通信原理实验报告.docx

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通信原理实验报告

实验一基带信号的常见码型变换

一、实验目的

1.熟悉NRZ,BNRZ,RZ,BRZ,曼彻斯特，CMI,密勒，PST码型变换原理及工作过程。

2.观测数字基带信号的码型变换测量点波形。

二、实验原理

在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有以下主要特性：

1）.相应的基带信号无直流分量，且低频分量少。

2）.便于从信号中提取定时信息。

3）.信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰。

4）.以上特性不受信息源统计特性的影响，即适应信息源的变化。

5）.编译码设备要尽可能简单。

1.单极性不归零码（NRZ码）

单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。

2.双极性不归零码（BNRZ码）

二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。

3.单极性归零码（RZ码）

单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。

单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。

4.双极性归零码（BRZ码）

它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。

5.曼彻斯特码

曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。

编码规则之一是：

“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。

 例如：

  消息代码：

  1   1   0   0   1   0   1   1   0„  

曼彻斯特码：

10  10  01  01  10  01  10  10  01„   

曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。

6.CMI码

CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：

  “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示； “0”码固定的用“01”两位码表示。

 例如：

  消息代码：

1   0   1   0   0   1   1   0„ CMI码：

  11  01  00  01  01  11  00  01„

三、实验结果

1.BNRZ码型

2.RZ码型

3.BRZ码型

4.CMI码型

5.曼切斯特码型

四、实验总结

通过对基带信号的常见码型变换实验，实践了课上所学关于常见码型变换的相关理论知识，通过对编码波形与基带信号波形的比较，发现了延时现象的存在。

实验二AMI/HDB3编译码实验

一、实验目的

1、熟悉AMI/HDB3码编译码规则

2、了解AMI/HDB3码编译码实现方法

二、实验原理

1、AMI码原理与编码规则

 AMI码的全称是传号交替反转码。

是将消息代码“1”（传号）交替地变换为“+1”和“—1”而“0”（空号）保持不变

由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。

由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。

 从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。

把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B／1T码型。

 AMI码除具有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。

2、HDB3码原理与编码规则

HDB3码是三阶高密度码的简称。

HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连码限制在3个以内，克服了AMI码如果长连“0”过多对提取定时钟不利的缺点。

HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。

由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3

码作为PCM传输系统的线路码型。

 HDB3码编码规则如下：

1）.当连“0”数不超过3个时，HDB3码与AMI码一样，即传号码极性交替；

2）.当连“0”数超过3个时，将第4个“0”脉冲改为非“0”脉冲，记为+V或V,称之为破坏脉冲，相邻的V码之间极性交替。

3）.为便于识别，V码与前一个相邻号码的极性相同，否则就将四连“0”的第一个“0”改为与该V码极性相同的脉冲，并记为+B或-B，B码也被当作传号码；

4）.V码后面的传号码极性也要交替。

三、实验结果

1.AMI码测试

1）8比特序列“11110011”，上面为数字基带信号波形，下面为AMI编码后的信号：

消息码：

11110011.....

AMI码：

+1-1+1-100+1-1.....

消息码的0信号不变，1信号正负交替

2）8比特序列“10000000”，下面为数字基带信号波形，上面为AMI编码后的信号：

消息码：

100000001.....

AMI码：

+10000000-1....

消息码的0信号不变，1信号正负交替

3）32K的15位m序列（随机序列），下面为数字基带信号波形，上面为AMI编码后的信号：

2.HDB3码测试

1）8比特序列“11110011”，上面为数字基带信号波形，下面为HDB3编码后的信号：

消息码：

11110011

HDB3码：

+1-1+1-100+1-1

在无连续0信号的情况下，消息码的0信号不变，1信号正负交替

2）8比特序列“10000000”，上面为数字基带信号波形，下面为HDB3编码后的信号：

消息码：

1000000010000..

HDB3码：

+1000V+000-1000V-..

