中南大學(xué)數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、教育資料數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師：李敏姓 名：學(xué) 號(hào)：實(shí)驗(yàn)一數(shù)字基帶信號(hào)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)同組人：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)字基帶信號(hào)，必修 口選修口演示性實(shí)驗(yàn) 口驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) ，操作性實(shí)驗(yàn) L綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)本部實(shí)驗(yàn)樓實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)號(hào)指導(dǎo)老師李敏實(shí)驗(yàn)日期及節(jié)次第10周周五7-8節(jié)課、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號(hào)波形特點(diǎn)。2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。3、掌握從HDB 3碼信號(hào)中提取位同步信號(hào)的方法。4、掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。5、了解HDB3 (AMI)編譯碼集成電路 CD22103 。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用示波器觀察單極性非歸零碼（ NRZ）、

2、傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、三階高密度雙極性碼（HDB3）、整流后的 AMI碼及整流后的 HDB3碼。2、用示波器觀察從 HDB3碼中和從AMI碼中提取位同步信號(hào)的電路中有關(guān)波形。3、用示波器觀察 HDB3、AMI譯碼輸出波形。三、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和 HDB3編譯碼單元。1、熟悉數(shù)字信源單元和 HDB3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。2、用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號(hào)波形。用信源單元的FS作為示波器的外同步信號(hào)， 示波器探頭的地端接在實(shí)驗(yàn)板任何位置的 GND點(diǎn)均可，進(jìn)行下列觀察：（1）示波器的兩個(gè)通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT ,對(duì)照發(fā)光

3、二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）；（2）用開(kāi)關(guān)K1產(chǎn)生代碼X 1110010 （X為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼， 觀察本實(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。3、 用示波器觀察 HDB 3編譯單元的各種波形。仍用信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)。（1）示波器的兩個(gè)探頭 CH1和CH2分別接信源單元的 NRZ-OUT和HDB3單元的 AMI-HDB 3,將信源單元的 K1、K2、K3每一位都置1 ,觀察全1碼對(duì)應(yīng)的AMI碼（開(kāi)關(guān) K4置于左方 AMI端）波形和 HD

4、B3碼（開(kāi)關(guān)K4置于右方HDB3端）波形。再將 K1、K2、 K3置為全0,觀察全0碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。觀察時(shí)應(yīng)注意 AMI、HDB 3碼的碼元都是占空比為0.5的雙極性歸零矩形脈沖。編碼輸出AMI-HDB 3比信源輸入NRZ-OUT延遲 了 4個(gè)碼元。（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3 ）端，CH1接信源單元的 NRZ-OUT , CH2依次接 HDB3單元的 DET、BPF、BS-R 和NRZ , 觀察這些信

5、號(hào)波形。觀察時(shí)應(yīng)注意： HDB3單元的NRZ信號(hào)（譯碼輸出）滯后于信源模塊的 NRZ-OUT信號(hào)（編碼輸入）8個(gè)碼元。 DET是占空比等于0.5的單極性歸零碼。 BPF信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)正弦信號(hào)，BS-R是一個(gè)周期基本恒定（等于一個(gè)碼元周期）的 TTL電平信號(hào)。 信源代碼連0個(gè)數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)（或者說(shuō)要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實(shí)現(xiàn)），而HDB 3碼則不存在這種問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)中若24位信源代碼中連零很多時(shí)，則難以從AMI碼中得到一個(gè)符合要求的穩(wěn)定的位同步信號(hào)，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同。一般將信源代碼置成只

6、有1個(gè)1"碼的狀態(tài)來(lái)觀察譯碼輸出）。若24位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI 信號(hào)（亦是全0信號(hào)）得到正確的位同步信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：(1)不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？(2)與信源代碼中的“1”碼相對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？答：1)不歸零碼特點(diǎn)：脈沖寬度。等于碼元寬度Ts歸零碼特點(diǎn)：t <Ts2)與信源代碼中的“1”碼對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB3碼不一定相同。因信源代碼中的“ 1” 碼對(duì)應(yīng)的AMI碼17 -1”相間出現(xiàn)，而HDB3碼中的1'； -1 ”不但與信源代碼中的 T 碼有關(guān)， 而且還與信源代碼中的“ 0

