數字通信實驗報告

實驗一數字基帶信實驗目的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用信號的幀結構特點。5、了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。實驗內容1、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、傳號交替反轉碼（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波形。3、用示波器觀察HDB3、AMI譯碼輸出波形?；驹肀緦嶒炇褂脭底中旁茨K和HDB3編譯碼模塊。AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1，1的符號交替反轉；信息代碼0的為0碼。AMI碼對應的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關系是τ=0.5TS。HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當兩個相鄰V碼中間有奇數個信息1碼時取代節(jié)為000V，有偶數個信息1碼（包括0個信息1碼）時取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號符合交替反轉原則，而V的符號破壞這種符號交替反轉原則，但相鄰V碼的符號又是交替反轉的；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。實驗步驟本實驗使用數字信源單元和HDB3編譯碼單元。

1、熟悉數字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理，接好電源線，打開電源開關。2、用示波器觀察數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)光狀態(tài)，判斷數字信源單元是否已正常工作（1碼對應的發(fā)光管亮，0碼對應的發(fā)光管熄）；（2）用開關K1產生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復用信號幀結構，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碼對應的AMI碼（開關K4置于左方AMI端）和HDB3碼（開關K4置于右方HDB3端）；再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應的AMI碼和HDB3碼。.觀察時應注意AMI、HDB3碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼。編碼輸出HDB3（AMI）比輸入NRZ-OUT延遲了4個碼元全置1全置0（2）將K1、K2、K3置于011100100000110000100000態(tài)，觀察并記錄對應的AMI碼和HDB3碼。.......HDB3碼...................................AMI碼圖1-4實驗結果與分析根據實驗觀察和記錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點是什么？答：不歸零碼特點：脈沖寬度τ等于碼元寬度Ts歸零碼特點：τ＜Ts（2）與信源代碼中的“1”碼相對應的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？答：與信源代碼中的“1”碼對應的AMI碼及HDB3碼不一定相同。因信源代碼中的“1”碼對應的AMI碼“1”、“-1”相間出現，而HDB3碼中的“1”，“-1”不但與信源代碼中的“1”碼有關，而且還與信源代碼中的“0”碼有關。舉例：信源代碼100001100001000001AMI10000-110000-1000001HDB31000V-11-B00-V1000V0-12.設代碼為全1，全0及011100100000110000100000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。答：信息代碼1111111AMI1-11-11-11HDB31-11-11-11信息代碼000000000000AMI000000000000HDB3+B00+V-B00-V+B00+V信息代碼011100100000110000100000AMI01-1100-1000001-10000100000HDB301-1100-1B00V0-11-B00-V-1000+V0波形見實驗步驟33.總結從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個數不超過3，頻譜中含有較強的離散譜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，再經過整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號。4.試根據占空比為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：τ=0.5TS時單極性歸零碼的功率譜密度為：將HDB3碼整流得到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“0”個數最多為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”個數與信息代碼中連“0”個數相同。所以信息代碼中連“0”碼越長，AMI碼對應的單極性歸零碼中“1”碼出現概率越小，fS離散譜強度越小，越難于提取位同步信號。而HDB3碼對應的單極性歸零碼中“1”碼出現的概率大，fS離散譜強度大，越易于提取位同步信號。實驗二數字調制一、實驗目的1、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關系。2、掌握用鍵控法產生2ASK、2FSK、2DPSK信號的方法。3、掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關系。4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜與數字基帶信號頻譜之間的關系。二、實驗內容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、用頻譜儀觀察數字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。三、實驗原理本實驗用到數字信源模塊和數字調制模塊。信源模塊向調制模塊提供數字基帶信號（NRZ碼）和位同步信號BS（已在實驗電路板上連通，不必手工接線）。