通信原理实验谈新权

通信原理实验谈新权

图中STA、STB分别为发端得两路模拟话音信号,BS为时钟信号,SLA、SLB为抽样信号,F为帧同步码,AK为绝对码,BK为相对码。在收端CP为位同步信号,FS为帧同步信号,F1、F2为两个路同步信号,SRA、SRB为两个PCM译码器输出得模拟话音信号。6/9/20262

图中发滤波器用来限制进入信道得信号带宽,提高信道得频带利用率。收滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。本实验系统中省略了发滤波器、信道及收滤波器,信道编译码,而直接将2PSK调制器输出信号连接到载波提取单元和相干解调单元。6/9/20263

普通语音信号得PCM信号就是随机信号,不适于用示波器观察信号传输过程中得变化。故用24比特为一帧得周期信号取代实际得数字语音信号作为发端得AK信号,该周期信号由两路数据(每路8比特)和7比特帧同步码以及一未定义比特复接而成。在收端对两路数据进行分接,形成两路并行码和两路串行码,发端得24比特信号可根据实验需要任意设置。6/9/20264由两路实际得话音信号(或两路正弦信号)形成得PCM时分复用信号则不再经过调制、解调而直接送给PCM译码器,实验者可以观察到PCM话音(或正弦信号)波形、量化噪声、过载噪声,从而理解PCM编译码原理。HDB3码及AMI码就是基带传输中得重要码型,其编码规律、位同步提取原理就是课堂教学中得重点和难点,因此也就是本实验系统重点考虑得内容。6/9/20265

通信原理教学实验系统由下面十二个单元构成:1、数字信源单元7、位同步单元2、HDB3编译码单元8、帧同步单元3、数字调制单元9、数字终端单元4、载波同步单元10、PCM编译码单元5、2DPSK解调单元11、两人通话单元6、2FSK解调单元12、设计实验模块6/9/202666/9/20267

实验一数字基带信号一、实验目得

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码得编码规则。3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号得方法。4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号得帧结构特点。5、了解HDB3(AMI)编译码集成电路CD22103。6/9/20268二、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)、整流后得AMI码及整流后得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得有关波形。3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。6/9/2026910大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流

三、基本原理本实验使用数字信源模块和HDB3编译码模块。1、数字信源本模块就是整个实验系统得发终端,其原理方框图如图1-1所示。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位就是帧同步码(7位巴克码1110010),另外16位为2路数据信号,每路8位。6/9/202611

此NRZ信号为集中插入帧同步码(即,每一帧得开头插入一个固定得八位码)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。6/9/202612

图1-1数字信源方框图6/9/202613

图1-2帧结构6/9/202614

图1-4分频器输出信号波形6/9/202615

图1-5FS、NRZ-OUT波形6/9/202616

图1-6HDB3编译码方框图6/9/202617图1-8NRZ、AMI、HDB3关系图6/9/202618

四、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编译码单元得工作原理。接好电源线。2、用信源单元得FS作为示波器得外同步信号,示波器探头得地端接在实验板任何位置得GND点均可。3、示波器得两个通道探头分别接信源单元得NRZ-OUT和BS-OUT。打开电源开关。对照发光二极管得发光状态,判断数字信源单元就是否已正常工作(1码对应得发光管亮,0码对应得发光管熄);

6/9/2026194、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,观察本实验给定得集中插入帧同步码时分复用信号帧结构,和NRZ码特点。5、示波器得两个探头CH1和CH2分别接信源单元得NRZ-OUT和HDB3单元得AMI-HDB3,将信源单元得K1、K2、K3每一位都置1,观察全1码对应得AMI码(开关K4置于左方AMI端)波形和HDB3码(开关K4置于右方HDB3端)波形。6/9/2026206、再将K1、K2、K3置为全0,观察全0码对应得AMI码和HDB3码。观察时应注意AMI、HDB3码得码元都就是占空比为0、5得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。7、将K1、K2、K3置于111100101000000011111110观察并记录对应得AMI码和HDB3码。6/9/2026218、将K1、K2、K3置于任意状态,K4先置左方(AMI)端再置右方(HDB3)端,CH1接信源单元得NRZ-OUT,CH2依次接HDB3单元得DET、BPF、BS-R和NRZ,观察这些信号波形。观察时应注意:HDB3单元得NRZ信号(译码输出)滞后于信源模块得NRZ-OUT信号(编码输入)8个码元。DET就是占空比等于0、5得单极性归零码。6/9/202622

