通信原理实验答案王福昌,潘晓明.pdf

通信原理教学实验系统习题解答 _ - 1 - 实验一 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？ 答： 1）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。举例： 信源代码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 0 0 0 1 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 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 0 0 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： 位同步信号 HDB3 整流窄带带通滤波器整形移相 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。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 2 - 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： )mff (| )mf(PG|f2 )f (| )o(PG|f| )f (G| )p1 (pf2)f (P s 1m 2 s 2 s 2 2 s 2 ss + += = 式中 S S T 1 f =在数值上等于码速率，P 为“1”码概率 G(f)为 = 0.5 TS的脉冲信号的富氏变换 ) fs2 f (sa f2 1 )f (G S = SSS S f 1 2/ 2 sin f2 1 ) 2 (sa f2 1 )f (G = )ff ( p2 )f (P S 2 2 SS = 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。 5. 根据公式 npn CR CKI 2 ,2/ 1736 17o =，)41 ( 8 2 += n L B 计算环路 自然谐振频率n， 阻尼系数和等效噪声带宽 BL 。 式中 IP=0.05A， Ko=810 3 rad/s v ， R36 =10，C17=100F 。再用 Q = foBL计算锁相环等效带通滤波器的品质因数，式 中 fo=170.5KHZ。 答： R36=10，C17=100F =10010 -6F 代入公式得 230B/105 .170Q Hz9 .739B7 . 0s/rad104 . 1 L 3 L 3 n = = 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 3 - 实验二 1. 设绝对码为全 1、全 0 或 1001 1010，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 1001 1010，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 1001 1010，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。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 4 - 5. 总结 2DPSK 信号的相位变化与信息代码之间的关系以及 2PSK 信号的相位变化与 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 2PSK 信号的初相相对于 前一码元内 2PSK 信号的末相无变化。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 5 - 实验三 1. 总结模拟锁相环锁定状态及失锁状态的特点。 答： 模拟环锁定状态的特点：输入信号频率与反馈信号频率相等，鉴相器输出电压为直 流。 模拟环失锁状态的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。 2. 设 K0=18 Hz/V ，根据实验结果计算环路同步带fH及捕捉带fP 。 答： 代入指导书中的“3 式”计算，例： V1=12V，则fH =186=108Hz V2=8V，则fP =184=72Hz 3. 由公式 116825 o )(CRR KKd n + =及 n CR 2 1168 =计算环路参数n和，式中 Kd =6V/rad，Ko=218 rad/sv，R25 =210 4 ，R 68 =510 3 ，C 11=2.210 -6 F 。 （ fn=n/2应远小于码速率，应大于 0.5 )。 答： rad111 102 . 2)105102( 5 . 6182 634 n = + = Hz 6 . 17 2 f n n = 远小于码速率 170.5（波特） 6 . 0111 2 102 . 2105 63 = = 4. 总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。 答： 2DPSK 平方 模拟环2滤波，移相 或tCos c tCos c 平方运算输出信号中含有 2fC离散谱，模拟环输出信号频率等于 2fC，二分频，滤波 后得到相干载波。 