通信原理硬件实验报告材料新颖-哈工程

1、实验报告课程名称通信原理实验项目名称数字基带信号实验、数字调制解调实验实验类型硬件实验实验学时4学时班级电子信息工程4班学号某某指导教师X晓林实验室名称21B361实验室实验时间实验成绩实验原理1分实验步骤2分实验结果2分总成绩教师签字日期某某工程大学教务处 制实验一、数字基带信号实验一、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、HDB2的编码规如此 3、了解HDB3（AMI）编译码集成电路 CD22103.、实验仪器双踪示波器、通信原理 VI实验箱一台、M6信源模块三、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

2、双极性码HDB3卜整流后的AMI码与整流后的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。四、根本原理1、单极性码、双极性码、归零码、不归零码对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。a）单极性不归零码，无电压表示"0"，恒定正电压表示"1"，每个码元时间的中间点是采 样时间，判决门限为半幅电平。b）双极性不归零码，"1"码和"0"码都有电流，"1&quo

3、t;为正电流，"0"为负电流，正和负的幅 度相等，判决门限为零电平。c）单极性归零码，当发"1"码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度， 即发出一个窄脉冲；当发"0"码时，仍然不发送电流。d）双极性归零码，其中"1"码发正的窄脉冲，"0"码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔 可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点：不归零码在传输中难以确定一位的完毕和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进展定时或同步；归零码的脉冲较窄

4、，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。单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良 好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的外表电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的2、AMI、HDB3码特点1AMI 码信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI 码：+1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1由于AMI码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不 允许这些成分通过的信道中传输。除了

5、上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以与便于观察误码情况等优点，它是以 种根本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连 0串，因而会造成提取定时信号的困难。2HDB3码HDB3码是对AMI码的一种改良码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规如此如 下：用B脉冲来保证任意两个相连取代节的V脉冲间“1"的个数为奇数。当相邻 V脉冲间“ 1"码数为奇数时，如此用“ 000V"取代，为偶数个时就用“ B00V'取代。在 V脉冲后面 的“1"码和B码都依V脉冲的极

6、性而正负交替改变。为了讨论方便，我们不管“0"码，而把相邻的信码“ T和取代节中的 B码用B1B2Bn表示，Bn后面为V,选取“ 000V"或“ B00V'来满足Bn的n为奇数。当信码中的“ 1"码依次出现的序列为 VB1B2B3.BnVB1 时，HDB3码为1 .+或为IF . + + 。由此看出，V脉冲是可以辩认的，这是因为Bn和其后出现的V有一样的极性，破坏了相邻码交替变号原如此，我们称 V脉冲 为破坏点，必要时加取代节 BOOV保证n永远为奇数，使相邻两个 V码的极性作交替变化。 由此可见，在HDB3码中。相邻两个V码之间或是其余的“1"

7、码之间都符合交替变号原如此， 而取代码在整修码流中不符合交替变号原如此。经过这样的变换，既消除了直流成分， 又防止了长连“0"时位定时不易恢复的情况，同时也提供了取代信息。图5-2给出了 HDB3码的频谱，此码符合前述的对频谱的要求。例如：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI 码：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1HDB3码的特点是明显的， 它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3 个

8、的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。五、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、接通数字信号源模块电源。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GNE点均可，进展如下观察：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X 1110010 （X为任意代码，1110010

9、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、 关闭数字信号源模块电源，按下表连线，打开数字信号源模块和AMI HDB3编译码模块电源。用示波器观察AMI HDB3编译单元的各种波形。源端口目的端口1.数字信源单元 NRZ- OUTAMI HDB3 编译单元 NRZ-IN2.数字信源单元BS-OUTAMI HDB3 编译单元 BS-IN1)示波器的两个探头 CH1和CH2分接信源单元的 NRZ-OUT和HDB3单元的AMI)HDB3 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

10、、 K3置为全0,观察全0码对应AMI码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，观察时 应注意AMI、HDB3码是占空比于的双极性归零 码。编码输出 HDB3 (AMI)比输入NRZ-OUT延迟了 4个码元。(2)将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 11000010 0000 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A (AMI)端再置H (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

11、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是占空比等于的单极性归零码。BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的正弦信 号，BS-R是一个周期根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码如此不存 在这种问题。本实验中假如24位信源代码中连零很多时，如此难以从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由于别离参 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码的状态贯彻信号输出。 假

12、如24位信源代码全为“ 0 '码，如此更不可能从 AMI信号亦是全0信号得 到正确的位同步信号。六、实验结果观察到单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形符合其特点，验证了根 本原理观察AMI、HDB3码波形可知代码全 1 时：AMI 码为：+1-1+1-1+1-1+1-1 + 1-1 + 1-1+1-1+1-1HDB3码为：+1-1+1-1+1-1 + 1-1 + 1-1 + 1-1+1-1+1-1代码全 0 时：00000000000000005 / 20HDB3码为:0 0 0 +V -B 0 0 -V +B 0 0 +V-B 0 0-V代码为：0000 1100 00