7、”碼有關(guān)。,給出AMI及HDB3碼的2 .設(shè)代碼為全 1,全 0 及 0111 0010 0000 1100 0010 0000代碼和波形。答：信息代碼1111111AMI 1-11-11-1 1HDB3 1 -11 -1 1-1 1信息代碼 0000 0000 0000 0AMIHDB3信息代碼AMIHDB30 0 0 00 0 0 10 1110 1-110 1-110 0 0 0-10 0 10 0 100 0-100 0-100 0 00-10 0 10 0 0 00 00 00 0-1 00-1110 01-10 01-1100 0 100 0 100 1-100 0 0 00 0

8、0 00 0T 073 .總結(jié)從HDB 3碼中提取位同步信號(hào)的原理。答：HDB3中不含有離散譜fS（fS在數(shù)值上等于碼速率）成分。整流后變?yōu)橐粋€(gè)占空比等于0.5的單極性歸零碼，其連 0個(gè)數(shù)不超過(guò)3,頻譜中含有較強(qiáng)的離散譜 fS成分，故可通 過(guò)窄帶帶通濾波器得到一個(gè)相位抖動(dòng)較小的正弦信號(hào)，再經(jīng)過(guò)整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號(hào)。4 .試根據(jù)占空比為 0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說(shuō)明為什么信息代碼中的連0碼越長(zhǎng)，越難于從 AMI碼中提取位同步信號(hào)，而 HDB 3碼則不存在此問(wèn)題。答：將HDB3碼整流得到的占空比為 0.5的單極性歸零碼中連“ 0”個(gè)數(shù)最多為3 ,而將AMI碼整流后得

9、到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“ 0”個(gè)數(shù)與信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)相同。所以信息代碼中連“0”碼越長(zhǎng),AMI碼對(duì)應(yīng)的單極性歸零碼中“1”碼出現(xiàn)概率越小， fS離散譜強(qiáng)度越小，越難于提取位同步信號(hào)。而 HDB3碼對(duì)應(yīng)的單極歸零碼中“1”碼出現(xiàn) 的概率大，fS離散譜強(qiáng)度大，于提取位同步信號(hào)。附：實(shí)驗(yàn)攝圖1、信源代碼：1111 1111 1111 1111 1111 1111對(duì)應(yīng)的AMI碼波形如下：對(duì)應(yīng)的HDB3碼波形如下:對(duì)應(yīng)的HDB3碼波形如下:2、信源代碼：0000 0000 0000 0000 0000 0000對(duì)應(yīng)的AMI碼波形如下:93、信源代碼：0111 0010 0000 11

10、00 0010 0000對(duì)應(yīng)的AMI碼波形如下：對(duì)應(yīng)的HDB3碼波形如下:4、信源代碼：1111 0000 0110 1100 1000 0110對(duì)應(yīng)的HDB3單元的DET 信號(hào)波形如下:對(duì)應(yīng)的HDB3碼波形如下:對(duì)應(yīng)的HDB3單元的NRZ信號(hào)波形如下:#實(shí)驗(yàn)二數(shù)字調(diào)制學(xué)生姓名學(xué)號(hào)同組人：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)字調(diào)制，必修 口選修口演示性實(shí)驗(yàn) 口驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) ，操作性實(shí)驗(yàn) L綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)本部實(shí)驗(yàn)樓實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)號(hào)指導(dǎo)老師李敏實(shí)驗(yàn)日期及節(jié)次第12周周六5-8節(jié)課實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系。2、掌握用鍵控法產(chǎn)生 2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的方法。3、掌握相對(duì)碼波形與 2PS

11、K信號(hào)波形之間的關(guān)系、絕對(duì)碼波形與2DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。4、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用示波器觀察絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形。2、用示波器觀察 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號(hào)波形。3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號(hào)頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜。三、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元。1、熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱電源開(kāi)關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于左方N （NRZ）端。2、用數(shù)字信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)，示波器 CH1接信源單元的（NRZ-OU