2 电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 6 - 实验四 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-OOT 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。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 7 - 实验五 1. 数字环位同步器输入 NRZ 码连“1”或连“0”个数增加时，提取的位同步信号 相位抖动增大，试解释此现象。 答： 输入 NRZ 码连“1”或连“0”个数增加时，鉴相器输出脉冲的平均周期增大，数 字环路滤波器输出的控制信号平均周期增大，即需经过更长的时间才对 DCO 的相位调 整一次。 而 DCO 输出的位同步信号重复频率与环路输入的 NRZ 码的码速率之间有一定 的误差，当对 DCO 不进行相位调整时，其输出信号的上升沿与码元中心之间的偏差将 不断增大，相位调节时间间隔越长这种偏差越大，即位同步信号相位抖动越大。 2. 设数字环固有频差为f，允许同步信号相位抖动范围为码元宽度 TS的倍，求 同步保持时间 tC及允许输入的 NRZ 码的连“1”或“0”个数最大值。 答： tC时间内由固有频差产生的相位误差为4f tC，Ts时间可等效为相位值为 2，故 f2 t2tf4 cc = 即在 tC时间内不对 DCO 进行相位调节，位同步信号抖动范围小于 C T。 设允许输入的 NRZ 码的连“1”或连“0”最大个数为 M，鉴相 N 次后 DLF 才有一 个输出信号即对 DCO 进行一次相位调节，则 f tmNTs c = 2 fNTs m = 2 3. 数字环同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大，试解释此现象。 答： 固有频差越大，DCO 输出位同步信号与环路输入信号之间的相位误差增大得越快， 而环路对 DCO 的相位调节时间间隔，平均值是不变的（当输入信号一定时） ，故当固有 频差增大时，位同步信号的同步抖动范围增大。 4. 若将 AMI 码或 HDB3码整流后作为数字环位同步器的输入信号，能否提取出位同 步信号？为什么？对这两种码的信息代码中的连“1”个数有无限制？对 AMI 码的信息 代码中连“0”个数有无限制？对 HDB3码的信息代码中连“0”个数有无限制？为什么？ 答： 能。因为将 AMI 码或 HDB3码整流后得到的是一个单极性归零码，其上升沿收使 鉴相器输出高电平，从而使位同步正常工作。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 8 - 对这种码的信息代码连“1”个数无限制，因连“1”代码对应 AMI 码及 HDB3码 为宽度等于码元宽度一半的正脉冲或负脉冲，整流后全为占空比为 0.5 的正脉冲，脉冲 上升沿个数等于信息代码“1”码个数。 对 AMI 码的信息代码中连“0”个数有限制，因 AMI 码连“0”个数等于信息代码 连“0”个数，不产生脉冲，也就没有上升沿。 对 HDB3码的信息代码中连“0”个数无限制，因为不管信息代码连“0”个数有多 大，HDB3码中连“0”个数最多为 3。即鉴相器在四个码元内至少工作一次。 6. 试解释本实验使用的数字锁相环快速捕捉机理，并与超前滞后型数字环比较。 答： 本实验中可对 DCO 的分频比任意调节，一次调节就可使环路锁定，而在超前滞后 型数字环中每次调节只能使 DCO 的分频比增大 1 或减 1，需多次调节才能使环路锁定。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 9 - 实验六 2. 本实验中同步器由同步态转为捕捉态时24 信号相位为什么不变？ 答： 因判决器无输出，与门 4 无输出，故24（24 分频）电路无复位脉冲，其输出的 24 信号相位保持不变。 3. 同步保护电路是如何使假识别信号不形成假同步信号的？ 答： 假识别信号与或门输出信号不同步，与门 1 输出中无假识别信号。因而，假识别信 号不能通过与门 4，所以单稳输出信号仅与中负同步码对应的识别信号有关，而与假识 别无关，这样假识别信号就不能形成假同步信号。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 10 - 实验七 1.本实验系统中，为什么位同步信号在一定范围内抖动时并不发生误码？位同步信 号的这个抖动范围大概为多少？在图7-5所示的实际通信系统中是否也存在此现象？为 什么。 答： 本实验系统中信道是理想的，无噪声且无码间串扰，只要位同步抖动范围不超过码 元宽度就不会发生误码（当 BD 处于 NRZ 码中间时） 。 图7-5所示实际通信系统中则不存在这种现象。 在那里即使位同步信号无任何抖动， 由于信道噪声不可能为零，必然有误码。而位同步信号抖动范围越大误码率越大。 2.帧同步信号在对复用数据进行分接时起何作用，用实验结果加以说明。 答： 帧同步信号可以确保分接器对时分复用信号进行正确分接。 通信原理教学实验系统习题解答 _ - 11 - 实验八 1.画出 2DPSK 系统七个模块的信号连接图，标出信号流向。 答： 其中手工接线有五根： 解调模块CM提供给 位同步模块 （接位同步模块的S-IN点） ； 位同步模块 BS-OUT 分别接 解调模块 BS-IN 点 和 帧同步模块 BS-IN 点；解调模块 AK-OUT 分别接 帧同步模块 S-IN 点 和 终端模块 S-IN 点。 2.位同步信号的上升沿为什么要处于 2DPSK 解调器或 2FSK 解调器的低通滤波器输 出信号的码元中心？