13、10 0000AMI 码为：HDB3码为：0 0 0 +V-1 + 1-B 0 0 -V+1000+V0实验结果分析：示波器显示HDB3码，可见对应每一符号都有零电位的间隙产生观察得到各种NRZ码，即单极性非归零码示波器观测得到的延时 8个码元的波形验证了单极性码、双极性码、归零码、不归零码、AMI、HDB3等基带信号特点七、思考题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“ T码相对应的 AMI码与HDB3码是否一定一样？为什么？答：1不归零码的0电平和1电平宽度相等，归零码的 0电平和1电平的宽度不相等， 而且1电平的宽度小于0电平的宽度，即不归零码的占空

14、比等于 0.5而归零码的占空比小于 0.5。 2与信源代码中的“ 1"码对应的AMI码与HDB3码不一定一样。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 1AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 0 0

15、 0 1 0 -12、设代码为全 1，全0与0111 0010 0000 1100 0010 0000 ，给出 AMI与HDB3码的代码和 波形。答：信息代码 1 1 1 1 1 1 1AMI 1 -1 1 -1 1 -1 16 / 20HDB3码中不含有离散谱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、移相后即可得到符合要求的位冋步信号cp(t)。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，

16、越难于从 AMI码中提取位同步信号，而HDB3码如此不存在此问题。答：=0.5TS时单极性归零码的功率谱密度为：Ps(f) 2fsP(1p)|G(f)|22 2 2 2fs |PG(o)|2 (f) 2fs2 |PG(mfs)|2 (f mfs)m 1式中fs=1/Ts在数值上等于码速率,P为“ T码概率,G(f)为=Ts/2脉冲信号的傅氏变换G(f)12fsG(fs)12fsSa(2)sin 22fs /2Ps(fs)fs)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的单极性归零码中连“ 0"个数与信息代码中

17、连 “0"个数一样。所以信息代码中连“0'码越长，AMI码对应的单极性归零码中“ T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“ T码出现的概率大，fs离散谱强度大，故易于提取位同步信号。实验二、数字调制实验一、实验目的1、掌握绝对码、相对码概念与它们之间的变换关系。2、掌握用键控法产生 2ASK 2FSK 2PSK 2DPSK言号的方法。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言号波形之间关系。4、了解2ASK 2FSK 2PSK 2DPSK言号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。、实验仪器双

18、踪示波器一台、通信原理 VI实验台一台、M6信号源模块和Ml数字调制模块 三、实验内容1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。2、用示波器观察 2ASK 2FSK 2PSK 2DPSK信号波形。3、 用频谱仪观察数字基带信号频谱与2ASK 2FSK 2DPSK信号的频谱。四、根本原理1、2ASK调制原理2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振幅随珮t -带信号而变化，而位保持不变。信息的幅度来传递的。着二进制数字基 其频率和初始相 比特是通过载波 其信号表达式为Q(t) S(t) cos ct，S(t)为单极性数字基带信号。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘

19、的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号“1时,传输载波；当调制的数字信号为"0时，不传输载波。2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号S(t)通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图2-1所示。图2-1典型2ASK波形e2ASK(t)为已调信号，它的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有s(t)的信息。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法相乘器法和键控法。模拟调制法就是用ak10 0 1si (t)s2 (t)cos (wi t+ On)一十一亠一、 cos (w2 t+ » n)s1(t) co s(w1t

20、 + O n图2-32 (t) cos (w2 t+ » n)s2FSK2、2 FSK信号开芜K的在定，当s（t）-2ASK叠加。其调制原个 FSK信看成是 同载波 信号的 解调和解调方法和FSK差不多。2FSK信号的频谱可以看成是 f1和f2的两个2ASK频谱的组合。频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：e2FSK (t)Acos( 1tn)Acos( 2tn)典型波形如图2-4所示。图

21、2-4 2FSK典型波形图2FSK的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法。本次设计米用键控法。键控法中可以用二进制“ T来对应于载频fl，而“ 0用来对应于另一频率f2，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源fl、f2进展选择通。键控法原理图如图2-5示图2-5理图2、2PSK调在二中，当正弦二进制数据2FSK的调制原理图2FSK键控法原2FSK输出信号制原理进制数字调制载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，如此产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的0。和180。分别表示二进制数字基带信号的1和0

22、 ,模拟调制法用两个反相的载波信号进展调制。2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0。，当基带信号为1时相对于初始相位为180 °。0° 和 180°来分别代键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用 表0和1。其时域表达式为:e2PSKang(t nT；) cos ctn其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。本次设计中采用模拟调制法。两种方法原理SIS码型变换U-£图2-6法原理图模拟调制图2-7键控法原理图DPSK调制原理假设前后相邻码元3、2DPSK调制原理2DPSK方式是用前后相邻码元的载波

