通信原理硬件实验报告(最新-哈工程)

实验报告课程名称通信原理实验项目名称数字基带信号实验、数字调制解调实验实验类型硬件实验实验学时4学时班级电子信息工程4班学号姓名指导教师张晓林实验室名称21B361实验室实验时间2017.5.25实验成绩实验原理（1分）实验步骤（2分）实验结果（2分）总成绩教师签字日期哈尔滨工程大学教务处制实验一、数字基带信号实验一、实验目的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、HDB2的编码规则3、了解HDB3(AMI)编译码集成电路CD22103.二、实验仪器双踪示波器、通信原理VI实验箱一台、M6信源模块三、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)、整流后的AMI码及整流后的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的电路中有关波形。3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。四、基本原理1、单极性码、双极性码、归零码、不归零码对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。a)单极性不归零码，无电压表示0，恒定正电压表示1，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平。b)双极性不归零码，1码和0码都有电流，1为正电流，0为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。c)单极性归零码，当发1码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发0码时，仍然不发送电流。d)双极性归零码，其中1码发正的窄脉冲，0码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点：不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的2、AMI、HDB3码特点（1）AMI码我们用“0”和“1”代表传号和空号。AMI码的编码规则是“0”码不变，“1”码则交替地转换为＋1和－1。当码序列是100100011101时，AMI码就变为：＋100－1000＋1－1＋10－1。这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它的频谱如图5-1所示，AMI码的能量集中于f0/2处(f0为码速率)。信息代码：10011000111……AMI码：+100-1+1000-1+1-1……由于AMI码的传号交替反转，故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。除了上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的线路码，在高密度信息流得数据传输中，得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。（2）HDB3码HDB3码是对AMI码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：用B脉冲来保证任意两个相连取代节的V脉冲间“1”的个数为奇数。当相邻V脉冲间“1”码数为奇数时，则用“000V”取代，为偶数个时就用“B00V”取代。在V脉冲后面的“1”码和B码都依V脉冲的极性而正负交替改变。为了讨论方便，我们不管“0”码，而把相邻的信码“1”和取代节中的B码用B1B2......Bn表示，Bn后面为V，选取“000V”或“B00V”来满足Bn的n为奇数。当信码中的“1”码依次出现的序列为VB1B2B3...BnVB1时，HDB3码为＋－＋－...――＋或为－＋－＋...＋＋―。由此看出，V脉冲是可以辩认的，这是因为Bn和其后出现的V有相同的极性，破坏了相邻码交替变号原则，我们称V脉冲为破坏点，必要时加取代节BOOV，保证n永远为奇数，使相邻两个V码的极性作交替变化。由此可见，在HDB3码中。相邻两个V码之间或是其余的“1”码之间都符合交替变号原则，而取代码在整修码流中不符合交替变号原则。经过这样的变换，既消除了直流成分，又避免了长连“0”时位定时不易恢复的情况，同时也提供了取代信息。图5-2给出了HDB3码的频谱，此码符合前述的对频谱的要求。例如：代码：100001000011000011AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。五、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编译码单元的工作原理。接好电源线，打开电源开关。2、接通数字信号源模块电源。用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。用信源单元的GND点均可，进行下列观察：（1)示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；（2)用开关K1产生代码X1110010(X为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。3、关闭数字信号源模块电源，按下表连线，打开数字信号源模块和AMI（HDB3）编译码模块电源。用示波器观察AMI（HDB3）编译单元的各种波形。源端口目的端口1.数字信源单元NRZ—OUTAMI（HDB3）编译单元NRZ—IN2.数字信源单元BS—OUTAMI（HDB3）编译单元BS—IN（1)示波器的两个探头CH1和CH2分接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的（AMI)HDB3，信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码和HDB3码；再将K1、K2、K3置为全0,观察全0码对应AMI码HDB3码。观察AMI码时将HDB3单元的开关K4置于A端，观察HDB3码时将K4置于H端，观察时应注意AMI、HDB3码是占空比于0.5的双极性归零码。编码输出HDB3(AMI)比输入NRZ-OUT延迟了4个码元。(2)将K1、K2、K3置于011100100000110000100000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。（3)将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置A(AMI)端再置H(HDB3)端，CH1接信源单元的NRZ-OUT,CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ,观察这些信号波形。观察时应注意：HDB3单元的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）8个码元。DET是占空比等于0.5的单极性归零码。BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的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（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现)，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的位同步信号，因此不能完成正确的译码（由于分离参数的影响，各实验系统的现象可能略有不同。一般将信源代码置成只有1码的状态贯彻信号输出。若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。六、实验结果观察到单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形符合其特点，验证了基本原理观察AMI、HDB3码波形可知代码全1时：1111111111111111AMI码为：+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1HDB3码为：+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1代码全0时：0000000000000000AMI码为：0000000000000000HDB3码为：000+V-B00-V+B00+V-B00-V代码为：0000110000100000AMI码为：00001-10000100000HDB3码为：000+V-1+1-B00-V+1000+V0实验结果分析：示波器显示HDB3码，可见对应每一符号都有零电位的间隙产生观察得到各种NRZ码，即单极性非归零码示波器观测得到的延时8个码元的波形验证了单极性码、双极性码、归零码、不归零码、AMI、HDB3等基带信号特点七、思考题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？为什么？答：（1）不归零码的0电平和1电平宽度相等，归零码的0电平和1电平的宽度不相等，而且1电平的宽度小于0电平的宽度，即不归零码的占空比等于0.5而归零码的占空比小于0.5。（2）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011100100000110000100000AMI01-1100-1000001-10000100000HDB301-1100-1100-101-11001-1000–103.总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。答：HDB3码中不含有离散谱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cp(t)。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：)(|)(|2)(|)(||)(|)1(2)(122222smsssssmffmfPGffoPGffGppffP式中fs=1/Ts在数值上等于码速率，P为“1”码概率，G(f)为=TS/2脉冲信号的傅氏变换)2(21)(fsfSaffGSSSSSffSaffG12/2sin21)2(21)()(2)(22SSSffPfP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，故易于提取位同步信号。实验二、数字调制实验一、实验目的1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的方法。3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波