数字通信实验报告.doc

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1、实验一 数字基带信一、 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、 基本原理本实验使用数字信源模块和

2、HDB3编译码模块。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。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；H

3、DB3码是占空比为0.5的双极性归零码。四、 实验步骤本实验使用数字信源单元和HDB3编译码单元。1、 熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理，接好电源线，打开电源开关。2、 用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。用信源单元的FS作为示波器的外同步信号，示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可，进行下列观察： （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）；（2）用开关K1产生代码（为任意代码，为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给

4、定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。3、 用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。（1） 示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的（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（开关K4置于左方AMI端）和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）；再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。.观察时应注意AMI、HDB3码是占空比等于0.5的双极性归零码。编码输出HDB3（AMI）比输入NRZ-OUT延迟了4个码元 全置1 全置0

5、（2）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。. HDB3码.AMI码图1-4五、 实验结果与分析1、 根据实验观察和记录回答：（1）不归零码和归零码的特点是什么？答：不归零码特点：脉冲宽度 等于码元宽度Ts归零码特点： Ts（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

6、代码中的“0”码有关。举例：信源代码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1HDB3 1 0 0 0 V -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 V 0 -1 2. 设代码为全1，全0 及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI 及HDB3 码的代码和波形。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

7、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 0波形见实验步骤33. 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

8、.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、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。 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： = 0.5 TS 时单极性归零码的功率谱密度为：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”

9、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。4、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、

10、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、实验原理 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、熟悉数字调制单元的工作原理。接通电源，打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7 置于左方N（NRZ）端。2、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

11、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 置于任意状态（非全0），观察AK、BK 波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。.AK.BK3、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（此关系即是2PSK 信号相位变化与信源代码的关系）。注意：2DPSK 信号的幅度比较小，要调节示波器的幅度旋钮，而且信号本身幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。4、示波器CH1 接AK、CH2 依次接2FSK 和2

12、ASK；观察这两个信号与AK 的关系（注意“1”码与“0”码对应的2FSK 信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）。图为2FSK（上）、2ASK（中）、AK（下）波形图四、 实验结果1、设绝对码为全1、全0或1001 1010，求相对码。解： 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。解： 相对码：1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

13、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。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

14、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2

15、PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的末相无变化。实验三 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：

16、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。2DPSK模块内部使用+5V、+12V 和-12V 电压，2FSK 模块内部仅使用+5V 电压。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

17、调单元，做2FSK 解调实验时则送到2FSK解调单元。图3-1 数字解调实验连接图1. 复习前面实验的内容并熟悉2DPSK 解调单元及2FSK 解调单元的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7 置于左方NRZ 端。2. 检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态！3. 2DPSK 解调实验（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。（

18、2）示波器的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。（3）示波器的CH1 接VC，调节电位器R39，保证VC 处在0 电平（当BK 中“1”与“0”等概时LPF 的中值即为0 电平），此即为抽样判决器的最佳门限。（4）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。BK AK LPF MU AK_OUT（5）断开、接通电源若干次，使发端

19、CAR 信号与载波同步CAR-OUT 信号的相位关系出现跳变，重新进行步骤（4）中的观察。CAR信号 LPF MUBK AK_OUT（6）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。4. 2FSK 解调实验将数字调制单元单刀双掷开关K7 还原置于左方NRZ 端。将数字信源单元的BS-OUT用信号连线换接到2FSK 解调单元的BS-IN 点,示波器探头CH1 接数字调制单元中的AK，CH2 分别接2FSK 解调单元中的FD、LPF、CM 及AK-

20、OUT，观察2FSK 过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形2 都有倒相作用）。LPF 的波形应接近图4-4 所示的理论波形。ANZ为信号2FSK的FD、LPF、CM、AK-OUT的波形。FDFD展开波形下图ANZ、LPF、CM、AK-OUT的波形六、 实验分析1. 设绝对码为，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。