BPF信号就是一个幅度和周期都不恒定得准正弦信号,BS-R就是一个周期基本恒定(等于一个码元周期)得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,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得稳定得位同步信号,因此不能完成正确得译码(由于分离参数得影响,各实验系统得现象可能略有不同。一般将信源代码置成只有1个“1”码得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(亦就是全0信号)得到正确得位同步信号。6/9/202623五、实验报告要求1、根据实验观察和纪录回答:(1)不归零码和归零码得特点就是什么？(2)与信源代码中得“1”码相对应得AMI码及HDB3码就是否一定相同？为什么？2、设代码为全1,全0及011100100000110000100000,给出AMI及HDB3码得代码和波形。6/9/202624

实验二数字调制一、实验目得1、掌握绝对码、相对码概念及她们之间得变换关系。2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号得方法。3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间得关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间得关系。

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二、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。

6/9/202626三、基本原理本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号(NRZ码)和位同步信号BS(已在实验电路板上连通,不必手工接线)。调制模块将输入得绝对码AK(NRZ码)变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。数字调制单元得原理方框图如图2-1所示。6/9/202627

图2-1数字调制方框图6/9/202628

将晶振信号进行2分频、滤波后,得到2ASK得载频2、2165MHZ。放大器得发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反得信号,这两个信号就就是2PSK、2DPSK得两个载波,2FSK信号得两个载波频率分别为晶振频率得1/2和1/4,也就是通过分频和滤波得到得。下面重点介绍2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形与信息代码得关系如图2-3所示。6/9/202629图2-32PSK、2DPSK波形码元宽度=1、5个载波周期6/9/202630

2DPSK信号得相位与信息代码得关系就是:码元为“1”时,2DPSK信号得相位变化180

。码元为“0”时,2DPSK信号得相位不变,可简称为“1变0不变”。应该说明得就是,此处所说得相位变或不变,就是指将本码元内信号得初相与上一码元内信号得末相进行比较,而不就是将相邻码元信号得初相进行比较。6/9/202631

实际工程中,2PSK或2DPSK信号载波频率与码速率之间可能就是整数倍关系也可能就是非整数倍关系。但不管就是那种关系,上述结论总就是成立得。本单元用码变换——2PSK调制方法产生2DPSK信号,原理框图及波形图如图2-4所示。6/9/202632

相对于绝对码AK、2PSK调制器得输出就就是2DPSK信号,相对于相对码、2PSK调制器得输出就是2PSK信号。图中设码元宽度等于载波周期,已调信号得相位变化与AK、BK得关系当然也就是符合上述规律得,即对于AK来说就是“1变0不变”关系,对于BK来说就是“异变同不变”关系,由AK到BK得变换也符合“1变0不变”规律。6/9/202633

