2022年通信原理实验讲义 .pdf

实验一数字基带信号系统实验一、实验目的1、了解插入帧同步码信号的帧结构特点。2、了解数字绝对波形输出特点。3、了解单极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。二、实验原理数字信源块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方块图如图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，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0 码。S1 S2 CLK S3 S4 FS NRZ S5 NRZ-OUT BS BS-OUT 图 1-1 数字信源方框图并行码产生器八选一八选二八选三分频器三选一倒相器抽样晶振名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 12 页 -红色二极管绿色二极管绿色二极管无定帧同步码数据 1 数据 2 义位图 1-2 帧结构帧同步码数据 1 数据 2 MAR-OUT FS 图 1-3 FS、NRZ-OUT 波形三、实验内容用示波器观察数字信源中晶振信号试点，信源位同步信号，信源帧同步信号，NRZ 信号（绝对码）。本模块有以下测试点及输入输出点：CLK 晶振信号测试点BSOUT 信源位同步信号输出点/测试点(2 个)FS 信源帧同步信号输出点/测试点NRZOUT（AK）NRZ 信号（绝对码）输出点/测试点（4 个）四、实验步骤本实验使用数字信源单元。1、熟悉数字信源单元的工作原理，检查直流稳压电源输出正常的+5V，+12V、-12V 电压，关直流稳压电源。将与直流稳压电源相连（若未连接好请通知指导教师）的实验专用的电源四芯插头正确的插入实验板左上角的四芯插座中。打开直流稳压电源，实验中不再改变电源输出参数。（以后的实验中接通电源均照此操作！）2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。01110010 11110000 00001111(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1 1 1 0 0 1 0 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 12 页 -构，和 NRZ 码特点。五、实验仪器1、通信原理教学实验系统2、虚拟示波器、RVO2100L 3、计算机、TCL 实验二HDB3 编译码系统实验一实验目的：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，HDB3 码的编码规则。3 掌握从 HDB3 码信号中提取同步信号的方法。二实验内容：1 用示波器观察从HDB3 码中和 AMI 码中提取同步信号的电路中有关波形。2 用示波器观察HDB3，AMI 绎码器输出波形。三基本原理：本实验使用HDB3 编译码模块原理框图如图所示。本模块内部使用+5V 和-5V 电压，其中-5V 电压由-12V 电源经三端稳压器 7905 变换得到。本单元有以下信号测试点：NRZ 译码器输出信号BS-R 锁相环输出的位同步信号（AMI）HDB3 编译码输出信号BPF 带通滤波器输出信号（AMI-D）HDB3-D （AMI）HDB3整流输出信号下面简单介绍 AMI，HDB3 码编码规则AMI码的编码规则是：信息代码1 变为带有符号的1 码即+1 或-1，1 的符号交换反转；信息代码0 的为 0 码。AMI 码对应的波形是占空比为0.5 的双极性归零码。HDB3 码的编译规律是：4 个连 0 信息码用取代节000V或 B00V 代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1 码时取代节为000V，有偶数个信息1 码时取代节为B00V，其他的信息 0 码仍为0 码；信息码的1 码变为带有符号的1 码即+1 或-1；HDB3码中 1，B的符号符合交替反转原则，但相邻 V码的符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 12 页 -四实验步骤：用示波器观察HDB3 编译单元的各种波形（1）示波器的两个探头CH1和 CH2分别接信源单元的NRZ-OUT 和 HDB3 单元的（AMI）HDB3，将信源单元的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 码对应的 AMI 码和 HDB3码。观察 AMI码和将 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码是占空比等于0.5 的双极性归零码。（2）将 K1，K2，K3置于 0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察记录对应的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（AMI-D）HDB3-D，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。整流器 NRZ-IN +H-OUT +H BS-IN -H-OUT HDB3 -H (AMI)NRZ (AMI)BS-R BPF 图 1-6 HDB3 编译码方框图帧同步码数据 1 数据 2 MAR-OUT FS 图 1-5 FS、NRZ-OUT 波形(AMI)HDB3 编译码器单 双变换双单变换向加器锁相环限幅放大带通名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 12 页 -AMI-D，HDB3-D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铉信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码源周期）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。五、实验仪器1、虚拟示波器、RV0-2100L 2、计算机、TCL 现代通信原理教学实验系统六、思考问题1、归零和不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 是否一定相同？为什么？1、3、总结从HDB3码中提取位同步信号原理。实验三数字调制系统实验一 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掌握用控制法产生2ASK、2FSK、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。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、2DPSK 信号波形。