通原验证型实验.docx

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通原验证型实验

实验报告

课程名称

通信原理

实验项目名称

实验类型

硬件实验

实验学时

6

班级

学号

姓名

指导教师

实验室名称

通信原理硬件实验室

实验时间

2016.6.27

实验成绩

预习部分

实验过程

表现

实验报告

部分

总成绩

教师签字

日期

哈尔滨工程大学教务处制

实验一数字信号基带信号实验

Ø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的波形特点。

2.掌握AMI.HDB的编码规则。

3.了解HDB（AMI）编译码电路CD22103.

Ø实验仪器

1.双踪示波器一台

2.通信原理VI型实验台一台

3.M6信源模块。

Ø实验原理

本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。

1、数字信源

本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所示，电原理图见附录一。

本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。

帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。

此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。

发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。

图1-1数字信源方框图

2.HDB3编译码

原理框图如图1-6所示。

本模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经三端稳压器7905变换得到。

本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边（A端）选择AMI码，位于右边（H端）选择HDB3码。

信源部分的分频器、三选一、倒相器、抽样以及（AMI）HDB3编译码专用集成芯片CD22103等电路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成。

下面简单介绍AMI、HDB3码编码规律。

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τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是τ=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；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。

设信息码为00000110000100000，则NRZ码、AMI码，HDB3码如图1-8所示。

分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图1-9所示，它不含有离散谱fS成份（fS=1/TS，等于位同步信号频率）。

在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路。

在做译码时必须提供位同步信号。

工程上，一般将AMI或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归

零码（RZ|τ=0.5TS）。

这种信号的功率谱也在图1-9中给出。

由于整流后的AMI、HDB3码中含有离散谱fS，故可用一个窄带滤波器得到频率为fS的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。

本单元用CD22103集成电路进行AMI或HDB3编译码。

当它的第3脚（HDB3/AMI）接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。

编码时，需输入NRZ码及位同步信号，它们来自数字信源单元，已在电路板上连好。

CD22103编码输出两路并行信号+H-OUT和-H-OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与AMI或HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。

这两路信号经单/双极性变换后得到AMI码或HDB3。

双/单极性变换及相加器构成一个整流器。

整流后的（AMI）HDB3-D信号含有位同步信号频率离散谱。

由于位同步频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做得很窄，它输出的信号BPF是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号。

对此信号进行限幅放大处理后得到幅度恒定、周期变化的脉冲信号，但仍不能将此信号作为译码器的位同步信号，需作进一步处理。

当锁相环的自然谐振频率足够小时，对输入的电压信号可等效为窄带带通滤波器（关于锁相环的基本原理将在实验三中介绍）。

本单元中采用电荷泵锁相环构成一个Q值约为35的的窄带带通滤波器，它输出一个符合译码器要求的位同步信号BS-R。

译码时，需将AMI或HDB3码变换成两路单极性信号分别送到CD22103的第11、第13脚，此任务由双/单变换电路来完成。

当信息代码连0个数太多时，从AMI码中较难于提取稳定的位同步信号，而HDB3中连0个数最多为3，这对提取高质量的位同信号是有利的。

这也是HDB3码优于AMI码之处。

HDB3码及经过随机化处理的AMI码常被用在PCM一、二、三次群的接口设备中。

在实用的HDB3编译码电路中，发端的单/双极性变换器一般由变压器完成；收端的双/单极性变换电路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成，本实验目的是掌握HDB3编码规则，及位同步提取方法，故对极性变换电路作了简化处理，不一定符合实用要求。

Ø实验步骤与结果

1.熟悉信号源模块，HDB3&AMI编译码模块，及HDB3编译码模块的工作原理。

2.接通数字信号源模块的电源，用示波器观察数字信号源上的各种波形。

（1）示波器的2个接头分别接NRZ—OUT和BS—OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信号源是否正常工作。

（2）用k1产生代码*1110010，k2,k3产生任意代码，观察本实验集中插入帧同步码时分复用时信号帧的结构和NRZ码的特点。

结论:

集中插入法是将标志码组开始位置的群同步码插入一个码组的前面。

当接收端检测到这个特定的群同步码组时就会知道这是这组信息码元的开头，所以这种方法非常适用于要求快速建立同步的地方，或是断传信息并且每次传输时间很短的场合。

检测到此特定码组时可以利用锁相环保持一段时间的同步。

为了长时间的保持同步，则需要周期性的将这个码组插入每组信息码元之前。

NRZ码的特点：

极性单一，有直流分量。

3.关闭数字信号源模块的电源，按照下面的连线，打开数字信号源和AMI（HDB3）模块的电源，用示波器观察AMI（HDB3）编译码的各种波形。

源端口

目的端口

数字信号源NRZ-OUT

AMI（HDB3）编译码单元NRZ-IN

数字信号源BS-OUT

AMI（HDB3）编译码单元BS-IN

（1）示波器的2个接头CH1，CH2分别接NRZ-OUT,AMI（HDB3）,将信号源模块的K1,K2,K3的每一位都置1，观察全1码时对应的AMI码和HDB3码。

