通信原理实验一

1 中南大学信息科学与工程学院 通信原理实验报告 学生学院 信息科学与工程学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 时 间 2 实验一实验一 数字基带信号数字基带信号 一 实验目的一 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 通过开关 K1 K2 K3将数字信源置于01110010 11110000 11110000 理论上的波形应该 是如下图1 11 图 1 1 示波器上的理想波形 实际在示波器上看到此时示波器中的波形如下图 1 12 对比图1 11可以看 到 发光状态是正确的 3 图 1 2 代码01110010 11110000 11110000时的位同步信号和NRZ码 2 用开关K1产生代码01110010 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 图 1 3 代码01110010 00000000 00000000时的位同步信号和NRZ码 说明 说明 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边 接收端一旦检测到这个特定的群同步码组就马上知道这组信息码元的 头 所以这种方法适用于要求快速建立同步的地方 或者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码的特点是极性单一 脉冲的宽度等于码元宽度 有直流分量 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 和HDB3码 再将K1 K2 K3置为全0 观察全0码对应的AMI码和HDB3码 观察 AMI码时将HDB3单元的开关K4置于A端 观察HDB3码时将K4置于H端 4 图 1 4 全1码对应的AMI码 图 1 5 全1码对应的HDB3码 结论 结论 从图1 13和图1 14中可以看到 信息码全1时 AMI和HDB3码是相同的 图 1 6 全0时的AMI码 5 图 1 7 全0时的HDB3码 结论 结论 从图1 15和图1 16中可以看到 信息码全0时 AMI码是全0 没有信 号电平的跳变 因此提取同步信息困难 不过对于HDB3码 连0数不多于3 总 有信号电平的跳变 所以即使信息码全0时仍能够提取定时信号 2 将K1 K2 K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态 观察并记录对应 的AMI码和HDB3码 图 1 8 输入为0111 0010 0000 1100 0010 0000 对应的AMI码 图 1 9 输入为0111 0010 0000 1100 0010 0000时的HDB3码 6 从图中可以看出 AMI码和HDB3码都是双极性归零码 且编码输出HDB3比输 入信息源NRZ OUT延迟了4个码元 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 实验截图如下 图 1 10 AMI码的DET波形 7 图1 11 AMI码的BPF波形 得到的BPF信号近似是一个正弦信号 图 1 12 AMI 码的 BS R 信号 图1 13 AMI码的NRZ 波形 将K4置于右方 HDB3 端 观察CH2依次接HDB3单元的DET BPF BS R和 NRZ 输出截图如下 8 图 1 14 HDB3码的DET波形 图1 15 HDB3码的 BPF 波形 图 1 16 HDB3码的BS R信号 9 图1 17 HDB3码的NRZ 波形 结论 结论 BS R 锁相环输出的位同步信号是个周期电平信号 且周期就是一个 码元的宽度 相邻码元的电平跳变处总对应着BS R信号的上升沿 四 实验结果讨论四 实验结果讨论 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 答 不归零码的脉宽等于码元宽度 归零码的脉宽小于码元的宽度 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 如下边儿的例子 可以看到消息码中的最后两个 1 在 AMI 码和 HDB3 3中是不同的 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 HDB 1 0 1 1 0 0 0 V B 0 0 V 0 1 0 1 消息码 码 码 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 消息码 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 AM I 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 H D B3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 消息码 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AM I 码 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H D B3码 B 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V B 0 0 V 消息码 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 AM I 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 H D B3码 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 V 0 1 1 B 0 0 V 1 0 0 0 V 0 10 3 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理 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 移相后即可得到满足要求的位同步信号 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 单极性归零码的功率谱为 22 22 m f f 1 1 Sssss Ppp G ffpG mffmf 其中 p是 0 码出现的概率 是码元的宽度的倒数 22 SS TfT G fSa s f S T 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 0 码出现概率越大 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 0 码出现的概率大 fS 离散谱强度 大 相对容易提取位同步信号 五 实验心得体会五 实验心得体会 本次实验我们通过实际操作了解了数字基带传输系统的构成 其过程为 信号源产生 的二进制数字信号经码