通信原理實驗報告

1、中南大學(xué)通信原理實驗報告姓 名班 級學(xué) 號課程名稱通信原理指導(dǎo)教師董健目錄實驗一 數(shù)字基帶信號一、 實驗?zāi)康?1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號波形特點。 2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號中提取位同步信號的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。5、了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。二、實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、傳號交替反轉(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的電路中有關(guān)波形

2、。3 、用示波器觀察HDB3、AMI譯碼輸出波形三、實驗步驟 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波形。 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號，示波器探頭的地端接在實驗板任何位置的GND點均可，進行下列觀察：（1） 示波器的兩個通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT，對照發(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碼對應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對應(yīng)的發(fā)光管熄）；（2）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼（為任意代碼，為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號幀結(jié)構(gòu)

3、，和NRZ碼特點。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信號作為示波器的外同步信號。（1） 示波器的兩個探頭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碼對應(yīng)的AMI碼（開關(guān)K4置于左方AMI端）波形和HDB3碼（開關(guān)K4置于右方HDB3端）波形。再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。觀察時應(yīng)注意AMI、HDB3碼的碼元都是占空比為0.5的雙極性歸零矩形脈沖。編碼輸出AMI-HDB3比信源輸入NRZ-OUT延遲了4個碼元。全1碼對應(yīng)的AMI碼全1碼對應(yīng)的H

4、DB3碼全0碼對應(yīng)的AMI碼（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。AMI碼HDB3碼（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號波形。CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI單元的DET CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的DET HDB3CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI單元的BPF CH1接信源單元的

5、NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的BPFCH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI單元的BS-RCH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的BS-RCH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI單元的NRZCH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的NRZ四、根據(jù)實驗現(xiàn)象回答 1. 根據(jù)實驗觀察和紀(jì)錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點是什么？不歸零碼特點：脈沖寬度等于碼元寬度Ts歸零碼特點：Ts（2）與信源代碼中的“1”碼相對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？與信源代碼中的“1”碼對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼不一定相同。因信源代

6、碼中的“1”碼對應(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：AMI: 10000-HDB3：10001-11-100-1 2. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號的原理。 HDB3位同步信號整流窄帶帶通濾波器整形移相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€占空比等于0.5的單極性歸零碼，其連0個數(shù)不超過3，頻譜中含有較強的離散譜fS成分，故可通過窄帶帶通濾波器得到一個相位抖動較小的正弦信號，再經(jīng)過整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號。實驗二 數(shù)字調(diào)制一、

7、實驗?zāi)康?1、掌握絕對碼、相對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信號的方法。3、 掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關(guān)系、絕對碼波形與2DPSK信號波形之間的關(guān)系。4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。二、實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。 2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號波形。3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。三、實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元。 1、熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源，打開實驗箱電源開

8、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信號作為示波器的外同步信號，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)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律AK波形BK波形3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且

9、信號本身幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。CH1接2DPSK，CH2接AKCH1接2DPSK，CH2接BK4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對應(yīng)的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的）示波器CH1接AK、CH2接2FSK示波器CH1接AK、CH2接2ASK四、實驗總結(jié)1、設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。2、設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。 3、設(shè)信息代碼為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號波形。4、總結(jié)絕

10、對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律并設(shè)計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。實驗三 模擬鎖相環(huán)與載波同步一、 實驗?zāi)康?1. 掌握模擬鎖相環(huán)的工作原理，以及環(huán)路的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、同步帶、捕捉帶等基本概念。 2. 掌握用平方環(huán)法從2DPSK信號中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)計方法。3. 了解相干載波相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。二、實驗內(nèi)容 1. 觀察模擬鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)及捕捉過程。 2. 觀察環(huán)路的捕捉帶和同步帶。3. 用平方環(huán)法從2DPSK信號中提取載波同步信號，觀察相位模糊現(xiàn)象。三、實驗步驟本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元和載波同步單元。 1.熟悉載波同步單元的

11、工作原理。接好電源線，打開實驗箱電源開關(guān)。 2.檢查要用到的數(shù)字信源單元和數(shù)字調(diào)制單元是否工作正常（用示波器觀察信源NRZ-OUT(AK)和調(diào)制2DPSK信號有無，兩者邏輯關(guān)系正確與否）。3. 用示波器觀察載波同步模塊鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)，測量環(huán)路的同步帶、捕捉帶。（1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)打開電源后用示波器觀察ud，若ud為直流，則調(diào)節(jié)載波同步模塊上的可變電容C34，ud隨C34減小而減小，隨C34增大而增大（為什么？請思考），這說明環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。用示波器同時觀察調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT，可以看到兩個信號頻率相等。若有頻率計則可分別測量CAR和CAR-OUT

