通信原理数字基带信号.docx

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通信原理数字基带信号

武夷学院实验报告

课程名称：

通信原理与系统项目名称：

__数字基带信号

姓名：

林XX专业：

电子信息工程班级：

_电信（3）学号：

_20136021060_

同组成员

一、实验准备：

实验目的

1、掌握AMI、HDB3码的编码规则。

2、掌握画出AMI、HDB3的波形图。

3、掌握用示波器观察AMI、HDB3编译码单元各种波形。

基本原理

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，电原理图如图1-3所示（见附录）。

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。

本模块有以下测试点及输入输出点：

CLK晶振信号测试点

BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点（2个）

FS信源帧同步信号输出点/测试点

NRZ-OUT（AK）NRZ信号（绝对码）输出点/测试点（4个）

图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下：

晶振CRY：

晶体；U1：

反相器7404

分频器U2：

计数器74161；U3：

计数器74193；U4：

计数器40160

并行码产生器K1、K2、K3：

8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：

左起分别与一帧中的24位代码相对应

图1-1数字信源方框图

图1-2帧结构

FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。

FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-5所示，图中NRZ-OUT的无定义位为0，帧同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111。

FS信号的低电平、高电平分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。

图1-5FS、NRZ-OUT波形

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。

本单元有以下信号测试点：

NRZ译码器输出信号

BS-R锁相环输出的位同步信号

（AMI）HDB3编码器输出信号

BPF带通滤波器输出信号

DET（AMI）HDB3整流输出信号

图1-6HDB3编译码方框图

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

图1-6中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：

HDB3编译码器U10：

HDB3编译码集成电路CD22103A

单/双极性变换器U11：

模拟开关4052

双/单极性变换器U12：

非门74HC04

相加器U17：

或门74LS32

带通滤波器U13、U14：

运放UA741

限幅放大器U15：

运放LM318

锁相环U16：

集成锁相环CD4046

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。

图1-8NRZ、AMI、HDB3关系图

图1-9AMI、HDB3、RZ|τ=0.5TS频谱

可以用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。

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。

二、实验过程记录：

实验步骤及结果:

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）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。

实验结果：

1、检测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、用示波器观察HDB3编译码单元的各种波形

（1）、将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1对应的AMI码和HDB3码

即消息码为111111*********111111111对应的AMI码（+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1

+1-1+1-1）：

（实验波形）（理论波形图）

消息码为111111*********111111111对应的HDB3码（+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1

+1-1+1-1）：

（实验波形）（理论波形图）

（2）、将信源单元的K1、K2、K3每一位都置0对应的AMI码和HDB3码

即消息码为000000000000000000000000对应的AMI码（000000000000000000000000）：

（实验波形）（理论波形）

消息码为000000000000000000000000对应的HDB3码（1001-100-1+100+1-100-1+1-100-1）：

（实验波形）（理论波形）

（3）、将信源单元的K1、K2、K3置011100100000110000100000对应的AMI码和HDB3码

AMI码（0+1-1+100-100000+1-10000+100000）：

（实验波形）（理论波形）

HDB3码（0+1-1+100-100000+1-10000+100000）：

（实验波形）

（4）、将信源单元的K1、K2、K3置111100001111000011110000K4置H端，对应的CH2接AMI-D、HDB3-D、BPF、BS-R、NRZ端口对应的波形：

接AMI-D时波形：

（实验波形）

接HDB3—D时波形：

（实验波形）

接BPF时波形：

（实验波形）

接BS-R时波形：

（实验波形）

接NRZ时波形：

（实验波形）

三、实验小结：

本次实验通过示波器验证AMI、HDB3码在不同的消息码情况下，示波器显示出的波形与理论波形是否一致，通过实验可知，示波器显示波形完全符合理论波形；

将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置（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。

实验结果：

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。

实验报告成绩（百分制）__________实验指导教师签字：

__________