12、T）AK （即調(diào)制器的輸入），CH2接數(shù)字調(diào)制單元的 BK ,信源單元的 Ki、K2、K3 置于任意狀態(tài)（非全 0）,觀察AK、BK波形，總結(jié)絕對(duì)碼至相對(duì)碼變換規(guī)律以及從相對(duì)碼 至絕對(duì)碼的變換規(guī)律。3、示波器CH1接2DPSK , CH2分別接AK及BK ,觀察并總結(jié)2DPSK信號(hào)相位變化與絕對(duì)碼的關(guān)系以及 2DPSK信號(hào)相位變化與相對(duì)碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號(hào)相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號(hào)的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且信號(hào)本身幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK ;觀察這兩個(gè)信號(hào)與 AK的關(guān)系（

13、注意1“碼與0碼應(yīng)的2FSK信號(hào)幅度可能不相等，這對(duì)傳輸信息是沒(méi)有影響的）。5、用頻譜議觀察 AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)頻譜（條件不具備時(shí)不進(jìn)行此項(xiàng)觀 察）。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、設(shè)絕對(duì)碼為全 1、全0或1001 1010 ,求相對(duì)碼。答：絕對(duì)碼 11111 ,00000 ,10011010相對(duì)碼 10101 ,00000 ,11101100或 01010 ,11111 ,000100112、設(shè)相對(duì)碼為全1、1001 1010 ,求絕對(duì)碼。答：相對(duì)碼 11111 ,00000 ,10011010絕對(duì)碼00000 ,00000 ,01010111或 10000 ,10000 ,110

14、101113、設(shè)信息彳弋碼為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫(huà)出2DPSK4、總結(jié)絕對(duì)碼至相對(duì)碼的變換規(guī)律、相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律并設(shè)計(jì)一個(gè)由相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換電路。答：絕對(duì)碼至相對(duì)碼的變換規(guī)律1"變0"不變，即絕對(duì)碼的“1”碼時(shí)相對(duì)碼發(fā)生變化，絕對(duì)碼的“0”碼時(shí)相對(duì)碼不發(fā)生變 化。相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律相對(duì)碼的當(dāng)前碼元與前一碼元相同時(shí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前絕對(duì)碼為“0”碼，相異時(shí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前絕對(duì)碼為1 "碼。5、總結(jié)2DPSK信號(hào)的相位變化與信息代碼 （即絕對(duì)碼）之間的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)的 相位變化與相對(duì)碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化

15、與信息代碼之間的關(guān)系）。答：2DPSK信號(hào)的相位變化與絕對(duì)碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：1變0不變"，即1”碼對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi) 2DPSK信號(hào)的末相變化180。，0”碼對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的初相與前一碼元內(nèi) 2DPSK信號(hào)的末相相同。2PSK信號(hào)的相位變化與相對(duì)碼（信息代碼）之間的關(guān)系是：“異變同不變；即當(dāng)前碼元與前一碼元相異時(shí)則當(dāng)前碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的末相變化 180 0。相同時(shí)則碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的末相無(wú)變化。附：實(shí)驗(yàn)攝圖1、信源代碼:1110 0011 1000 1110 0011 10

16、00對(duì)應(yīng)的AK與BK波形如下：23信源代碼：0110 0011 1000 1110 0011 1000對(duì)應(yīng)的AK與BK波形如下：2、信源代碼：1110 0000 1110 0000 0101 0101對(duì)應(yīng)的2DPSK與AK波形如下:信源代碼：1110 0000 1110 0000 1101 0101對(duì)應(yīng)的2DPSK與AK波形如下：3、信源代碼：1110 0000 1110 0000 1111 1111對(duì)應(yīng)的2DPSK與BK波形如下:信源代碼：1110 0000 1110 0000 1001 1111對(duì)應(yīng)的2DPSK與BK波形如下：4、信源代碼:對(duì)應(yīng)的AK與2FSK波形如下:對(duì)應(yīng)的AK與2ASK

