通信实验思考题

1通信原理实验指导书思考题答案实验一思考题P1-4：1、位同步信号和帧同步信号在整个通信原理系统中起什么作用？答：位同步和帧同步是数字通信技术中的核心问题，在整个通信系统中，发送端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元，在接收端必须有准确的抽样判决时刻（位同步信号）才能正确判决所发送的码元。位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串的码元序列，这一连串的码元序列代表一定的信息。通常由若干个码元代表一个字母（符号、数字），而由若干个字母组成一个字，若干个字组成一个句。帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。尤其在时分多路传输系统中，信号是以帧的方式传送的。克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息，是通信的任务，因此，位同步信号和帧同步信号的稳定性直接影响到整个通信系统的工作性能。2、自行设计一个码元可变的NRZ码产生电路并分析其工作过程。答：设计流程图如下。提示：若设计一个32位的NRZ码，即要求对位同步信号进行32分频，产生一路NRZ码的帧同步信号，码型调节模块对32位码进行设置，可得到可变的任何32位码型，通过帧同步倍锁存设置的NRZ码，通过NRZ码产生器模块把32位并行数据进行并串转换，用位同步信号进行一位一位输出，循环输出32位可变NRZ码即我们的设计完毕。实验二思考题P2-4：1、实验时，串/并转换所需的帧同步信号高电平持续时间必须小于一位码元的宽度，为什么？答：如果学生认真思考，可以提出没有必要一定小于一位码元的宽度。如24位的数据在串行移位时，当同步信号计数到第24位时，输出帧信号，通过帧信号的上升沿马上锁存这一帧24位数据，高电平没有必要作要求。主要检查学生是否认真考虑问题。2、是否还有更好的方法实现串/并转换？请设计电路，并画出电路原理图及各点理论上的波形图。答：终端模块采用移位锁存的方法实现串/并转换，此方法目前是最好的方法了。实验四思考题P4-6：1、在分析电路的基础上回答，为什么本实验HDB3编、解码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性NRZ码时才能正常工作？答：因为该电路采用帧同步控制信号，而1帧包含24位，所以当NRZ码输入电路到第24位时，帧同步信号给一个脉冲，使得电路复位。HDB3码再重新对NRZ码进行编译。且HDB3码电路对NRZ进行编译的第一位始终是固定的值。因此HDB3编译码电路只能在输入信号是码长为24位的周期性NRZ码才能正常工作。但是由于HDB3码很有特点，现在为了使学生更好的观察HDB3如何进行编译码，我们对电路进行了改正，去掉了帧同步控制信号，所以现在对任意位的NRZ码都可以进行编码。2、自行设计一个HDB3码编码电路，画出电路原理图并分析其工作过程。答：根据HDB3的编码规则，CPLD电路实现四连“0”的检测电路，并根据检测出来的结果确定破坏点“V”脉冲的加入，再根据取代节选择将“B”脉冲填补进去。原理框图如下：四连“0”检测及补“1”电路取代节选择破坏点形成电路单－双极性变换电路NRZ码HDB32实验五思考题P5-6：1、为什么普通双边带调幅的信息传输速率较低，应该采用什么样的方法加以避免？答：因为在普通调幅（AM）调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低。为了提高信息的传输速率，可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，即采用抑制载波双边带调幅的方法。另外，双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。因此可以采用单边带调制，即可以同时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。2、普通调幅、抑制载波双边带调幅、单边带和残留边带和这几种调制方式各有什么优点和缺点？请自行设计一个用MC1496实现的抑制载波双边带调制电路，并分析其工作原理。答：普通调幅的优点是实现调制方式简便,输出的已调信号的包络与输入调制信号成正比。解调时可采用包络检波很容易恢复原始调制信号。缺点是调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却能耗散大量的功率，所以传输速率较低；抑制载波双边带调幅优点是可将不携带消息的载波分量抑制掉，而仅传输携带消息的两个边带，提高了信息的传输速率。缺点是双边带调制虽然调制频率高，但是它的传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以信道利用率不高。并且采用相干解调是必须产生一个同频同相的载波，如果同频同相的条件得不到保证，则会破坏原始信号的恢复；抑制载波单边带优点是传输时抑制载波并仅发送一个边带，故又节省功率。缺点是由于单边带调制中只传送双边带调制信号的一个边带。所以要让双边带信号通过一个单边带滤波器，而理想滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。因此实现分割上、下边带的滤波器就很难实现，一般采用多级调制的办法；残留边带调制的优点是避免了用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器的困难。缺点是由于在残留边带调制中除了传送一个边带之外，还保留另外一个边带的一部分，所以传输频带的带宽增宽了。3、调节电位器“调制深度调节”时，调幅信号会发生怎样的变化，为什么？答：调制深度是指调制信号与载波信号电压峰值的比例。设调制信号为()cosmutUt如果用它来对载波()cosccmcutUt（c）进行调幅，那么，在理想情况下，普通调幅信号为：()(cos)cosAMcmmcutUkUtt(1cos)coscmacUMtt其中调幅深度,01,maacmUMkMkU为比例系数调节电位器改变调制信号于载波信号电压峰值的比例。它的作用是将mU移去，只加载波电压cmU，调节电位器使输出载波电流0i。则调制信号为抑制载波双边带调幅。如果调节电位器使输出载波电流不为0，使输出信号AmU中有载波则为普通双边带调幅。实验七思考题P7-5：1、描述抽样定理。一个频带限制在Hf的连续时间信号，若用大于2Hf的频率对其进行等间隔采样，则可以不失真地利用这些采样值恢复出原信号。