再将K1，K2，K3的每一位都置为0，观察全0码时对应的AMI码和HDB3码。

观察AMI码时将K1置于A端，观察HDB3码时将K1置于H端，观察时注意（AMI）HDB3比输入的NRZ-OUT延迟4个码元。

实验分析：

由上图可知，信息码全一时，HDB3码与AMI码相同；信息码全零时，AMI码全零，在图中显示为一条直线，无法提取同步信息；而HDB3码有信号电平的跳变，因此仍能提取定时信息。

（2）将K1，K2，K3置于01110010,00001100,00100000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置于A端或H端，CH1接NRZ-OUT,CH2分别接（AMI），HDB3-D,BPF,BS-R和观察这些信号波形，观察时应注意：

●NRZ信号延迟于NRZ-OUT8个码元。

●AMI,HDB3码时占空比为0.5的双极性归零码，AMI-D,HDB3-D是占空比为0.5单极性的归零码。

●BS-OUT是一个周期基本稳定的TTL电平信号。

●本实验中若24位的信源代码中只有一个‘1’码则无法从AMI码中得到一个符合要求的位同步信号，因此不能完成正确的译码，若24位信源代码中全位’0’则更不可能从AMI码得到一个符合位同步信号，信源代码中的‘0’越多，越难于从AMI码中获得位同步信号，译码NRZ输出越不稳定，HDB3中就不存在这种问题。

实验结果图：

Ø五．思考题

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：

不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；不归零码的脉宽等于码元宽度。

归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽；归零码的脉宽小于码元宽度。

（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：

不一定相同。

信源代码中的1码对应AMI码1，-1相间出现，HDB3码中的1，-1不但与信源代码中的1码有关，而且与信源代码中的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：

消息码

000000000000000000000000

AMI

000000000000000000000000

HDB3

B00V–B00-VB00V–B00-VB00V–B00-V

消息码

111111111111111111111111

AMI

1-11-11-11-11-11-11-11-11-11-1

HDB3

1-11-11-11-11-11-11-11-11-11-1

消息码

011100100000110000100000

AMI

01-1000-1000001-10000100000

HDB3

01-1100-1000-V01-1B00V-1000-V0

3.总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。

答：

将HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码。

由于整流后的ami码中含有离散谱fs，故可用一选频网络得到频率为fs的正弦波，经整形、限幅、放大处理后即可得到位同步信号。

实验二数字调制实验

Ø实验目的

1.掌握绝对码，相对码的概念以及它们之间的变化关系。

2.掌握用键控方法产生2ASK,2PSK,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,2PSK,2FSK,1DPSK信号频谱与数字基带信号频谱之间的关系。

Ø实验仪器

1双踪示波器1台

2通信原理VI试验箱1台

3M6信号源模块和M4数字信号调制模块

Ø实验原理

本实验使用数字信源模块和数字调制模块。

信源模块向调制模块提供位同步信号和数字基带信号（NRZ码）。

调制模块将输入的NRZ绝对码变为相对码、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。

（A）二进制数字调制原理

一．2ASK

1．产生

2．频谱

式中Ps（f）为m（t）的功率密度

谱零点带宽B=2fs=2RB

发滤波器最小带宽可为fs（理论值）

也可将基带信号处理后再进行2ASK调制

二．2FSK

1．产生

2．频谱

键控法2FSK

式中

是m（t）的功率谱，

是

的功率谱当p

（1）=p（0）时，

=

2FSK信号带宽

三．2PSK（BPSK）（绝对调相）

1．产生

信息代码

2PSK规律：

“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的未相变化180°，相同时则不变。

2．频谱

，Peo（f）中无离散谱fc

为m（t）的频谱

当p

（1）=p（0）时ps（f）中无直流，B=2fs

四．2DPSK（差分相位键控，相对调相）

1．产生码变换—2PSK调制法

绝对码ak

相对码bk变化规律：

“1变0不变”。

bk=ak+bk-1，设bk始值为1，各点波形如图所示：

第一个码元内信号的初相可任意假设

ak

2DPSK规律：

“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的未相变化180°，信息代码为“0”时，则本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相不变化。

2．频谱同2PSK

Ø实验步骤与结果

1.熟悉数字信号源与数字信号调制单元的工作原理。

2.按照下面的接线数字调制单元的CLK,BS-IN,NRZ-IN接数字信号源单元的CLK,BS-OUT,NRZ-OUT.

