通信原理实验习题解答

通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-1-实验一1.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“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？答：1）不归零码特点：脉冲宽度等于码元宽度Ts归零码特点：＜Ts2）与信源代码中的“1”码对应的AMI码及HDB3码不一定相同。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100001100001000001AMI10000-110000-1000001HDB310001-11-100-1100010-12.设代码为全1，全0及011100100000110000100000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。答：信息代码1111111AMI1-11-11-11HDB31-11-11-11信息代码0000000000000AMI0000000000000HDB30001-1001-1001-1信息代码011100100000110000100000AMI01-1100-1000001-10000100000HDB301-1100-1000-101-11001-1000–103.总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。答：位同步信号HDB3整流窄带带通滤波器整形移相HDB3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、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-2-4.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，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。答：=0.5TS时单极性归零码的功率谱密度为：)mff(|)mf(PG|f2)f(|)o(PG|f|)f(G|)p1(pf2)f(Ps1m2s2s22s2ss式中SST1f在数值上等于码速率，P为“1”码概率G(f)为=0.5TS的脉冲信号的富氏变换)fs2f(saf21)f(GSSSSSf12/2sinf21)2(saf21)f(G)ff(p2)f(PS22SS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0.5的单极性归零码中连“0”个数与信息代码中连“0”个数相同。所以信息代码中连“0”码越长，AMI码对应的单极性归零码中“1”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“1”码出现的概率大，fS离散谱强度大，于提取位同步信号。实验二1.设绝对码为全1、全0或10011010，求相对码。答：绝对码11111，00000，10011010相对码10101，00000，11101100或01010，11111，000100112.设相对码为全1、全0或10011010，求绝对码。答：绝对码11111，00000，10011010相对码00000，00000，01010111通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-3-或10000，10000，110101113.设信息代码为10011010，载频分别为码元速率的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的变换电路。答：①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。——此为信号差分码。②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相同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信号的相位变化与信息代码之间的关系以及2PSK信号的相位变化与信息代码之间的关系。答：2DPSK信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信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相变化180º，“0”码对应的2DPSK信号的初相与前一码元内2DPSK信号的末相相同。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则当前码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的末相变化180º。相同时则码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的末相无变化。通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-4-实验三1.总结模拟锁相环锁定状态及失锁状态的特点。答：模拟环锁定状态的特点：输入信号频率与反馈信号频率相等，鉴相器输出电压为直流。模拟环失锁状态的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。2.设K0=18Hz/V，根据实验结果计算环路同步带ΔfH及捕捉带ΔfP。答：代入指导书中的“3式”计算，例：ΔV1=12V，则ΔfH=18×6=108HzΔV2=8V，则ΔfP=18×4=72Hz3.由公式116825o)(CRRKKdn及nCR21168计算环路参数ωn和ζ，式中Kd=6V/rad，Ko=2π×18rad/s·v，R25=2×104，R68=5×103，C11=2.2×10-6F。（fn=ωn/2π应远小于码速率，ζ应大于0.5)。答：rad111102.2)105102(5.6182634nHz6.172fnn远小于码速率170.5（波特）6.01112102.2105634.总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。答：2DPSK平方模拟环2滤波，移相或tCosctCosc平方运算输出信号中含有2fC离散谱，模拟环输出信号频率等于2fC，二分频，滤波后得到相干载波。2电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态。通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-5-实验四1.设绝对码为1001101，相干载波频率等于码速率的1.5倍，根据实验观察得到的规律，画出CAR-OOT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克服相位模糊现象的机理。答：当相干载波为-cosωCt时，MU、LPF及BK与载波为cosωCt时的状态反相，但AK仍不变（第一位与BK的起始电平有关）。2DPSK系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。实验五1.数字环位同步器输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时，提取的位同步信号相位抖动增大，试解释此现象。答：输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时，鉴相器输出脉冲的平均周期增大，数字环路滤波器输出的控制信号平均周期增大，即需经过更长的时间才对DCO的相位调整一次。而DCO输出的位同步信号重复频率与环路输入的NRZ码的码速率之间有一定的误差，当对DCO不进行相位调整时，其输出信号的上升沿与码元中心之间的偏差将不断增大，相位调节时间间隔越长这种偏差越大，即位同步信号相位抖动越大。2.设数字环固有频差为Δf，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“0”个数最大值。答：tC时间内由固有频差产生的相位误差为4△ftC，Ts时间可等效为相位值为2，故f2t2tf4cc即在tC时间内不对DCO进行相位调节，位同步信号抖动范围小于CT。设允许输入的NRZ码的连“1”或连“0”最大个数为M，鉴相N次后DLF才有一个输出信号即对DCO进行一次相位调节，则ftmNTsc2fNTsm23.数字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。通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-6-答：固有频差越大，DCO输出位同步信号与环路输入信号之间的相位误差增大得越快，而环路对DCO的相位调节时间间隔，平均值是不变的（当输入信号一定时），故当固有频差增大时，位同步信号的同步抖动范围增大。4.若将AMI码或HDB3码整流后作为数字环位同步器的输入信号，能否提取出位同步信号？为什么？对这两种码的信息代码中的连“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：能。因为将AMI码或HDB3码整流后得到的是一个单极性归零码，其上升沿收使鉴相器输出高电平，从而使位同步正常工作。对这种码的信息代码连“1”个数无限制，因连“1”代码对应AMI码及HDB3码为宽度等于码元宽度一半的正脉冲或负脉冲，整流后全为占空比为0.5的正脉冲，脉冲上升沿个数等于信息代码“1”码个数。对AMI码的信息代码中连“0”个数有限制，因AMI码连“0”个数等于信息代码连“0”个数，不产生脉冲，也就没有上升沿。对HDB3码的信息代码中连“0”个数无限制，因为不管信息代码连“0”个数有多大，HDB3码中连“0”个数最多为3。即鉴相器在四个码元内至少工作一次。6.试解释本实验使用的数字锁相环快速捕捉机理，并与超前滞后型数字环比较。答：本实验中可对DCO的分频比任意调节，一次调节就可使环路锁定，而在超前滞后型数字环中每次调节只能使DCO的分频比增大1或减1，需多次调节才能使环路锁定。实验六2.本实验中同步器由同步态转为捕捉态时÷24信号相位为什么不变？答：因判决器无输出，与门4无输出，故÷24（24分频）电路无复位脉冲，其输出的÷24信号相位保持不变。3.同步保护电路是如何使假识别信号不形成假同步信号的？答：假识别信号与或门输出信号不同步，与门1输出中无假识别信号。因而，假识别信号不能通过与门4，所以单稳输出信号仅与中负同步码对应的识别信号有关，而与假识别无关，这样假识别信号就不能形成假同步信号。通信原理教学实验系统习题解答________________________________________________________________________________________教师使用华中科技大学电信系-7-实验七1.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？位同步信号的这个抖动范围大概为多少？在图7-5所示的实际通信系统中是否也存在此现象？为什么。