2、本实验采用的是什么抽样方式？为什么？答：实验采用的是自然抽样，自然抽样时，抽样过程实际是相乘的过程。另外说一下平顶抽样，实际应用中，平顶抽样是采用抽样保持电路来实现的。3、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？答：应不包含直流分量，抽样过程实际是相乘的过程，得到的仍然是交流信号，经过调后仍不包含直流分量。4、造成系统失真的原因有哪些？发送端的非理想抽样和接收端低通滤波的非理想所带来的误差。5、为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？3因为当抽样脉冲的频率高于输入信号的频率时，通过低通滤波器之后高频的延拓信号被滤掉了，同时高频的抽样时钟信号也被滤除，因此，只需通过低通滤波器便能完成PAM解调，恢复出原信号。6、改变抽样频率对“PAM输出信号”有何影响？改变抽样频率脉冲占空比有何影响？分析比较。（1）当抽样频率小于奈奎斯特频率时，“PAM输出信号”的频谱产生混叠；而当采样频率大于奈奎斯特频率时，该信号的频谱则呈现为被采样信号频谱的周期延拓，且随着抽样频率的升高，每个周期间的信号频谱的间隔逐渐增大，能被很好地区分开来。（2）随着抽样占空比的增大，采样信号频谱包络的第一个过零点逐渐减小，两个过零点之间包含的延拓信号的周期数也随之减小。实验八思考题P8-11：1、为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？答：由于采样频率和输入信号的频率不是有规律的整数倍关系，所以抽样的信号点时刻不是一样的，编码输出的信号也即不一样，实时观察的信号就是随时变化的。2、分析满载和过载时的脉冲编码调制和解调波形。答：根据PCM的抽样量化编码过程可知，满载和过载时量化结果都是一样的，为最大量化值，8位为全1，解调输出为最大量化值对应的模拟量。实验十二思考题P12-5：1、数字锁相环固有频差为△f，允许同步信号相位抖动范围为码元宽度Ts的η倍，求同步保持时间tc及允许输入的NRZ码的连“1”或连“0”个数的最大值。答：同步保持时间：tc＝1/△fK，允许输入的NRZ码的连“1”或连“0”个数的最大值为η。2、数字锁相环同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大，试解释此现象。答：由公式tc＝1/△fK，当固有频差增大时，同步保持时间减小，那么抖动范围就增大。3、若将AMI码或HDB3码整流后作为数字锁相环位同步器的输入信号，能否提取出位同步信号？为什么？对这两种码的连“1”个数有无限制？对AMI码的信息代码中连“0”个数有无限制？对HDB3码的信息代码中连“0”个数有无限制？为什么？答：可以提取位同步信号，因为整流后的AMI码或HDB3码为NRZ码，自然可以提取。对这两种码连“1”个数有限制，对AMI码的信息代码中连“0”个数有限制，对HDB3码的信息代码中连“0”个数无限制，因为其连零个数不超过4个。实验十四思考题P14-4：1．简述科斯塔斯环法提取同步载波的工作过程。2.提取同步载波的方法除了科斯塔斯环法外，还有什么方法？试设计该电路并分析其工作过程。答：还可采用平方环法，框图如下：平方鉴相器环路滤波器压控振荡器放大整形÷2移相器滤波器VCOCAR-OUTMUUd2DPSK设调制信号为()mt，()mt中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为ttmtsccos)()(接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到ttmtmttmtecc2cos)(212)(cos)()(22222()mt中有直流分量，而()et表示式的第二项中包含有2ωc频率的分量。进行二分频后，提取出的载波存在180°的4相位模糊问题，用一移相器解决。最后用一窄带滤波器将ωc频率分量滤出，就获得所需的载波。实验十五思考题P15-9：1、分析2ASK、2FSK、2DPSK的调制原理。答：(1)2ASK调制原理：在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK）。其时域数学表达式为：2()cosASKncStaAt式中，A为未调载波幅度，c为载波角频率，na为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：PPan－出现概率为出现概率为110综合式前两式，令A＝1，则2ASK信号的一般时域表达式为：tnTtgatScnsnASKcos)()(2ttSccos)(式中，Ts为码元间隔，()gt为持续时间[－Ts/2，Ts/2]内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而()St就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。2ASK信号的产生方法比较简单。首先，因2ASK信号的特征是对载波的“通－断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列()St控制门的通断，()St＝1时开关导通；()St＝0时开关截止，这种调制方式称为通－断键控法。其次，2ASK信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。在这里，我们采用的是通－断键控法，2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK基带输入”和“ASK载波输入”输入，其原理框图和电路原理图分别如实验指导书图15-3、图15-4所示。（2）2FSK调制原理：2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为0f时代表传0，载频为1f时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以0f和1f为载频、以na和na为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。其一般时域数学表达式为tnTtgatnTtgatSnsnnsnFSK102cos)(cos)()(式中，002f，112f，na是na的反码，即PPan－概率为概率为110PPan－概率为概率为1012FSK信号的产生通常有两种