2022年通信原理实验 .pdf

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1、1 实验一 HDB3 码型变换实验一、 实验目的1、了解二进制单极性码变换为HDB3 码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法。2、通过测试电路，熟悉并掌握分析电路的一般规律与方法，学会分析电路工作原理，画出关键部位的工作波形。3、了解关于分层数字接口脉冲的国际规定，掌握严格按技术指标研制电路的实验方法。二、 实验内容调测HDB3 编、译码电路；调测位定时提取电路及信码再生电路。各部分的输出信号应达到技术指标的要求，同时做到编、解码无误；三、 实验原理1、AMI码我们用 “ 0” 和“ 1” 代表传号和空号。 AMI码的编码规则是 “ ” 码不变， “ ” 码则交替地转换为 “ +1” 和“

2、-1” 。当码序列是 “ ” 时，AMI码就变为“ +100-1000+1-1+10-1 ” 。这种码的反变换也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将“ - ”翻转为 “ +” ，恢复成单极性码。 这种码未能解决信码中经常出现的长连“ ” 的问题。2、HDB3 码及变换规则（B：符合极性交替规律的传号；V： 破坏极性交替规律的传号（破坏点）这是一种四连 “ 0” 取代码。当没有四个以上连“ ” 码时，按 AMI规则编码，当出现四个连 “ ” 码时，以码型取代节 “ ” 或“ ” 代替四连 “ ” 码。选用取代节的原则是：用脉冲来保证任意两个相连取代节的脉冲间“ ”的个数为奇数。当相邻脉冲

3、间“ ” 码数为奇数时，则用 “ ” 取代，为偶数个时就用 “ ” 取代。在脉冲后面的“ ” 码和码都依脉冲的极性而正负交替改变。图1.2 给出了 HDB3 码的频谱，此码符合前述的对频谱的要求。图1.2 HDB3 码的频谱示意图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2 由于HDB3 码的这些优点能较好地满足传输码型的各项要求，所以常被用于远端接口电路中。 在编码、PCM 编码和 ADPCM编码等终端机中或多种复接设

4、备中，都需要 HDB3 码型变换电路与之相配合。3、编码部分四连“0”检测及补“1”电路取 代 节 选 择电 路破 坏 点 形 成电 路单双 极 性变 换 电 路信 码 入HDB3码出图1.3 编码部分的原理框图4、解码部分单双极性变换电路判决电路破坏点检测电路去除取代电路位定时恢复电路位定时位定时图1.4 解码部分的原理框图（二）这里提供一个实际使用的HDB3 编、解码电路，分别示于附图三、附图四和附图五。实验者要根据基本原理，分析说明电路工作原理与各部分功能。为了调测电路方便，实验箱提供了一个时钟源和标准信号源电路。图2.5 包括一个主振发生器、“1000”码发生器和 32位PN 码序列（

5、 M-Seria ）发生器。实验者可自己分析工作原理，画出波形，在实验过程中与实际信号波形相比较。1、时钟部分（1）观察测量点（ CLOCK ）- 主振分频信号观察并记录该处信号的波形（幅度，频率，占空比）并与计算值核对。（2）观察插孔（“ 100010001”码） - “1000”码信号观察并记录该处信号的波形（幅度，频率，占空比）并与计算值核对。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3 （3）观察插孔（ M-CO

6、DE-OUT）-M 序列码信号观察并记录该处信号的波形（幅度，频率，占空比）并与计算值核对。2、编码电路（1）将编码输入端加入 “ ” 码，此时 AMI和HDB3 编码规律是相同的观察并记录该处信号的波形并与计算值核对。（2）将编码输入端加入 “ 0” 码，此时按 HDB3 编码规律编码观察并记录该处信号的波形并与计算值核对。（3）将编码输入端加入 “ 1000” 码，此时 AMI和HDB3 编码规律是相同的观察并记录该处信号的波形并与计算值核对。（4）将编码输入端加入 M 序列码观察并记录该处信号的波形并与计算值核对。3、译码电路（1）观测 HDB3 码译码过程连接：把示波器的另一路接至实验