23、相对相位变化来表示数字信息。的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为:0 （数字信息0）（数字信息1）为前一码元的相位。实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进展差分编码,然后对变换出的差分码进展绝对调相即可。2DPSK调制原理图如图 2-8所示。图2-8 2DPSK调制原理框图五、实验步骤1、熟悉数字信源单元与数字调制单元的工作原理。2 、连线：数字调制单元的CLK BS-IN、NRZ-IN分别连至信源单元 CLK BS、NRZ打开交流电源开关和两模块的电源开关。3、接通电源，示波波CH1接AK CH2接BK ,信源模块的K1、K2、K3置于任意状态非 全0，

24、观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以与从相对码至绝对码的变换规 律。4、仔细观察CAR和CAR-D言号，分析载波信号的特点。5、示波器CH1接2DPSK CH2分别接AK与BK,观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对 码的关系以与2DPSK信号相位变化与相对码的关系此关系即是 2PSK信号相位变化与信源 代码的关系。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。6、示波器CH1接AK CH2依次接2FSK和2ASK;观察这两个信号与 AK的关系注意“ 1“0 "的 2FSK度可能这对传是没有码 与 码对应 信号幅 不相等，输信息 影响的六、实验结果观察

25、到绝对码与相对码关系相对码为： 可总结出相对码bn与绝对码an的关系为，其中bn 1为参考码元bn 0 1 an观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制信号特点，可知与理论一致，验证了实验根本原理，2ASK通过载波幅度的有无表示传送的信息，2FSK用不同载频表示传送的信息，2PSK用载波相位表示传送的信息，2DPSK用相邻码元相对载波相位值表示传送的信息，同时可以看出2DPSK可由绝对码转换为相对码在经过绝对移相得到。七、思考题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 ，00000，1110110

26、0或 01010，11111，000100112、设相对码为全 1、全0或1001 1010，求绝对码。答：绝对码 11111 ，00000，10011010相对码 00000，00000，01010111或 10000， 10000， 110101113、 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2PSK与 2DPSK信 号波形。答：信息，代码1 00 11 0i02FSK载频 等于 码速率V Vj2DPSKA2PSKp导载频 等干 码速率 1-5倍2DPSKa/1V 0VIV4、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

27、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。一一此为信号差分码。 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一样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。5、总结2DPSK言号的相位变化与信息代码之间的关系以与2PSK信号的相位变化与信息代码之间的关系。答：2DPSK言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言号的初相相对于前一码元内 2DPS

28、K言号的末相变化1800, “0"码对应的 2DPSK言号的初相与前一码元内 2DPSK信号的末相一样。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如此当前码元内 2PSK言号的初相相对于前一码元内 2PSK信号的末相 变化1800。一样时如此码元内 2PSK信号的初相相对于前一码元内 2PSK信号的末相无变化。实验三、数字解调实验一、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。二、实验仪器双踪示波器一台、通信原理 VI实验台、M6信号源模块和M4数字调制模块三、实验内容1、用示波器观察2DPS

29、K相干解调器各点波形。2、用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形四、根本原理1、2DPSK解调原理2DPSK言号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将 DPSK信号准确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进展差分解码。相干解调码变换法与相干解调法的解调原理是，先对2DPSK言号进展相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，假如相干载波产生相位模糊，解调出的相对码将产生倒置

30、现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。设计米用相种原3-1示。干解理和 "VWAAXaAA iB /A/V/AA/ x y 丿1 f1*解调。两 调方式的 图如图图3-2所图3-1 2DPSK差分相干解调原理图图3-2 2DPSK相干解调原理图2DPSK相干解调各点波形图如图 3-3所示。木地载波图3-3 2DPSK相干解调各点波形图五、实验步骤本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块与2FSK解调模块。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2DP

31、SK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调单元，做2FSK解调实验时如此送到 2FSK解调单元。1、按下表连线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-OUT2FSK解调 BS-IN数字信源单元BS-OUT2DPSK解调 BS-IN数字调制2DPSK-OUT2DPSK解调 BS-IN数字调制2DPSK-OUT载波同步2DPSK- IN数字调制2FSK-OUT2FSK解调 2FSK -IN载波同步CAR- OUT2DPSK解调 CAR-IN2、检查数字信源模块、数字调制模块与载波同步模块是否已在工作正常。3、2DPS

32、K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 MU与BK同相或 反相。的正、负极性信号与 o电平对称，否如此不对称。将示波器调至失步状态，可观察到眼图。3断开、接通电源假如干次，使数字调制单元CAR言号与载波同步单元 CAR-OUT言号同相，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。4在断开电源打开电源假如干次CAR信号与CAR-OUTt号反相，重新进展行步骤3中的观察。在进展上述各步骤时应注意运放是一个反相放大器。4、2FS