17、波形如下:21實(shí)驗(yàn)四數(shù)字解調(diào)與眼圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2 .掌握2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點(diǎn)波形。2 .用示波器觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形。3 .用示波器觀察眼圖。三、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元，它們之間的信號(hào)連結(jié)方式如圖4-5所示,其中實(shí)線是指已在電路板上布好的 ，虛線是實(shí)驗(yàn)中要手工連接的。實(shí)際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號(hào)來(lái)自位同步提取單元。本實(shí)驗(yàn)中尚未用位同步提取單元 ，所以位同步信號(hào)直接來(lái)自數(shù)字信源。在做 2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，

18、位同步信號(hào)送給 2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)則送到 2FSK解調(diào)單元。23數(shù)字信源BS-OUTNRZ-OUT(AK)+數(shù)字調(diào)制BS-IN :2DPSK：2FSK2FSK解調(diào)2DPSK解調(diào)'BS-in載波*同步CAR-OUT圖4-5 數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖1 .復(fù)習(xí)前面實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于左方NRZ端。2 .檢查要用到的數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制及載波同步單元是否工作正常，保證載波同步單元處于同步態(tài)！3. 2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)(1)將數(shù)字信源單元的 BS-OUT用信號(hào)連線連接到 2DPSK解調(diào)單元

19、的BS-IN點(diǎn)，以信源單元的FS信號(hào)作為示波器外同步信號(hào)，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的 BK, CH2(建議使用示波器探頭的x10衰減檔)接2DPSK解調(diào)單元的MU。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4-3所示的理論波形。(2)示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF ,可看到LPF與MU同相。當(dāng)一幀內(nèi)BK中1"碼0"碼個(gè)數(shù)相同時(shí)，LPF的正、負(fù)極性信號(hào)電平與 0電平對(duì)稱(chēng)，否則不對(duì)稱(chēng)。(3)示波器的CH1接VC,調(diào)節(jié)電位器 R39,保證VC處在0電平(當(dāng)BK中1”與0"等概時(shí)LPF的中值即為0電平)，此即為抽樣判決器的最佳門(mén)限。(4)觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK

20、與2DPSK解調(diào)單元的 MU、LPF、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字信源單元中 AK信號(hào)與2DPSK解調(diào)單元的 MU、LPF、BK、AK-OUT信號(hào)之間的 關(guān)系。（5）斷開(kāi)、接通電源若干次，使發(fā)端 CAR信號(hào)與載波同步 CAR-OUT信號(hào)的相位關(guān) 系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于右方（M序列）端，此時(shí)數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號(hào)是偽隨機(jī)序列 （本系統(tǒng)中是 M序列）信號(hào)。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF 點(diǎn)，即可看到無(wú)噪聲狀態(tài)下的眼圖。4. 2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān) K7還原置于左方 NRZ端。將數(shù)字信源單元的 BS-OUT 用信號(hào)連

21、線換接到 2FSK解調(diào)單元的BS-IN點(diǎn)，示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的 AK , CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT ,觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器 的解調(diào)過(guò)程（注意：低通及整形 2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖4-4所示的理論波 形。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .設(shè)絕對(duì)碼為1001101 ,根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫(huà)出如果相干載波頻率等于碼速 率的1.5倍，在CAR-OUT 與CAR同相、反相時(shí) 2DPSK相干解調(diào) MU、LPF、BS、BK、 AK波形示意圖，總結(jié) 2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。答：當(dāng)相干載波為-cos coCt時(shí)，MU、LPF及BK與載波為cos coC t時(shí)的狀態(tài)反相，但 AK仍不變（第一位與 BK的起始電平有關(guān)）。2DPSK系統(tǒng)之所能克服相位模糊現(xiàn)象，是因 為在發(fā)端將絕對(duì)碼變?yōu)榱讼鄬?duì)碼，在收端又將相對(duì)碼變?yōu)榻^對(duì)碼，載波相位模糊可使解調(diào)出來(lái)的相對(duì)碼有兩種相反的狀態(tài)，但它們對(duì)應(yīng)的絕對(duì)碼是相同的。2.設(shè)信息代碼為1001101 , 2FSK的兩個(gè)載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫(huà)出