調制模塊將輸入的絕對碼AK（NRZ碼）變?yōu)橄鄬ΥaBK、用鍵控法產生2ASK、2FSK、2DPSK信號。調制模塊內部只用+5V電壓。四、實驗步驟1、熟悉數字調制單元的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開關。將數字調制單元單刀雙擲開關K7置于左方N（NRZ）端。2、用數字信源單元的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（即調制器的輸入），CH2接數字調制單元的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。....AK.................................BK3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結2DPSK信號相位變化與絕對碼的關系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關系（此關系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關系）。注意：2DPSK信號的幅度比較小，要調節(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的關系（注意“1”碼與“0”碼對應的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的）。圖為2FSK（上）、2ASK（中）、AK（下）波形圖四、實驗結果1、設絕對碼為全1、全0或10011010，求相對碼。解：絕對碼：111111110000000010011010相對碼：1010101000000000111011002、設相對碼為全1、全0或10011010，求絕對碼。解：相對碼：111111110000000010011010絕對碼：1000000000000000110101113、設信息代碼為10011010，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)律并設計一個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”碼時相對碼發(fā)生變化，絕對碼的“0”碼時相對碼不發(fā)生變化?！藶樾盘柌罘执a。②相對碼至絕對碼的變換規(guī)律相對碼的當前碼元與前一碼元相同時對應的當前絕對碼為“0”碼，相異時對應的當前絕對碼為“1”碼。5、總結2DPSK信號的相位變化與信息代碼(即絕對碼)之間的關系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼之間的關系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關系）。答：2DPSK信號的相位變化與絕對碼（信息代碼）之間的關系是：“1變0不變”，即“1”碼對應的2DPSK信號的初相相對于前一碼元內2DPSK信號的末相變化180o，“0”碼對應的2DPSK信號的初相與前一碼元內2DPSK信號的末相相同。2PSK信號的相位變化與相對碼（信息代碼）之間的關系是：“異變同不變”，即當前碼元與前一碼元相異時則當前碼元內2PSK信號的初相相對于前一碼元內2PSK信號的末相變化180o。相同時則碼元內2PSK信號的初相相對于前一碼元內2PSK信號的末相無變化。實驗三數字解調與眼圖一、實驗目的1.掌握2DPSK相干解調原理。2.掌握2FSK過零檢測解調原理。二、實驗內容1.用示波器觀察2DPSK相干解調器各點波形。2.用示波器觀察2FSK過零檢測解調器各點波形。3．用示波器觀察眼圖。三、基本原理可用相干解調或差分相干解調法（相位比較法）解調2DPSK信號。在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數倍，當此關系不能滿足時只能用相干解調法。本實驗系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調方法都可用。實際工程中相干解調法用得最多。2FSK信號的解調方法有：包絡括檢波法、相干解調法、鑒頻法、過零檢測法等。本實驗采用相干解調法解調2DPSK信號、采用過零檢測法解調2FSK信號。2DPSK模塊內部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊內部僅使用+5V電壓。四、實驗步驟本實驗使用數字信源單元、數字調制單元、載波同步單元、2DPSK解調單元及2FSK解調單元，它們之間的信號連結方式如圖3-1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字信源。在做2DPSK解調實驗時，位同步信號送給2DPSK解調單元，做2FSK解調實驗時則送到2FSK解調單元。圖3-1數字解調實驗連接圖1.復習前面實驗的內容并熟悉2DPSK解調單元及2FSK解調單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數字調制單元單刀雙擲開關K7置于左方NRZ端。2.檢查要用到的數字信源、數字調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解調實驗（1）將數字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調單元的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接數字調制單元的BK，CH2（建議使用示波器探頭的x10衰減檔）接2DPSK解調單元的MU。（2）示波器的CH2接2DPSK解調單元的LPF，可看到LPF與MU同相。當一幀內BK中“1”碼“0”碼個數相同時，LPF的正、負極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱。（3）示波器的CH1接VC，調節(jié)電位器R39，保證VC處在0電平（當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）觀察數字調制單元的BK與2DPSK解調單元的MU、LPF、BK之間的關系，再觀察數字信源單元中AK信號與2DPSK解調單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關系。BK

AK

LPF

MU

AK_OUT（5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR-OUT信號的相位關系出現跳變，重新進行步驟（4）中的觀察。CAR信號

LPF