7、箱测量点（H14 ），调节示波器使两路信号同时显示，并调整好两个信号的上下位置和垂直、水平档位。观察：i.观察并记录该处信号的波形并与计算值核对。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4 答：从信号中得到的序列与编码译码电路中得到的M 序列相同。ii.把示波器原接测量点（ H14）的探头改接至测量点（H20 、H21 、H23 ）以及（M-OUT ），答：H20:在编码中破坏点处输出的为冲激信号，实现的是破坏点的检测

8、。 H21:输出为周期和位定时信号相同的余弦信号，实现的位定时信号的提取。 H23:输出信号和位定时信号完全相同，实现的是位定时信号的恢复。 M-OUT: 输出为未编码之前的伪随机序列。四、 实验报告1、根据电路原理图分析伪随机序列发生器的生成多项式，计算该M 序列的周期长度及一个周期内的波形，与实验记录相比较。答： 由电路原理图中可得到晶振到的频率为4.096MHz ， 经过分频后得到 2.048MHz的时钟信号，与测量值（Ts=500ns）2MHz 非常接近。伪随机序列发生器的生成多项式比较复杂，但经计算得，其波形与测量值基本相同。2、根据电路图及实验记录， 分析HDB3 收发电路的原理，

9、 对关键器件的功能加以描述。答：（ 1）HDB3 编码电路：首先序列输入后经过多个与非门和HIC874LS175 （D触发器）器件联合形成四连零检测电路，检测出输入序列分别经过D触发器、JK触发器形成破坏点形成电路和取代接选择电路。最后将序列经过直流供电的HIC12B(D)74LS126 两个器件将单极性码元转换为双极性码元。（2）HDB3 译码电路：其电路组成基本和编码电路相同，只是顺序相反而已。两者之间最大的一个区别是译码电路中的位定时恢复电路。在位定时恢复电路中用晶体管（ HN19013 ）放大后经 LC 选频网络选出位定时信号， 用于最后的去除取代电路中信号的回复。3、根据实验记录绘制

10、当输入为“0”、“ 1”、“ 1000”码和 32位PN 码时 HDB3收发过程中关键点的波形。答：波形见实验内容中记录。4、用滤波法由信码中提取位定时信息，对于HDB3 码要作哪些变换？根据原理图分析自本实验中是如何恢复码定时的。答：提取位定时信号首先要将HDB3 码转换成单极性归零码，因为HDB3 码（实验中为双极性、 01等概、占空比为 50% 的码元）中不含位定时信息，当转换成单极性归零码时可以在 f=fs 处提取位定时脉冲，经处理后即得位定时信号。5、谐振回路中、 的取值如何考虑？电路的值应取多少？根据什么原则决定这些值？答：由谐振公式知LC 回路的谐振频率应该等于fs ，故LC=

11、由于所选频率为单一频率， 所以谐振回路的 Q 值应该大一些， 但是考虑到电路的稳定性， LC 回路通频带也不能太窄 ,Q值不能取的太大。6、通过本实验还有什么收获和体会？答:(1) 通过本次实验让我明白了理论及其现实应用之间的差距，比如AMI码编码没有问题但是应用中由于长连“0”原因造成位定时信号再生的困难。(2) 了解了 HDB3 码的基本实现电路及其基本实现方法，加深了对 HDB3 编、译码的规则的理解。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - -

12、 - - - - - - - 5 (3) 从本实验中我收获最大的是了解到位定时信号的提取与恢复，更全面的理解了信号编码的多样性的原因。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 6 实验二多径传播一、实验目的通过实验掌握多径传播、信道的频率选择性、相干带宽等概念，理解多径信道对信号传输的影响。二、实验原理多径信道指信号传输的路径不止一条，数字信号经过多径信号后有码间干扰。由于多径，信道幅频特性不为常数，对某些频率产生较大的

13、衰减，对某些频率的衰减小， 即信道具有频率选择性。 通常可用信道的时延扩展m来表示信道的多径扩展情况， 多径时延扩展的倒数称为信道的相干带宽mB1，设输入信号的码元间隔为sT ，当sBT 1时，信号的衰减是平坦的；反之，信号的衰减是频率选择性的。数字信号经过多径非时变信道后，输出信号为)()(1iLiitbts从频域观点看)()()()(21fHfBefBfSifjLii三、实验源代码程序代码如下：clc,clear all; u1=0.5;u2=0.707;u3=0.5; %三条信道tao1=0;tao2=1;tao3=2; %信道时延f=-5:0.1:5; Hf=u1*exp(-j*2*p