三 基本原理：本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号BS（以在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ 码）变为相对码BK、用控制法产生2ASK、2FSK、2DPSK 信号。调制模块内部只用+5V 电压。数字调制单元的原理方框图如图所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 12 页 -本单元有以下测试点及输入输出点：AK 绝对码测试点（与NRZ相同）CAR 2DPSK信号载波测试点BK 相对码测试点2DPSK 2DPSK信号测试点/输出点2FSK 2FSK信号测试点/输出点2ASK 2ASK信号测试点放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK 的两个载波。2PSK信号的相位与信息代码的关系是：前后两元相异时，2PSK信号相位变化180 度，相同时 2PSK信号相位不变，可简称为“异变同不变”。2DPSK 信号的相位与信息代码的关系是：码元为“1”时，2DPSK 信号相位变化180 度。码元为“0”时，2DPSK 信号的相位不变，可称为“1 变 0 不变”。应该说的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。实际工程中，2PSK或 2DPSK信号载波频率与码速度之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系，但不管是那种关系，上述结论总是成立的。四 实验步骤：(BK:010111110100110010000111)(AK:111100000111010101100010)本实验使用数字信源单元及数字调制单元。1、熟悉数字调制单元的工作原理，检查直流稳压电源正常后接通实验板电源。2、用数字信源单元的FS 信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1 接信源单元的（NRZ-OUT）AK，CH2接数字调制单元的BK，信源单元的K1、K2、K3 置于任意状态（非全 0），观察 AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码置绝对码CAR 2DPSK CAR/22FSK CAR NRZ 2ASK AK BK BS 图 2-1 数字调制方框图晶振2(A)滤波器放大器2PSK 调制射随器2(B)滤波器2FSK 调制2ASK 调制码变换名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 12 页 -的变换规律。3、示波器 CH1接 2DPSK，CH2分别接 AK及 BK，观察并总结2DPSK 信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK 信号相位变化与相对码的关系（此关系即是2PSK信号相位变化与信源代码的关系）。注意：2DPSK信号的幅度比较小，要调节示波器的幅度旋钮，而且信号本身幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。4、示波器 CH1接 AK、CH2依次接 2FSK和 2ASK；观察这两个信号与AK的关系（注意“1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）。五、实验仪器1、通信原理教学实验系统2、虚拟示波器、RV0-2100L3、计算机、TCL 六 实验报告要求1 设绝对码全1，全 0 或 1001 1010，求相对码。2 设绝对码全1，全 0 或 1001 1010，求绝对码。3 设信息代码为1001 1010，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。5 总结 2DPSK 信号的相位变化与信息代码（即绝对码）之间的关系以及2DPSK 信号的相位变化与相对码之间的关系（即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系）。实验四数字解调系统实验一、实验目的1 掌握 2DPSK 相干解调原理。2 掌握 2FSK 过零检测解调器原理。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 12 页 -二、实验内容1 用示波器观察2DPSK 相干解调器各相干波形。2 用示波器观察2FSK 过零检测解调器各点波形。三、实验原理可用相干解调或差分相干解调法(相位比较法)调解 2DPSK 信号。在相位比较法中，要求载波频率为码速度的整数倍，当次关系不能满足时只能用相干解调法。本实验系统中，2DPSK 载波频率等码速度的13 倍，两种解调方法都可用。实际工程中相干解调法用的最多。实验采用相干调解法解调2DPSK 信号。在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。本实验系统中为简化实验设施，发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的，故解调器输入端就没加带通滤波器。四、实验步骤（AK 码元信号为：111100000111010101100010）（BK 码元信号为：010111110100110010000111）本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2DPSK 调制单元及2FSK调制单元，他们之间的信号连接方式如图所示，其中实线是指以在电路板上布好的，虚线是实验中要连接的。实际通信系统中，解调器需要的同步信号来自位同步提取单元。本实验中尚未用位同步提取单元，所以位同步信号直接来自数字信源。在做2DPSK 解调实验时，位同步信号送给2DPSK 解调单元，做2FSK 解调实验时则送到2FSK 解调单元。1、复习前面的实验内容并熟悉2DPSK 解调单元及2FSK 解调单元及2FSK 解调单元的工作原理，检查电源无误后接通实验板电源。将数字信源单元中的BS-OUT 分别同时与 2DPSK、2FSK 解调单元中BS-IN 相连2、检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否工作正常，使载波同步模块提取的相干载波CAR-OUT 与 2PSK 信号的载波CAR 同相（或反相）。