數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一數(shù)字基帶信實(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HDB3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）、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?；驹肀緦?shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊和HDB3編譯碼模塊。AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1，1的符號(hào)交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對(duì)應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關(guān)系是τ=0.5TS。HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個(gè)連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰V碼中間有奇數(shù)個(gè)信息1碼時(shí)取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個(gè)信息1碼（包括0個(gè)信息1碼）時(shí)取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號(hào)符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號(hào)破壞這種符號(hào)交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號(hào)又是交替反轉(zhuǎn)的；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。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，打開電源開關(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）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼×1110010（×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HDB3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）HDB3，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（開關(guān)K4置于左方AMI端）和HDB3碼（開關(guān)K4置于右方HDB3端）；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、HDB3碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼。編碼輸出HDB3（AMI）比輸入NRZ-OUT延遲了4個(gè)碼元全置1全置0（2）將K1、K2、K3置于011100100000110000100000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。.......HDB3碼...................................AMI碼圖1-4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和記錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？答：不歸零碼特點(diǎn)：脈沖寬度τ等于碼元寬度Ts歸零碼特點(diǎn)：τ＜Ts（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：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“1”、“-1”相間出現(xiàn)，而HDB3碼中的“1”，“-1”不但與信源代碼中的“1”碼有關(guān)，而且還與信源代碼中的“0”碼有關(guān)。舉例：信源代碼100001100001000001AMI10000-110000-1000001HDB31000V-11-B00-V1000V0-12.設(shè)代碼為全1，全0及011100100000110000100000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。答：信息代碼1111111AMI1-11-11-11HDB31-11-11-11信息代碼000000000000AMI000000000000HDB3+B00+V-B00-V+B00+V信息代碼011100100000110000100000AMI01-1100-1000001-10000100000HDB301-1100-1B00V0-11-B00-V-1000+V0波形見實(shí)驗(yàn)步驟33.總結(jié)從HDB3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3，頻譜中含有較強(qiáng)的離散譜fS成分，故可通過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明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)，而HDB3碼則不存在此問題。答：τ=0.5TS時(shí)單極性歸零碼的功率譜密度為：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，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)的單極性歸零碼中“1”碼出現(xiàn)的概率大，fS離散譜強(qiáng)度大，越易于提取位同步信號(hào)。實(shí)驗(yàn)二數(shù)字調(diào)制一、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2PSK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)原理本實(shí)驗(yàn)用到數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供數(shù)字基帶信號(hào)（NRZ碼）和位同步信號(hào)BS（已在實(shí)驗(yàn)電路板上連通，不必手工接線）。調(diào)制模塊將輸入的絕對(duì)碼AK（NRZ碼）變?yōu)橄鄬?duì)碼BK、用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)。調(diào)制模塊內(nèi)部只用+5V電壓。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源，打開實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(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-OUT)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K1、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。....AK.................................BK3、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（注意“1”碼與“0”碼對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)幅度可能不相等，這對(duì)傳輸信息是沒有影響的）。圖為2FSK（上）、2ASK（中）、AK（下）波形圖四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、設(shè)絕對(duì)碼為全1、全0或10011010，求相對(duì)碼。解：絕對(duì)碼：111111110000000010011010相對(duì)碼：1010101000000000111011002、設(shè)相對(duì)碼為全1、全0或10011010，求絕對(duì)碼。解：相對(duì)碼：111111110000000010011010絕對(duì)碼：1000000000000000110101113、設(shè)信息代碼為10011010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號(hào)波形。4、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：①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?！藶樾盘?hào)差分碼。②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180o，“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180o。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)的末相無變化。實(shí)驗(yàn)三數(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過零檢測解調(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過零檢測解調(diào)器各點(diǎn)波形。3．用示波器觀察眼圖。三、基本原理可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號(hào)。在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當(dāng)此關(guān)系不能滿足時(shí)只能用相干解調(diào)法。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實(shí)際工程中相干解調(diào)法用得最多。2FSK信號(hào)的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。本實(shí)驗(yàn)采用相干解調(diào)法解調(diào)2DPSK信號(hào)、采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號(hào)。2DPSK模塊內(nèi)部使用+5V、+12V和-12V電壓，2FSK模塊內(nèi)部僅使用+5V電壓。四、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3-1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)直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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。圖3-1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。（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，否則不對(duì)稱。（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限。（4）觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK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。BK

AK

LPF

MU

AK_OUT（5）斷開、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。CAR信號(hào)

LPF