第四个0改为非0脉冲+V或-V

3）32K的15位m序列（随机序列），下面为数字基带信号波形，上面为AMI编码后的信号。

第一幅图中出现的序列有4个连续的零，所以可在编码后的波形中找到破环点+V，即第二个连续的“1”处；第二幅图中的序列没有出现4个连续的零，所以没有出现破环点，HDB3编码后的波形同AMI码。

四、实验总结

通过对实验的观察可看出，在拨码器4SW01设置“10000000”，即给编码系统送入长连“0”信号，通过对比AMI与HDB3编码波形可看出，当送入长串零时，第4个“0”脉冲将改为非“0”脉冲，即为+V或V,称之为破坏脉冲，相邻的V码之间极性交替。

可以验证实验的正确性。

通过这个实验，回顾了AMI/HDB3编码的规则，了解了其编译的实现过程。

一开始得到波形还并不能肯定其正确性，通过对波形的分析和码元的转换，验证了编码的成功，也为自己的编码学习增加了练习，收获颇多。

实验三二进制频移键控（2FSK）、二进制振幅键控（2ASK）调制与解调实验

一、实验目的

1.掌握2FSK（2ASK）调制器的工作原理；

2.掌握2FSK（2ASK）锁相解调器的工作原理； 

3.学习2FSK（2ASK）调制、解调硬件实现方法，掌握电路调整测试方法。

二、实验原理 

1、2FSK调制原理 

2FSK调制电路由两个2ASK调制电路组合而成，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。

当基带信号为“1”时，输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，输出f2=16KHz；在输出端经叠加，即可得已调的2FSK信号。

2、2FSK解调原理 

采用锁相解调。

在设计锁相环时，使它锁定在2FSK的一个载频时上，那么在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。

压控振荡器的中心频率设计在32KHz左右，当输入信号为32KHz时，使环路锁定，形成电路后输出高电平；当输入信号为16KHz时，环路失锁，形成电路后输出低电平。

因此在解调器输出端就得到了原始的基带信号

三、实验结果

1.2FSK调制信号和已调信号波形观察

2.无噪声2FSK解调输出波形观测

可以看出解调前后波形一致。

3.加噪声2FSK解调输出波形观测

可以看出，随着加入噪声电平的增大，解调信号失真越大，最终会变为一条直线。

四、实验总结

这次实验我们进行了2FSK调制和解调的工作原理和解调过程，在实验过程中，碰到噪声模块有一点损坏，不能完全不加噪声，导致解调结果和预期的有一些不同，后来换了仪器，得到了正确结果。

