《数据通信原理》实验指导书

数据通信原理实验指导书（2007级电子信息工程专业用）《数据通信原理》课程组编福建农林大学计算机与信息学院2010年3月I目录实验一数字信号源实验............................................................................1实验二数字调制实验................................................................................6实验三2ASK、2FSK数字解调实验......................................................15实验四2DPSK数字解调实验.................................................................22实验五数字基带通信系统实验..............................................................29附录I实验记录数据......................................................................................351实验一数字信号源实验一、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、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。3、掌握数字信号源电路组成原理。二、实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、帧同步信号（FS）、位同步时钟（BS）。2、用示波器观察NRZ、FS、BS三个信号的对应关系。3、学习电路原理图。三、基本原理本模块是实验系统中数字信号源，即发送端，其原理方框图如图1-1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示‘1’码，熄状态表示‘0’码。本模块有以下测试点及输入输出点：CLK-OUT时钟信号测试点，输出信号频率为4.433619MHzBS-OUT信源位同步信号输出点/测试点，频率为170.5KHzFS信源帧同步信号输出点/测试点,频率为7.1KHzNRZ-OUTNRZ信号输出点/测试点图1-3为数字信源模块的电路原理图。图1-1中各单元与图1-3中的元器件对应关系如下：晶振CRY：晶体；U1：反相器7404分频器US2：计数器74161；US3：计数器74193；US4：计数器40160并行码产生器KS1、KS2、KS3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管左起分别与一帧中的24位代码相对应八选一US5、US6、US7：8位数据选择器4512三选一US8：8位数据选择器4512倒相器US10：非门74HC042抽样US9：D触发器74HC74BSS5S4S3S2S1BS-OUTNRZ-OUTCLK并行码产生器八选一八选一八选一分频器三选一NRZ抽样晶振FS倒相器图1-1数字信源方框图010×0111××××××××××××××××数据2数据1帧同步码无定义位图1-2帧结构下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。（1）分频器74161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CD=PL=1、MR=0时，可在Q0、QB、QC及QD端分别输出上述4个信号。40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。（2）八选一3采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表1-1所示。US5、US6和US7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0~x7分别K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出US5、US6、US7输出信号都是码速率为170.5KB、以8位为周期的串行信号。（3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5信号分别输入到US8的地址端A和B，US5、US6、US7输出的3路串行信号分别输入到US8的数据端x3、x0、x1，U8的输出端即是一个码速率为170.5KB的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ）。S3S2S1(a)S5S4S3(b)图1-4分频器输出信号波形（4）倒相与抽样图1-1中的NRZ信号的脉冲上升沿或下降沿比BS信号的下降沿稍有点迟后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足码变换电路的要求。表1-14512真值表CBAINHDISZCBAINHDISZ00000x010100x500100x111000x601000x211100x701100x3ΦΦΦ10010000x4ΦΦΦΦ1高阻4123456ABCD654321DCBAP015P11P210P39CU5CD4Q03QB2QC6QD7TCU12TCD13PL11MR14US374LS19312US1A74LS04P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1US274LS161RS2100kP03P14O-014P25O-113P36O-212O-311CET10CEP7CP2TC15PE9MR1US440160X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US54512X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US8451234US1B74LS0489US1D74LS0412345678161514131211109K1123456789RES1BSS1S2S3X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US6451212345678161514131211109K2123456789RES2X01X12X23X34X45X56X67X79A11B12C13DIS15INH10Z14US7451212345678161514131211109K3123456789RES3BS-OUTBS-OUTCLKS4S5FSCRYS14.433MCS122pRS11k56US1C74LS041011US1E74LS041213US1F74LS04selfself11223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020LED1LED1011223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020LED2LED1011223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020LED3LED10VCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCNRZ-OUT12US10A7404CLK3D2SD4CD1Q5Q6US9A7474数字信号源图1-3数字信源电原理图5FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-5所示，图中NRZ-OUT的无定义位为0，帧同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111。FS信号的低电平、高电平分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。FSNRZ-OUT帧同步码数据1数据2图1-5FS、NRZ-OUT波形四、实验步骤1、熟悉信源模块的工作原理。2、打开电源开关及模块电源开关，用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。3、用同轴电缆将FS输出与示波器外同步信号输入端相连接，把FS作为示波器的外同步信号，进行下列观察：（1）示波器的两个通道探头分别接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）用拨码K1产生代码×1110010（×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。五、实验报告要求1、记录实验中观察到的信号的波形及相应的频率。2、说明不归零码和归零码的特点是什么？3、根据实验观察和记录回答：NRZ、FS、BS三个信号的对应关系。6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、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。4、了解2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。二、实验内容1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。三、基本原理本实验使用数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供位同步信号和数字基带信号（NRZ码）。调制模块将输入的NRZ绝对码变为相对码、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。（A）二进制数字调制原理一．2ASK1．产生m(t)tcosctcos)t(m)t(ecoNRZ模拟法键控法电子开关tcosceo(t)m(t)10信息代码2ASK2．频谱7)t(Cos)t(m)t(cos)t(m)t(e)t(e)(Rccooeo]ee)[(R41cos)(R21)t(costcos)t(m)t(mccjjmcmcc)]ff(P)ff(P[41)f(Pcscseo式中Ps(f)为m(t)的功率密度谱零点带宽B=2fs=2RB发滤波器最小带宽可为fs(理论值)也可将基带信号处理后再进行2ASK调制二．2FSK1．产生ps(f)-fs0fs10Peo(f)-fc0fc升余弦滚降滤波器发滤波器升余弦滚降信号fccosωct滤除谐波fc-fs/2fc+fs/22VCO相位连续dt)t(mKtcosA)t(eFco相位不连续cosωc1tcosωc2tm(t)电子开关tcostmtcostmte2c1c082．频谱)]()([41)]()([41)(22122111cscscscseoffPffPffPffPfP式中)(1fps是m(t)的功率谱，)(2fps是)(tm的功率谱当p(1)=p(0)时，)f(p1s=)f(p2ss2c1cf2|ff|s2c1cf2|ff|2FSK信号带宽sccfffB2||21三．2PSK（BPSK）（绝对调相）0,cos1,cosc