12、頻率。在鎖定狀態(tài)下，向某一方向變化C34，可使ud由直流變?yōu)榻涣?，CAR和CAR-OUT頻率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接通電源后ud也可能是差拍信號，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。失鎖時ud的最大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下ud的變化范圍（對應(yīng)于環(huán)路的同步范圍）。環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時，CAR和CAR-OUT頻率不相等。調(diào)節(jié)C34使ud的差拍頻率降低，當(dāng)頻率降低到某一程度時ud會突然變成直流，環(huán)路由失鎖狀態(tài)變?yōu)殒i定狀態(tài)。4. 觀察環(huán)路的捕捉過程先使環(huán)路處于失鎖定狀態(tài)，慢慢調(diào)節(jié)C34，使環(huán)路剛剛進入鎖定狀態(tài)后，關(guān)閉電源開關(guān)，然后再打開電源，用示波器觀察ud，可以發(fā)現(xiàn)ud由差拍信號變?yōu)橹绷鞯淖兓矐B(tài)過程

13、。ud的這種變化表示了環(huán)路的捕捉過程。 5. 觀察相干載波相位模糊現(xiàn)象使環(huán)路鎖定，用示波器同時觀察調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT信號，反復(fù)斷開、接通電源可以發(fā)現(xiàn)這兩個信號有時同相、有時反相。四、 實驗總結(jié)1.總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點。答：模擬鎖相環(huán)鎖定的特點：輸入信號頻率與反饋信號的頻率相等，鑒相器輸出電壓為直流。模擬鎖相環(huán)失鎖的特點：鑒相器輸出電壓為不對稱的差拍電壓 。2.設(shè)K0=18 HZ/V ，根據(jù)實驗結(jié)果計算環(huán)路同步帶fH及捕捉帶fP 。答：代入指導(dǎo)書“3式”計算得：v，則；v，則3.由公式及計算環(huán)路參數(shù)n和，式中 Kd=6 V/rad，Ko=218 rad/

14、s.v，R25=2104 W，R68=5103 W，C11=2.210-6 F 。（fn=n/2應(yīng)遠小于碼速率，應(yīng)大于0.5)。答： ；遠小于碼速率170.5（波特）；4.總結(jié)用平方環(huán)提取相干載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。答：平方運算輸出信號中有離散譜，模擬環(huán)輸出信號頻率等于，二分頻，濾波后得到干擾波；電路有兩個初始狀態(tài)，導(dǎo)致提取的相干載波有兩種相反的相位狀態(tài)5.設(shè)VCO固有振蕩頻率f0 不變，環(huán)路輸入信號頻率可以改變，試擬訂測量環(huán)路同步帶及捕捉帶的步驟。答：環(huán)路處于鎖定狀態(tài)后，慢慢增大C34，使ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值ud1（此值不大于+12V）； ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值ud

15、1值為： 4.8 V 繼續(xù)增大C34，ud變?yōu)榻涣鳎ㄉ蠈捪抡闹芷谛盘枺?環(huán)路失鎖。再反向調(diào)節(jié)減小C34，ud的頻率逐漸變低，不對稱程度越來越大。 直至變?yōu)橹绷?。記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為ud2；繼續(xù)減小C34，使ud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值ud3；環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為ud2為：2.4 V ud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值ud3為 ：1.6 V 再繼續(xù)減小C34，ud變?yōu)榻涣鳎ㄏ聦捝险闹芷谛盘枺?，環(huán)路再次失鎖。然后反向增大C34，記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為ud4。環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時鑒相器輸出電壓為ud4的

16、值為：4.4 V 實驗四 數(shù)字解調(diào)與眼圖一、 實驗?zāi)康?1. 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理。二、 實驗內(nèi)容 1. 用示波器觀察2DPSK相干解調(diào)器各點波形。2. 用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。3用示波器觀察眼圖。三、 實驗步驟1. 復(fù)習(xí)前面實驗的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。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)實驗 （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調(diào)單

17、元的BS-IN點,以信源單元的FS信號作為示波器外同步信號，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。MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4-3所示的理論波形。（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”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱（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、LP

18、F、BK之間的關(guān)系，再觀察數(shù)字信源單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關(guān)系。BK與 2DPSK 的MUBK與 2DPSK 的LPFBK與 2DPSK 的BKAK與 2DPSK 的MUAK與 2DPSK 的LPFAK與 2DPSK 的BKAK與 2DPSK 的AK-OUT（6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于右方（M序列）端，此時數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機序列（本系統(tǒng)中是M序列）信號。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。4. 2FSK解調(diào)實驗將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7還原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS-IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)接近圖4-4所示的理論波形。AK與 2FSK的 FD