图2-4中调制后得信号波形也可能具有相反得相位,BK也可能具有相反得序列即00100,这取决于载波得参考相位以及异或门电路得初始状态。2DPSK通信系统可以克服上述2PSK系统得相位模糊现象,故实际通信中采用2DPSK而不用2PSK(多进制下亦如此,采用多进制差分相位调制MDPSK)。6/9/202634图2-42DPSK调制器6/9/202635四、实验步骤本实验使用数字信源单元及数字调制单元。1、熟悉数字调制单元得工作原理。接通电源,打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方N(NRZ)端。2、用数字信源单元得FS信号作为示波器得外同步信号,示波器CH1接信源单元得(NRZ-OUT)AK(即调制器得输入),CH2接数字调制单元得BK,信源单元得K1、K2、K3置于任意状态(非全0),观察AK、BK波形,总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码得变换规律。6/9/2026363、示波器CH1接2DPSK,CH2分别接AK及BK,观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对码得关系、2DPSK信号相位变化与相对码得关系(此关系即就是2PSK信号相位变化与信源代码得关系)。注意:2DPSK信号得幅度比较小,要调节示波器得幅度旋钮,而且信号本身幅度可能不一致,但这并不影响信息得正确传输。6/9/2026374、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK;观察这两个信号与AK得关系(注意“1”码与“0”码对应得2FSK信号幅度可能不相等,这对传输信息就是没有影响得)。6/9/202638五、实验报告要求1、设绝对码为全1、全0或10011010,求相对码。2、设相对码为全1、全0或10011010,求绝对码。3、设信息代码为10011010,假定载频分别为码元速率得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得变换规律、相对码至绝对码得变换规律并设计一个由相对码至绝对码得变换电路。5、总结2DPSK信号得相位变化与信息代码(即绝对码)之间得关系以及2DPSK信号得相位变化与相对码之间得关系(即2PSK得相位变化与信息代码之间得关系)。6/9/202639

实验3数字解调与眼图实验目得1、掌握2DPSK相干解调原理。2、掌握2FSK过零检测解调原理。实验内容1、用示波器观察2DPSK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。3、用示波器观察眼图。6/9/202640

三、基本原理可用相干解调或差分相干解调法(相位比较法)解调2DPSK信号。在相位比较法中,要求载波频率为码速率得整数倍,当此关系不能满足时只能用相干解调法。本实验系统中,2DPSK载波频率等码速率得13倍,两种解调方法都可用。6/9/202641实际工程中相干解调法用得最多。2FSK信号得解调方法有:包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。

本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。图4-1为两个解调器得原理方框图。6/9/202642

图4-1数字解调方框图(a)2DPSK相干解调(b)2FSK过零检测解调6/9/202643

图4-32DPSK相干解调波形示意图6/9/202644

图4-42FSK过零检测解调器各点波形示意图6/9/202645四、实验步骤本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2DPSK解调单元及2FSK解调单元,她们之间得信号连结方式如图4-5所示,其中实线就是指已在电路板上布好得,虚线就是实验中要手工连接得。实际通信系统中,解调器需要得位同步信号来自位同步提取单元。本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。在做2DPSK解调实验时,位同步信号送给2DPSK解调单元,做2FSK解调实验时则送到2FSK解调单元。6/9/202646

图4-5数字解调实验连接图虚线-------手工连接6/9/202647

1、复习前面实验得内容并熟悉2DPSK解调单元及2FSK解调单元得工作原理,接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。2、检查要用到得数字信源、数字调制及载波同步单元就是否工作正常,保证载波同步单元处于稳定得同步状态！！6/9/2026483、2DPSK解调实验步骤(1)将数字信源单元得BS-OUT用连线连接到2DPSK解调单元得BS-IN点,以信源单元得FS信号作为示波器外同步信号,将示波器得CH1接数字调制单元得BK,CH2(建议使用示波器探头得x10衰减档)接2DPSK解调单元得MU。MU与BK同相或反相,其波形应接近图4-3所示得理论波形。6/9/202649(2)示波器得CH2接2DPSK解调单元得LPF,可看到LPF与MU同相。当一帧内BK中“1”码“0”码个数相同时,LPF得正、负极性信号电平与0电平对称,否则不对称。(3)示波器得CH1接VC,调节电位器R39,保证VC处在0电平(当BK中“1”与“0”等概时LPF得中值即为0电平),此即为抽样判决器得最佳门限。6/9/202650(4)观察数字调制单元得BK与2DPSK解调单元得MU、LPF、BK之间得关系,再观察数字信源单元中AK信号与2DPSK解调单元得MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间得关系。(5)断开、接通电源若干次,使发端CAR信号与载波同步CAR-OUT信号得相位关系出现跳变,重新进行步骤(4)中得观察。6/9/202651(6)将数字调制单元单刀双掷开关K7置于右方(M序列)端,此时数字调制器输入得基带信号就是伪随机序列(本系统中就是M序列)信号。用示波器观察2DPSK解调单元LPF点,即可看到无噪声状态下得眼图。6/9/202652

