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU同相2DPSK解調(diào)單元的LPF與數(shù)字調(diào)制單元的BK同相2DPSK解調(diào)單元的BK相對于數(shù)字調(diào)制單元的BK滯后一個(gè)碼元2DPSK解調(diào)單元的MU是數(shù)字信源單元中的AK的絕對碼波形數(shù)字信源單元中的AK是2DPSK解調(diào)單元的LPF的絕對碼波形數(shù)字信源單元中的AK是2DPSK解調(diào)單元的BK的絕對碼波形數(shù)字信源單元中的AK與2DPSK解調(diào)單元的AK-OUT同相，且AK-OUT滯后一個(gè)碼元（6）用示波器觀察2DPSK解調(diào)模塊中的LPF信號 眼圖四2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)AK與FDAK與LPF AK與CM思考題1. 設(shè)絕對碼為1001101，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫出當(dāng)相干載

14、波頻率等于碼速率的1.5倍，CAR-OUT與CAR同相或反相時(shí)，2DPSK相干解調(diào)器中MU、LPF、BS、BK、AK等信號的波形示意圖，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-coswct時(shí)，MU,LPF,BK與載波為coswct時(shí)的狀態(tài)反相，但AK仍不變。2DPSK系統(tǒng)之所以能克服相位模糊現(xiàn)象，是因?yàn)樵诎l(fā)端將絕對碼變成了相對碼，在接收端又將相對碼變?yōu)榻^對碼，載波相位模糊可使解調(diào)出來的相對碼有兩種相反的狀態(tài)，但它們對應(yīng)的絕對碼是相同的實(shí)驗(yàn)5數(shù)字鎖相環(huán)與位同步1、 數(shù)字環(huán)位同步器輸入NRZ碼的連“1”或連“0”個(gè)數(shù)增加時(shí)，提取的位同步信號相位抖動(dòng)增大，試定性解釋此現(xiàn)象。答：輸入NR

15、Z碼連“1”或連“0”個(gè)數(shù)增加時(shí)，鑒相器輸出脈沖的平均周期增大，數(shù)字環(huán)路濾波器輸出的控制信號平均周期增大，即需要經(jīng)過更長的時(shí)間才對DCO的相位調(diào)整一次。而DCO輸出的位同步信號重復(fù)頻率與環(huán)路輸入的NRZ碼的碼速率之間有一定誤差，當(dāng)對DCO不進(jìn)行相位的調(diào)整時(shí)，其輸出信號的上升沿與碼元中心之間的偏差將不斷增大，相位調(diào)節(jié)時(shí)間間隔越長這種偏差越大，即位同步信號抖動(dòng)越大。2、 數(shù)字環(huán)位同步器的同步抖動(dòng)范圍隨發(fā)端和收端的時(shí)鐘穩(wěn)定度降低而增大，試定性解釋答：時(shí)鐘穩(wěn)定度降低時(shí)，固有頻差增大，DCO輸出位同步信號與環(huán)路輸入信號之間的相位誤差增大得加快，而環(huán)路對DCO的相位調(diào)節(jié)時(shí)間間隔平均值是不變的（當(dāng)輸入信號一

16、定時(shí)），故當(dāng)時(shí)鐘穩(wěn)定度降低時(shí)，位同步信號的同步抖動(dòng)范圍增大。3、 若將AMI碼或HDB3碼整流后作為數(shù)字環(huán)位同步器的輸入信號，能否提取出位同步信號？為什么？對這兩種碼的信息代碼中連“1”個(gè)數(shù)有無限制？對AMI碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無限制？對HDB3碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無限制？為什么？答：能，因?yàn)閷MI碼或HDB3碼整流后得到的是一個(gè)單極性歸零碼，其上升沿使鑒相器輸出高電平，從而使同步正常工作。對這種碼的信息代碼連“1”個(gè)數(shù)無限制，因?yàn)檫B“1”代碼對應(yīng)AMI碼及HDB3碼為寬度等于碼元寬度一半的正脈沖或負(fù)脈沖，整流后全為占空比為0.5的正脈沖，脈沖上升沿的個(gè)數(shù)等于信息代碼“1”碼

17、的個(gè)數(shù)；對AMI碼的信息代碼連“0”個(gè)數(shù)有限制，因AMI碼連“0”個(gè)數(shù)等于信息代碼連“0”個(gè)數(shù)，不產(chǎn)生脈沖，也就沒有上升沿；對HDB3碼的信息代碼中連“0“個(gè)數(shù)無限制，因?yàn)椴还苄畔⒋a連“0”個(gè)數(shù)有多大，HDB3碼中連“0”個(gè)數(shù)最多為3，即鑒相器在四個(gè)碼元內(nèi)至少工作一次實(shí)驗(yàn)6幀同步一 觀察同步器的維持態(tài)（1） NRZ-OUT與幀同步模塊的GAL信號（2） NRZ-OUT與幀同步模塊的24信號（3） NRZ-OUT與幀同步模塊的TH信號（4） NRZ-OUT與幀同步模塊的FS信號使信源的幀同步碼（注意是K1的第2位到第8位）中錯(cuò)一位，重新觀察上述信號，GAL信號24信號TH信號FS信號使信源幀同

18、步碼再錯(cuò)一位重作上述觀察，此時(shí)同步器應(yīng)轉(zhuǎn)入捕捉態(tài)GAL信號24信號TH信號FS信號二、觀察同步器的捕捉態(tài)（失步態(tài)）重啟后的24信號思考題1. 本實(shí)驗(yàn)中同步器由同步態(tài)轉(zhuǎn)為捕捉態(tài)時(shí)24信號相位為什么不變？答：因?yàn)榕袥Q器無輸入，與門4無輸出，故224分頻電路無復(fù)位脈沖，其輸出的24分頻信號相位保持不變。2. 同步保護(hù)電路是如何使假識別信號不形成假同步信號的？答：假識別信號與或門輸出信號不同步，與門1輸出中無假識別信號。因而，假識別信號不能通過與門，所以單穩(wěn)輸出信號僅與負(fù)同步碼對應(yīng)的識別信號有關(guān)，而與假識別無關(guān)，這樣假識別信號就不能形成假同步信號。實(shí)驗(yàn)7時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)思考題1. 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為什么位同步信號在一定范圍內(nèi)抖動(dòng)時(shí)并不發(fā)生誤碼？位同步信號的這個(gè)抖動(dòng)范圍大概為多少？答：位同步信號的抖動(dòng)沒有使取樣脈沖偏離最佳位置，只有當(dāng)偏移位置比較大時(shí)，才會引起有用信號幅度的下降，造成誤碼較大，位同步信號抖動(dòng)范圍為鎖相環(huán)同步范圍2. 幀同步信號在對時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分接時(shí)起何作用，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以說明。答：幀同步信號識別各路信號起始位置。幀同步信號之后路8位為第一路信息碼，改動(dòng)幀同步信號任意一位，都導(dǎo)致接收端無法接收實(shí)驗(yàn)8時(shí)分復(fù)用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng)思考題1.位同步信號的上升沿為什么要處于2DPSK解調(diào)器或2FSK解調(diào)器的低通濾波器輸出