3、2DPSK 解调实验（1）将数字信源单元的BS-OUT 连接到 2DPSK 解调单元的BS-IN 点，以信源单元的2DPSK AK-IN MU LPF CM-OUT BK OUT CAR-IN Vc BS-IN 相 乘器低 通 滤波器运放比 较器抽 样器码 反变换名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 12 页 -FS 信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1 接数字调制单元的BK，CH2（请用衰减X10 探头）接2DPSK 解调单元的MU。MU 与 BK 同相或反相，其波形应接近4-3 所示的理论波形。（2）示波器的CH2 接 2DPSK 解调单元的LPF，可看到LPF 与 MU 同相。当一帧内BK 中“1”码“0”码个数相同时，LPF 的正、负极性信号电平与0 电平对称否则不对称。（3）示波器CH1 接 Vc,调节电位器R39,使 Vc 为 LPF 的中值（当BK 中“1”与“0”等概时 LPF 的中值为0 电平）此即为抽样判决器的最佳门限。（4）观察数字调制单元的BK 与 2DPSK 解调单元MU、LPF、BK 之间的关系，再观察数字调制单元中AK 信号与2DPSK 解调单元的MU、LPF、BK、AK OUT信号之间的关系。（5）断开、接通电源若干次，使CAR 信号与 CAR-OUT 信号的相位关系出现跳变，重新进行步骤（4）中的观察。4、2FSK 解调实验将数字信源单元的BSOUT 接换到2FSK 解调单元的BSIN 点，示波器探头CH1 接数字调制单元中AK，CH2 分别接 2FSK 解调单元中的FD、LPF、CM 及 AKOUT，观察 2FSK 过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形2 都有倒相作用）。LPF 的波形应接进图44 所示的理论波形，若相差较大可微调节电位器R48。五、实验仪器3、虚拟示波器、RV0-2100L 4、计算机、TCL 现代通信原理教学实验系统六、实验报告要求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 OUT 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。2、设信息代码为1001101，2DPSK 的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的，画出 2FSK 过零检测解调器输入的2FSK 波形及 FD、LPF、BS、AK 波形（设低通滤波器及整形2 都无倒相作用）。实验五 PCM 编译码实验一、实验目的1 掌握 PCM 编译码原理。2 掌握 PCM 基带信号的形成过程及分接过程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 12 页 -二、实验内容1 用示波器观察两倍音频信号的编码结果，观察PCM 基群信号。2 改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的噪声比变化情况。3 改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。三、实验仪器5、虚拟示波器、RV0-2100L 6、计算机、TCL 现代通信原理教学实验系统四、基本原理1点到点 PCM 多路电话通讯原理图 6-1 点到点 PCM 多路电话通信原理框图脉冲编码调制（PCM）技术与增量调制（M）技术已经在数字通讯系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用M。点到点 PCM 多路电话通讯原理可用图6-1 表示。对于基带通讯系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调治器、解调器、发滤波器、收滤波器等。2 PCM 编译码模块原理本模块的原理方框图及电路图如图6-2 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 12 页 -图 6-2 PCM 编码原理方框图该模块上有以下测试点和输出点：PCM-BS PCM 基群时钟信号（位同步信号）测试点PCM-FS 信号时隙同步信号测试点B-IN 输入到编码器B 的信号测试点B-OUT 信号 B 译码输出信号测试点A-IN 输入到编码器A 的信号测试点A-OUT 信号 A 译码输出信号测试点A-TXD 信号 A 的 PCM 编码输出/测试点A-RXD 信号 A 的 PCM 译码输入/测试点TXD-A PCM 集群 A 通道输入点RXD-A PCM 集群分接 A 通道输出点B-TXD 信号 B 的 PCM 编码输出/测试点B-RXD 信号 B 的 PCM 译码输入/测试点TXD-B PCM 集群 B 通道输入点RXD-B PCM 集群分接 B 通道输出点PCM-OUT PCM 集群信号复接端输出/测试点PCM-IN PCM 集群信号分接端输入/测试点五、实验步骤1、熟悉 PCM 编译码模块。实验接线：1）非集群实验接线方法：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 12 页 -左模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的A-IN 右模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的B-IN PCM 编译码单元A-TXD PCM 编译码单元B-RXD PCM 编译码单元A-RXD PCM 编译码单元B-TXD 2）集群通信实验接线方法左模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的A-IN 右模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的B-IN PCM 编译码单元A-TXD PCM 编译码单元B-RXD PCM 编译码单元A-RXD PCM 编译码单元B-TXD 2.、用示波器观察A_IN、B_IN,调节模块中的两个电位器，使正弦信号A_IN、B_IN 的频率范围在8KHz 以下。3、用示波器观察PCM 编码输出信号。用示波器CH1 接 PCM_FS,(示波器扫描周期不超过FS 的周期，以便观察到一个完整的帧信号)CH2接 PCM_OUT,观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及 PCM 信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有29 个时隙是空时隙，FS的脉冲宽度等于一个时隙宽度）。4、用示波器观察PCM 译码输出信号示波器的 CH1 接 STA，CH2 接 SRA，观察这两个信号是否相同（有相位差）。六 实验结果1、整理实验记录，画出量化信噪比与编码器输入信号幅度之间的关系曲线以及译码输出信号幅度与编码输入信号频率之间的关系曲线。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 12 页 -