从实验结果可以看出，随着噪声信号的增强，解调信号受到的影响也在增加，并且最终会变成一条直线，无法解调出输入波形。

同时，解调出的基带信号序列与发送数字系带信号序列存在一定的延迟现象。

实验四二进制移相键控（2DPSK）调制与解调实验

一、实验目的

1、掌握2PSK/2DPSK调制与解调的工作原理； 

2、进行2PSK/2DPSK调制与解调实验，掌握电路调整测试方法； 

3、掌握二进制绝对码与相对码变换方法

二、实验原理

1、2PSK/2DPSK调制电路工作原理

  采用相位选择法实现二进制相位调制，2PSK是用输入的基带信号（绝对码直接控制选择开关通断，从而选择不同的载波来实现）。

而2DPSK需要先将绝对码变换为相对码控制开关通断来实现。

  先将1024KHz的方波变为正弦波，再经过同向放大和反相放大，得到相应的正弦波。

再将两路正弦载波分别加到模拟开关的A、B两个输入端。

数字基带信号一路控制模拟开关A导通，另一路反相后控制模拟开关B的导通。

信码为“1”时，模拟开关A导通输出同向载波；信码为“0”时，模拟开关B导通输出反相载波。

最后将两路信号合路叠加得到2PSK调制信号。

  2DPSK为用相对码序列进行2PSK调制得到的。

三、实验步骤和结果

1.绝对码到相对码变换观测

2.2PSK调制信号观察

3.无噪声解调信号观测，下面为数字基带信号，下面为解调后的信号。

可见2PSK正确解调，但是存在一定时延。

4.加入噪声的解调信号观测，下面为数字基带信号，下面为解调后的信号。

可见加入噪声后解调信号无法正确解调出基带信号。

并且随着噪声的加大，最终无法解调，解调信号变为全零的直线。

四、实验总结

2PSK与2DPSK的工作原理差异在于：

2PSK是用输入的基带信号即绝对码直接控制选择开关通断，从而选择不同的载波来实现。

而2DPSK需要先将绝对码变换为相对码控制开关通断来实现。

这次实验，学习了2DPSK的调制和解调方式的工作原理，掌握了电路调整测试的方法。

实验五脉冲幅度调制（PAM）实验

一、实验目的

1.通过对模拟信号抽样的实验，加深对抽样定理的理解；

2.通过PAM调制解调实验，使学生加深理解脉冲幅度调制的特点；

3.学习PAM调制解调硬件实现电路，掌握参数调整及测试的方法。

二、实验原理

抽样定理：

如果对某一带宽有限的连续模拟信号进行抽样，且抽样速率足够大，则这些抽样值就能够完全代表原模拟信号，并且能够由这些抽样值准确地恢复出原模拟信号波形。

因而，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输这些离散的抽样值就可以了。

通常，按照基带信号改变周期性脉冲序列参量的不同，把脉冲调制分为脉幅调制，脉宽调制和脉位调制。

虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也属于模拟调制。

实验模板：

1）DDS信号源：

提供正弦，三角波等信号，并经过连线送到“PAM脉冲幅度调制”模块，作为脉冲幅度调制器的调制信号，P03测试点可用于调制信号的连接和测量。

2）抽样脉冲形成电路模块：

它提供有限高度、不同频率的抽样脉冲序列，经过连线送到“PAM脉冲幅度调制”，作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。

P09测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。

3）PAM脉冲幅度调制模块：

它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。

调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。

抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，调制信号输出：

抽样脉冲序列为低电平时，模拟开关断开，无调制信号输出。

4）接收滤波器与功放模块：

接收滤波器低通截止频率有2.6KHz和5KHz两种，分别由开关K601上位和中位控制，接收滤波器的作用是恢复调制信号。

锍孔P14是接收滤波器与功放模块的输入端。

5）与基带数据发生模块：

它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器的工作时钟。

三、实验步骤和结果

1.输入模拟信号观察（1.5KHz三角波）

2.取样脉冲观察（9KHz方波）

3.PAM信号观察

下面的是PAM信号，上面是经仿真信道传输后的PAM信号，调节32W01使两点波形相似。

4.PAM解调信号观察

截止频率2.6Khz时：

截止频率5Khz时：

可以看出截止频率为2.6KHz时，滤波器滤掉了更多的高次谐波成分，解调结果近似为单频正弦波。

四、实验总结

抽样定理及PAM实验原理：

如果对某一带宽有限的连续模拟信号进行抽样，且抽样速率足够大，则这些抽样值就能够完全代表原模拟信号，并且能够由这些抽样值准确地恢复出原模拟信号波形。

因而，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输这些离散的抽样值就可以了。

实验六脉冲编码调制（PCM）实验

一、实验目的

1.掌握PCM编译码原理；

2.熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法；

3.学习PCM编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。

二、实验原理

脉冲编码调制PCM是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。

脉冲编码调制是由对模拟信号进行抽样、量化和编码三个过程完成的。

在PCM系统中，话音信号先进行脉冲抽样，编程时间上离散的PAM脉冲序列，然后将幅度连续的PAM脉冲序列量化为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此PAM脉冲序列将转换成二进制编码序列。

对于电话，CCITT规定抽样速率为8KHZ，每一抽样值用8位码表示，因此每话路PCM编码后的标准速率是64Kbit/s。

本实验应用的单路PCM编、译码电路是TP3057芯片。

各用户PCM编码数据的发送和接收受发送时序与接收时序的控制，它仅在某一特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙，互不交叠。

三、实验结果

1.时钟为64KHz、模拟信号为正弦波时的PCM编译码波形观测

1）时序脉冲和PCM编码信号

2）模拟输入信号和模拟输出信号

2.时钟为128KHz、模拟信号为正弦波时的PCM编译码波形观测

1）时序脉冲和PCM编码信号

2）模拟输入信号和模拟输出信号

四、实验总结

通过这次实验，我们学习了脉冲编码的调整，掌握了PCM编译码的原理，熟悉了PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法。

