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 8 10 3 rad s v R36 10 C17 100 F 再用 Q fo BL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 100 F 100 10 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 18 6 108Hz V2 8V 则 fP 18 4 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 2 18 rad s v R25 2 10 4 R 68 5 10 3 C 11 2 2 10 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 cos C t 时 MU LPF 及 BK 与载波为 cos C 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 4 f 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