14、i*f*tao1)+u2*exp(-j*2*pi*f*tao2)+u3*exp(-j*2*pi*f*tao3); % 系统函数的表示形式figure(1); subplot(211); plot(f,abs(Hf); title(系统函数的幅频特性 ); subplot(212); plot(f,angle(Hf); title(系统函数的相频特性 ); % 多径信道的输出figure(2); Ts=1; %Ts=8 %码元间隔，影响输入信号经信道时的衰减情况dt=0.1;len=20; t=0:dt:Ts*len; one=ones(1,Ts/dt); %单位周期内取点的个数，用于时间的延拓

15、，便于画图A=randint(1,len); bt=A(1).*one; for n=2:length(A); %该循环将 bt 的每一周期码元名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 7 btn=A(n).*one; %拓展成 Ts/dt 个码元，便于画图 bt=bt,btn; end s2=zeros(1,tao2/dt) bt; %第二条信道，延时 1s s3=zeros(1,tao3/dt),bt; %第三条信道

16、，延时 2s st=u1*bt+u2*(s2(1:length(bt)+u3*(s3(1:length(bt);%多径信道的表示方式subplot(211); %输入信号波形，便于对比plot(t(1:length(bt),bt); title(输入信号波形 ); axis(t(1) t(length(bt) -0.2 1.3); subplot(212); plot(t(1:length(bt),st); title(Ts= num2str(Ts) 时的输出信号 ); axis(t(1) t(length(bt) -0.2 2); 四、实验内容设三径信道5.01，707.02，5.03，01

17、，s12，s23。1. 用Matlab画出信道的幅频响应特性和相频响应特性；解：信道幅频特性与相频特性如下图所示：图一信道系统函数特性2. 设信道输入信号为)()(snnnTtgatb，其中，1sT，na 随机取0或1，画出输出信号波形；解：Ts=1时的输入与输出信号波形对比：sTt0其他01)(tg名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 8 图二 Ts=1时输入信号与输出信号波形对比3. 同（2）相同形式的输入信号，

18、但8sT，画出输出信号波形。答：Ts=8时的输入信号与输出信号对比：图三 Ts=8时输入信号与输出信号波形对比五、思考题1. 从信道幅频相频特性分析信道对输入信号的影响；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 9 答：从信号的幅频特性来看，信号在f=n处的频率分量最强，在f=(2n+1)/2处的频率分量最弱，这是由于三径信道最大时延差为2s的原因造成的。从信号的相频特性来看，信号在f=(2n+1)/2 处与理想信道差别

19、较大，在f=n 处的衰减比较小。2. 信道相干带宽是多少？答：根据多径信道相关带宽定义知，该信道的相关带宽为1/2Hz。 3.比较Ts=1时输入输出信号波形，比较Ts=8时输入输出信号波形。哪种情况输出信号失真较大？为什么? 答：Ts=1是的信号失真较大，多径效应对信号的码间串扰的影响和码元传播速率有关， 当Ts增大，码元速率降低， 信号带宽减小， 多径效应的影响也将减轻。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 10

20、实验三模拟信号的幅度调制一、实验目的1. 加深理解 DSB-SC 、AM 、SSB 三种调幅方法的调制和解调原理及实现方法；2. 通过实验观察信号的功率谱；3. 在信道中加入噪声，观察对输出信号的影响。二、实验原理1. 双边带抑制载波调幅（ DSB-SC ）设均值为零的模拟基带信号为)(tm，双边带抑制载波调幅（ DSB-SC ）信号为tftmtsc2cos)()(当)(tm是随机信号，其功率谱密度为)()(41)(cMcMsffPffPfP当)(tm是确知信号，其频谱为)()(21)(ccffMffMfS其中)( fPM是)(tm的功率谱密度，)( fM是)(tm的频谱。由于)(tm均值为