4、2FSK解调实验将数字调制单元单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。将数字信源单元得BS-OUT用信号连线接到2FSK解调单元得BS-IN点,示波器探头CH1接数字信源单元中得AK,CH2分别接2FSK解调单元中得FD、LPF、CM及AK-OUT,观察2FSK过零检测解调器得解调过程(注意:低通及整形2都有倒相作用)。LPF得波形应接近图4-4所示得理论波形。6/9/202653五、实验报告要求1、设绝对码为1001101,根据实验观察得到得规律,画出如果相干载波频率等于码速率得1、5倍,在CAR-OUT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克服相位模糊现象得机理。2、设信息代码为1001101,2FSK得两个载频分别为码速率得四倍和两倍,根据实验观察得到得规律,画出2FSK过零检测解调器输入得2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形(设低通滤波器及整形2都无倒相作用)。6/9/202654实验七时分复用数字基带通信系统一、实验目得1、掌握时分复用数字基带通信系统得基本原理及数字信号传输过程。2、掌握位同步信号抖动、帧同步信号错位对数字信号传输得影响。3、掌握位同步信号、帧同步信号在数字分接中得作用。6/9/202655二、实验内容1、用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统,使系统正常工作。2、观察位同步信号抖动对数字信号传输得影响。3、观察帧同步信号错位对数字信号传输得影响。4、用示波器观察分接后得数据信号、用于数据分接得帧同步信号、位同步信号。6/9/202656三、基本原理本实验要使用数字终端模块。数字终端模块工作原理:原理框图如图7-1所示。她输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号,把两路数据信号从时分复用信号中分离出来,输出两路串行数据信号和两个8位得并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管,左边8个发光二极管显示第一路数据,右边8个发光二极管显示第二路数据,二极管亮状态表示“1”,熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率得1/3。6/9/202657

图7-1数字终端原理方框图6/9/202658

图7-3变换后得信号波形6/9/2026592、时分复用数字基带通信系统图7-5为时分复用数字基带通信系统原理方框图。复接器输出时分复用单极性不归零码(NRZ码),码型变换器将NRZ码变为适于信道传输得传输码(如HDB3码等),发滤波器主要用来限制基带信号频带,收滤器可以滤除一部分噪声,同时与发滤波器、信道一起构成无码间串扰得基带传输特性。复接器和分接器都需要位同步信号和帧同步信号。6/9/202660

图7-5时分复用数字基带通信系统6/9/202661本实验中复接路数N=2,信道就是理想得、即相当于将发滤波器输出信号无失真地传输到收滤波器。为简化实验设备,收、发滤波器也被省略掉。本实验得主要目得就是掌握位同步信号及帧同步信号在数字基带传输中得作用,故也可省略码型变换和反变换单元。6/9/202662四、实验步骤本次实验使用数字信源、位同步、帧同步、数字终端这四个单元。她们得信号连接关系如图7-6所示,其中实线表示实验板上已经布好,虚线表示实验中要手工连接得信号线(共四根)。1、复习位同步、帧同步得实验内容并熟悉数字终端单元工作原理,按照图7-6将这四个模块连在一起,接通实验箱电源。6/9/202663

图7-6数字基带系统连接图6/9/2026642、用示波器CH1观察数字信源单元NRZ-OUT波形,判断信源单元就是否工作正常。3、用示波器CH2观察位同步单元BS-OUT,调节位同步单元得可变电容,使位同步信号BS-OUT对准信源得NRZ信号中间位置并且相位抖动最小。4、将数字信源单元得K1置于