源端口

目的端口

数字信源单元BS-OUT

数字调制BS-IN

数字信源单元NRZ-OUT

数字调制NRZ-IN

数字信源单元CLK

数字调制CLK

3.接通数字信源模块和数字调制模块的电源，示波器CH1接AK（NRZ-IN）,CH2接BK,信源模块K1，K2.K3置于任意状态（非全0），观察AK,BK的波形，总结绝对码到相对码的变化规律及从相对码至绝对码的变化规律。

4.仔细观察CAR和CAR-D型号，分析载波信号的特点。

为正弦波，且载波反相。

5.示波器CH1接2DPSK-OUT,CH2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，注意2DPSK信号的幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。

2DPSK在AK码元为1时反相

2DPSK信号在BK信号前后码元不一致时反相。

6.示波器CH1接AK，CH2接2FSK—OUT,2ASK-OUT,观察这2个信号与AK的关系。

实验结果图：

Ø思考题

1.设绝对码为全1，全0或10011010，求相对码。

答：

绝对码：

11111111，00000000，10011010

对应相对码分别是：

01010101，00000000,11101100

2.设信息代码为10011010，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。

答：

如图所示：

3.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：

绝对码变为相对码：

绝对码的1码时相对码发生翻转，绝对码的0码时相对码保持不变。

相对码变为绝对码：

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，不同时对应的当前绝对码为1，可行电路如下：

实验四数字解调实验

Ø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。

Ø实验仪器

1．双踪示波器一台

2．通信原理Ⅵ实验箱一台

3．M6信号源模块和M4数字调制模块

Ø基本原理

（A）2ASK解调

（1）包络检波

实际系统中x（t）迟后于eo（t），进行数学抽象时认为系统是物理不可实现的，是否有码间串扰决定于滤波器和信道的频率特性。

LPF用来滤除高频，一般对码间串扰无影响。

（2）相干解调

r（t）与

（1）中不同，有正、负值，其它同

（1）

（B）2FSK解调

（1）包络检波

条件：

。

判决准则：

（1）相干解调

（2）过零检测

（C）2PSK解调：

只能用相干解调法

设用平方环提取相干载波

（D）2DPSK解调

（1）相干解调

（2）差分相干解调（相位比较法）

（E）电路原理

2FSK信号的解调方法有：

包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。

图3-12FSK过零检测解调方框图

本实验采用过零检测法解调2FSK信号。

在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。

本实验系统中为简化实验设备，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。

2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下：

图3-3为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。

图3-32FSK过零检测解调器各点波形示意图

整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。

74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。

整形1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。

整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。

单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。

LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。

U34对抽样判决输出信号进行整形。

必须说明一点，2FSK和2DPSK解调的信号码不能为全0或全1，否则抽样判决器不能正常工作。

Ø实验步骤

本实验使用M6数字信源模块、M4数字调制模块，它们之间的信号连结方式如图4—5所示。

实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元。

本实验中这个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。

1.按下表接电路

源端口

目的端口

数字信源单元：

BS-OUT

数字调制BS-IN

数字信源单元：

NRZ-OUT

数字调制NRZ-IN

数字信源单元：

BS-OUT

2FSK解调BS-IN

数字信源单元：

BS-OUT

2DPSK解调BS-IN

数字调制2DPSK-OUT

2DPSK解调2DPSK-IN

数字调制2DPSK-OUT

载波同步2DPSK-IN

数字调制2FSK-OUT

2FSK解调2FSK-IN

载波同步CAR-OUT

2DPSK解调CAR-IN

2．接通M6数字信源模块。

M4数字调制模块的电源，并检查其是否已经工作正常

3.2DPSK解调实验

（1）将示波器的CH1接数字调制单元的BK，CH2接2DPSK解调单元的MU，观察其同相或反相。

其波形应接近图4—3所示的理论波形

（2）示波器的CH2接LPF，可看到LPF与MU反相当一帧内BK中1码0码个数相同时LPF正、负极性信号与0电半对称，否则不对称

（3）断开，接通电源若干次，使数字调制单元CAR信号与载波同步单元CAR-OUT信号同相，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，再观察数字调制单元中AK信号与2DPSK解调单元的MU,LPF,BK,AK-OUT信号之间的关系。

结论：

AK为1时，BK翻转，AK为0时，BK保持不变。

4.2FSK解调实验

示波器探头ch1数字调制单元中的AK，CH2分别2FSK解调单元中的DW1,DW2,LPF,CM及AK-OUT,观察2FSK过零检测解调器的解调过程。

LPF的波形应接近理论波形。

实验结果图：

Ø思考题

1.设绝对码为1001101，相干载波频率等于码速率的1.5倍，根据实验观察得到的规律，画出CAR-OUT与CAR同相，反相时2DPSK相干解调MU,LPF,BS,BK,AK波形，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。

当相干载波与载波反相时，MU,LPF,BK与载波状态反相，但AK仍不变，第一位与BK的起始电平有关，2DPSK系统之所以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）。

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电路都无倒相作用）。

如图：

2FSK过零检测解调器输入信号波形及FD、LPF、BS、AK波形