在这次实验中，了解到了电话拨号是怎么转化成信号进行传输的过程，并自己进行了体验。

希望在接下来的实验中学到更多的知识。

实验八眼图观察测量实验

一、实验目的

1.学会眼图的观察方法；

2.理解噪声和传输滤波器特性对眼图的影响，从而通过调整改善系统性能

二、实验原理

从理论上讲’在信道特性确知的条件下，可以通过精心设计系统传输特性以达到消除码间串扰的目的。

但在实际中难免存在滤波器的设计误差和信道特性’的变化，所以无法实现理想的传输特性，使得抽样时刻上存在码间串扰，从而导致系统性能的下降。

而且计算由于这些因素所引起的误码率非常困难，尤其在码间串扰和噪声同时存在的情况下，系统性能很难进行定量的分析，因此在实际应用中需要用简便的实验手段来定性评价系统的性能，眼图就是一种有效的实验方法。

眼图可以直观地估价系统中码间干扰和噪声的影响，因此通信系统中通常利用眼图来估计和改善（通过调整）传输系统性能。

所谓“眼图”，是指通过示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的-种方法。

具体做法是：

用一个示波器跨接在抽样判决器的输入端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。

此时可以从示波器显示的图形上，观察码间千扰和信道噪声等因素影响的情况，从而估计系统性能的优劣，如图8-1所示。

因为在传输二进制信号波形时，示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。

三、实验结果

1.眼图观测

1）无噪声无码间串扰眼图波形观察

2）有噪声时眼图波形观察

此时噪声干扰严重，已经看不到正常的码元波形。

3）有码间串扰时眼图观察

可见，在有码间串扰时，眼图线迹杂乱，“眼睛”张开程度变小且不端正，过零点线条弥散。

四、实验总结

因为眼图是借助示波器的余晖效应，使扫描所得的每一个码元波形重叠在一起的，所以在用数字存储示波器观察眼图时必须保持运行，不可暂停后再观察某一时刻的波形。

通过本次实验，我更加理解了课上说说的眼图的作用：

眼图可以定性反应码间串扰的大小和噪声的大小，眼图还可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。

同时，通过眼图我们还可以获得有关传输系统性能的许多信息。

实验九数字带通系统手动均衡实验

一、实验目的

1.了解信道均衡的概念和意义；

2.了解数字信道均衡器的特点和种类；

3.正确进行手动频域均衡及眼图观察实验的电路连接；

4.进行手动频域均衡调节，观察眼图，了解码间串扰及噪声对眼图的影响。

二、实验原理

（一）信道均衡的意义和概念

奈奎斯特第一准则使我们从理论上找到了消除码间串扰的方法，但实际实现时，由于难滤波器的设计误差和信道特性的变化，无法实现理想的传输特性，故在抽样时刻上总会存在定@码间串扰，从而导致系统性能下降。

为了减小码间串扰的影响，通常需要在系统中插入一种可调滤波器来校正或补偿系统特性。

这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。

（二）信道均衡的种类

数字均衡器的种类很多，但按研宄的角度和领域，可分为频域均衡器和时域均衡器两大类。

频域均衡器是从校正系统的频域特性出发，利用一个可调滤波器的频率特性去补偿信道或系统的频率特性，使包括可调滤波器在内的总特性接近无码间干扰的频域条件，时域均衡器用来直接校正己失真的响应波形，使包括可调滤波器在内的整个系统的冲激响应满足无码间干扰的时域条件。

频域均衡在信道特性不变，且在传输低速数据时是适用的。

而时域均衡可以根据信道特性的变进行调整，能够有效地减小码间串扰，故在数字传输系统中，尤其是高速数据传输中得以广泛应用。

本实验采用频域均衡。

三、实验结果

1.2PSK调制解调前后地波形比较

上面为基带码元波形，下面为2PSK解调后的码元波形，可见发生了“倒π”现象。

2.时钟和眼图

由于设备原因（好像是电位器旋钮坏了），一直无法调出好的眼图波形，只能拍到这样比较杂乱的波形。

四、实验总结

实验十频分复用/解复用实验

一、实验目的

1.了解线路成形和频分复用的概念。

2.了解线路成形和频分复用的实现方法。

二、实验原理

当一条物理信道的传输能力高于一路信号的需求时，该信道就可以被多路信号共享，例如电话系统的干线通常有数千条信号在一根光纤中方传输。

复用就是解决如何利用一条信道同时传输多路信号的技术，其目的是为了充分利用信道资源，提高信道利用率。

传输多路信号有三种基本复用方式：

频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）。

频分复用是用频谱搬移的方式使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方式使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的编码分别携带不同信号。