1110010,用示波器CH2观察帧同步单元FS信号与信源NRZ信号得相位关系,判断帧同步单元就是否工作正常。6/9/2026655、当位同步单元、帧同步单元已正确地提取出位同步信号和帧同步信号时,通过发光二极管观察两路8bit数据已正确地传输到收终端。6、用示波器观察分接出来得两路8bit周期信号D1(对应位同步B1)和D2(对应B2)。6/9/2026667、观察位同步抖动对数据传输得影响。用示波器观察数字终端单元得D1或D2信号,然后缓慢调节位同步单元上得可变电容C2(增大位同步抖动范围),观察D1或D2信号波形变化情况和发光二极管得状况(C2在某一范围变化时,D1或D2无误码,C2变化太大时出现误码)。6/9/2026678、观察帧同步对数据传输得影响。还原位同步单元到正确得状态,将数字信源单元得K1置为1110010X,观察数字终端分接出来得两路信号和数字信源单元得对应关系,分析原因。6/9/202668

五、实验报告要求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？位同步信号得这个抖动范围大概为多少？在图7-5所示得实际通信系统中就是否也存在此现象？为什么。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。3、分析数字终端模块中串/并变换和并/串变换电路得工作原理。6/9/202669实验八时分复用2DPSK、2FSK通信系统一、实验目得1、掌握时分复用2DPSK通信系统得基本原理及数字信号得传输过程。2、掌握时分复用2FSK通信系统得基本原理及数字信号得传输过程。6/9/202670二、实验内容1、用数字信源、数字终端、数字调制、2DPSK解调、载波同步、位同步及帧同步等七个模块构一个理想信道时分复用2DPSK通信系统并使之正常工作。2、用数字信源、数字终端、数字调制、2FSK解调、位同步及帧同步等六个模块,构成一个理想信道时分复用2FSK通信系统并使之正常工作。6/9/202671

三、基本原理图8-1给出了传输两路数字信号得时分复用2DPSK通信系统原理框图(2FSK通信系统与此类似)。图中m(t)为时分复用数字基带信号,为NRZ码,发滤波器及收滤波器得作用与基带系统相同。本实验假设信道就是理想得,收、发端都无带通滤波器。m(t)由数字信源提供,即为NRZ信号。6/9/202672

图8-12DPSK时分复用通信系统6/9/202673

四、实验步骤1、拟定详细得2DPSK系统及2FSK系统各模块之间得信号连接方案。2DPSK系统中包括数字信源、数字调制、载波同步、2DPSK解调、位同步、帧同步及数字终端等七个单元。2FSK系统中无载波同步单元,将2DPSK解调单元改为2FSK解调单元,其她单元与2DPSK系统相同。在系统连接时位同步单元得输入信号S-IN应为解调器得CM信号,6/9/202674而帧同步单元和终端单元得输入信号S-IN应来自解调器得AK-OUT点,其她信号得连接方式参考前面几个实验中得介绍和图示(注意:图示标明得有些连接已经布在电路板,不要重复接线)。2、进行2DPSK通信系统实验。按拟定得系统方案连好接线,接通实验箱电源,数字调制单元单刀双掷开关K7应置于左方NRZ端。6/9/202675调整需要调节得电位器及可变电容,使信源得两路数据正确地传输到终端。3、进行2FSK通信系统实验。使信源得两路数据正确地传输到终端。6/9/202676五、实验报告要求1、画出2DPSK系统七个单元全部信号连接图,标出手工接线(提示:共五根)。2、位同步信号得上升沿为什么要处于2DPSK解调器或2FSK解调器得低通滤波器输出信号得码元中心？3、做此实验时遇到过哪些问题,就是如何解决得？4、2DPSK系统中,若不能正确传输两路数据,排除故障得最优步骤就是什么？6/9/202677实验九PCM编译码一、实验目得1、掌握PCM编译码原理。2、掌握PCM基带信号得形成过程及分接过程。3、掌握语音信号PCM编译码系统得动态范围和频率特性得定义及测量方法。6/9/202678二、实验内容1、用示波器观察两路音频信号得编码结果,观