中南大学数字通信原理实验报告.docx

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中南大学数字通信原理实验报告

数字通信原理实验报告

专业班级：

指导老师：

李敏

姓名：

学号：

实验一　数字基带信号

学生姓名

学号

同组人：

实验项目

数字基带信号

√必修□选修

□演示性实验□验证性实验√操作性实验□综合性实验

实验地点

本部实验楼

实验仪器台号

指导老师

李敏

实验日期及节次

第10周周五7-8节课

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、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×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给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）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。

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码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。

编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。

（2）将K1、K2、K3置于011100100000110000100000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。

（3）将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ，观察这些信号波形。

观察时应注意：

∙HDB3单元的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）8个码元。

∙DET是占空比等于0.5的单极性归零码。

∙BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的准正弦信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的TTL电平信号。

∙信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），而HDB3码则不存在这种问题。

本实验中若24位信源代码中连零很多时，则难以从AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号，因此不能完成正确的译码（由于分离参数的影响，各实验系统的现象可能略有不同。

一般将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察译码输出）。

若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。

4、实验报告要求

1.根据实验观察和纪录回答：

（1）不归零码和归零码的特点是什么？

（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：

1）不归零码特点：

脉冲宽度 τ 等于码元宽度Ts       

归零码特点：

τ ＜Ts 

2）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，而且还与信源代码中的“0”码有关。

2.设代码为全1，全0及011100100000110000100000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。

答：

信息代码     1   1  1  1  1  1   1

AMI     1    -1  1   -1 1     -1  1

 HDB3      1    -1  1   -1 1     -1  1

信息代码  0 0 0 0  0  0 0 0  0 0 0 0  0

AMI   0 0 0 0  0  0 0 0  0 0 0 0  0

 HDB3  0 0 0 1  -1  0 0 1  -1 0 0 1 -1

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 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 00 1 -1 0 0 0 –1 0

3.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0.5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：

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”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，于提取位同步信号。

附：

实验摄图

1、信源代码：

111111111111111111111111

对应的AMI码波形如下：

对应的HDB3码波形如下：

2、信源代码：

000000000000000000000000

对应的AMI码波形如下：

对应的HDB3码波形如下：

3、信源代码：

011100100000110000100000

对应的AMI码波形如下：

对应的HDB3码波形如下：

4、信源代码：

111100000110110010000110

对应的AMI码波形如下：

对应的HDB3码波形如下：

对应的HDB3单元的DET信号波形如下：

对应的HDB3单元的NRZ信号波形如下：

实验二数字调制

学生姓名

学号

同组人：

实验项目

数字调制

√必修□选修

□演示性实验□验证性实验√操作性实验□综合性实验

实验地点

本部实验楼

实验仪器台号

指导老师

李敏

实验日期及节次

第12周周六5-8节课

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、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、实验步骤

本实验使用数字信源单元及数字调制单元。

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。

3、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2ASK；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）。

5、用频谱议观察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱（条件不具备时不进行此项观察）。

四、实验报告要求

1、设绝对码为全1、全0或10011010，求相对码。

答：

绝对码  11111，00000，10011010

相对码  10101，00000，11101100

或  01010，11111，00010011

2、设相对码为全1、全0或10011010，求绝对码。

答：

相对码  11111，00000，10011010

绝对码  00000，00000，01010111

或  10000，10000，11010111

3、设信息代码为10011010，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：

① 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。

② 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180º，“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180º。

相同时则码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的末相无变化。

附：

实验摄图

1、信源代码:

111000111000111000111000

对应的AK与BK波形如下：

信源代码：

011000111000111000111000

对应的AK与BK波形如下：

2、信源代码：

111000001110000001010101

对应的2DPSK与AK波形如下：

信源代码：

111000001110000011010101

对应的2DPSK与AK波形如下：

3、信源代码：

111000001110000011111111

对应的2DPSK与BK波形如下：

信源代码：

111000001110000010011111

对应的2DPSK与BK波形如下：

4、信源代码：

对应的AK与2FSK波形如下：

对应的AK与2ASK波形如下：

实验四数字解调与眼图

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、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4-5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解调单元，做2FSK解调实验时则送到2FSK解调单元。

图4-5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。

MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-3所示的理论波形。

（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。

（5）断开、接通电源若干次，使发端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。

（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-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。

四、实验报告要求

1.设绝对码为1001101，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-cosωC t时，MU、LPF及BK与载波为cosωC 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。

2.设信息代码为1001101，2FSK的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的规律，画出2FSK过零检测解调器输入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形（设低通滤波器及整形2都无倒相作用）。

附：

实验摄图

1、信源代码：

111000001110000010101111

对应的数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU波形如下：

对应的数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的LPF波形如下：

2、信源代码：

111100001111000010101010

对应的VC与LPF波形如下：

3、信源代码：

111100001111000010101010

对应的数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU波形如下：

多次通断电源后波形变化如下：

对应的数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的LPF波形如下：

多次通断电源后波形变化如下：

对应的数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的BK波形如下：

多次通断电源后波形变化如下：

对应的数字信源单元的AK与2DPSK解调单元的MU波形如下：

多次通断电源后波形变化如下：

对应的数字信源单元的AK与2DPSK解调单元的LPF波形如下：

多次通断电源后波形不变；

对应的数字信源单元的AK与2DPSK解调单元的BK波形如下：

多次通断电源后波形不变；

对应的数字信源单元的AK与2DPSK解调单元的AK-OUT波形如下：

多次通断电源后波形不变。

4、眼图

5、信源代码：

111110001111100011111010

对应的数字调制单元中的AK与2FSK解调单元中的FD波形如下：

对应的数字调制单元中的AK与2FSK解调单元中的LPS波形如下：

对应的数字调制单元中的AK与2FSK解调单元中的BS波形如下：

对应的数字调制单元中的AK与2FSK解调单元中的AK-OUT波形如下：