传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广泛，码分复用多用于空间通信的扩频通信和移动通信系统中。

此外还有波分复用、空分复用。

频分复用主要用于模拟信号的多路传输，也可用于数字信号，本实验主要介绍频分复用。

1.频分复用的概念

频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式。

在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分隔，以防止信号重叠。

在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。

FDM最典型的一个例子是在一条物理线路上传输多路语音信号的多路载波电话系统。

通常一路电话占用的频带宽度为04KHZ，而电缆可用带宽则远大于4KHZ,例如对称电缆可用带宽约为300KHZ,若是同轴电缆，可用带宽更宽。

因此一根电缆，仅供一路电话传输是极大的浪费，可以进行频分复用。

2.线路成形的概念

线路成形又称线路形成器或成行滤波器等。

在频分复用中，为了能在线路有限的可用频带内，尽可能的多安排通话的路数而且互不干扰，则要求每一路信号占有的频带宽度窄，并且带外辐射小。

为了减小带外辐射，在频分复用发送端，各路信号合路前，需对信号进行滤波，常称为成形滤波。

三、实验结果

1.2KHz正弦波与FSK信号频分复用

1）复用信号和解复用的正弦波比较

2）复用信号与解复用的FSK比较

3）FSK信号正常工作的波形

2.伪随机码信号与FSK信号频分复用

1）伪随机码和复用信号比较

2）伪随机码和解复用的伪随机信号比较

可见该伪随机码基本上正确恢复出来，虽然波形上升沿和下降沿没有之前好看（低通滤波器减少了高频其成分），但是并不影响它的抽样判决。

3）FSK基带信号与正确解调波形

下面为基带码元波形，上面为FSK解调后的波形。

可知经过2KHz随机信号经过成形滤波器后，FSK信号正确解调了出来。

四、实验总结

实验十一时分复用/解复用实验

一、实验目的

1.掌握时分复用的概念；

2.了解本试验中时分复用的组成结构。

二、实验原理

在数字通信中，为扩大传输容量和提高传输效率，通常需要把若干低速的数据码流按一定格式合并为高速码流，以满足上述需求。

数字复接就是依据时分复用基本原理完成数码合并的一种技术。

在时分复用中，把时间划分为若干时隙，各路信号在时间上占有各自的时隙，即多路信号在不同的时间内被传送，各路信号在时域中互不重叠。

把两个或两个以上支路的数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接，其实现设备称为数字复接器。

在接收端把一路复合数字信号分离成各路信号的过程称为数字分接，其实现设备称为数字分接器。

数字复接器，数字分接器和传输信道共同构成数字复接系统。

按帧复接是每次复接一个支路的一个数据组成一帧，复接以后的吗顺序为：

第1路的Data0、第2路的Data0，第3路的Data0，第4路的Data0，.......，第1路的Data1，第2路的Data1，第3路的Data1，第4路的Data1，......，后面依次类推。

同步复接是指被复接的各个输入支路信号在时钟上必须是同步的，即各个支路的时钟频率完全相同的复接方式。

为了接收端能够正确接收各支路信吗及分接的需要，各支路在复接时，插入一定数量的帧同步码、告警码及信令等，PCM基群就是这样复接起来的。

准同步复接是在同步复接的基础上发展起来的，相对于同步复接增加了码速调整和恢复环节。

在复接前必须将各支路的码速都调整到规定值后才能复接。

数字分解器由同步、定时、分接和恢复单元组成。

同步单元的功能是从接收信吗中提取与接收信吗同步的码元时钟信号。

定时单元的功能是通过同步单元提取时钟信号的推动，产生分接设备所需要的各定是信号，如帧同步信号、位同步信号。

分解单元的功能是把复接信号实施分离，形成同步支路数字信号。

恢复电路的功能是把被分离的同步支路数字信号恢复成原始的之路信号。

三、实验结果

1.64KHzPCM数据正常编译码

2.8bit数据复用情况和解复用情况

8bit数据通过拨码开关设置为101