21、0，因此调制后的信号不含离散的载波分量，若接收端能恢复出载波分量，则可以采用如下的相干解调tftmtmtftmtftstrccc4cos)(21)(212cos)(2cos)()(2再用低通滤波器滤去高频分量，就恢复出了原始信息。2. 具有离散大载波的双边带调幅（AM ）设模拟基带信号为)(tm，调幅信号为tftmAtsc2cos)()(，其中 A是一个常数。可以将调幅信号看成一个余弦载波加抑制载波双边带调幅信号，当)(tmA时，称此调幅信号欠调幅；)(tmA时，为过调幅。当)(tm的频宽远小于载波频率时，欠调幅信号可以用包络检波的方式解调，而过调幅信号只能通过相干解调。3. 单边带调幅（ S

22、SB ）模拟基带信号)(tm经过双边带调制后，频谱被搬移到中心频率为cf ，但从恢复原信号频谱的角度看，只要传输双边带信号的一半带宽就可以完全恢复出原信号的频谱。因此，单边带上边带信号可以表示成tftmtftmtscc2sin)(?212cos)(21)(同理，单边带下边带信号可表示为tftmtftmtscc2sin)(?212cos)(21)(。在接收端，可以通过相干解调方式对单边带信号进行解调。三、实验代码1、DSB 信号调制与解调clc,clear all; dt=0.01; df=0.01; t=-3:dt:3; fc=10; fm=1; %载波频率以及调制信号频率f=-15:df:1

23、5; ft=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); %调制信号fct=cos(2*pi*fc*t); %载波信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 11 dsb=ft.*fct; %DSB已调信号subplot(221); plot(t,dsb);grid on; title(已调信号时域波形 ); SF=sig_spec(dsb,t,dt,f); %取傅里叶变换subplot(222); plot(f,

24、abs(SF).2/t(end);grid on; title(已调信号功率谱密度 ); dsb=awgn(dsb,10,1); %加入信道噪声jdsb=dsb.*fct; %相干解调subplot(223); SF=sig_spec(jdsb,t,dt,f); %变换到时域，便于滤波SF1=2*SF.*(f-3)-(f3); %滤波，得到调制信号yt=rsig_spec(SF,f,df,t); %傅里叶反变换plot(t,yt(1:length(t); %解调信号（含噪声）hold on; plot(t,ft,r); grid on; title(带噪声解调信号时域波形（DSB ）); 2、

25、AM 调制信号与解调将DSB 信号中的已调信号 dsb=ft.*fct改成am=(2+ft).*fct即得AM 调制信号程序。3、SSB 调制信号与解调clc,clear all; dt=0.01; df=0.01; t=-3:dt:3; fm=1; f=0:df:14; ft=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); ft1=sqrt(2)*sin(2*pi*fm*t);%调制信号及其希尔伯特变换fct=cos(2*pi*10*t); fct1=sin(2*pi*10*t); %载波信号及其希尔伯特变换ssb=0.5*ft.*fct-0.5*ft1.*fct1;%SSB信号表示方法su

26、bplot(221); plot(t,ssb);grid on; axis(-1,1,-1 1); %便于观察title(已调信号时域波形 ); SF=sig_spec(ssb,t,dt,f); %傅里叶变换subplot(222); plot(f,abs(SF).2/length(t); grid on; title(已调信号功率谱密度 ); ssb=awgn(ssb,10,1); %加入信道噪声jssb=ssb.*fct; %相干解调信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

27、 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 12 subplot(223); SF=sig_spec(jssb,t,dt,f); %变换到频域，便于滤波SF1=1*SF.*(f0)-(f3); %频域滤波yt=rsig_spec(SF1,f,df,t); %傅里叶反变换plot(t,4.*yt(1:length(t);hold on; plot(t,ft,r); grid on; title(带噪声解调信号波形（ SSB ）); 四、实验内容用Matlab 产生一个频率为 1Hz、功率为 1的余弦信源，设载波频率为10Hz，试画出：1. DSB 调制信号及其功率谱密度；图

28、一 DSB 调制信号及其功率谱2. 将已调信号解调，在时域内将解调后的波形与原信号进行对比；图二 解调信号与原信号波形对比3.A=2的AM 调制信号及其功率谱密度；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 13 图三 AM已调信号及其功率谱4.SSB调制信号及其功率谱密度；图四 SSB已调信号及其功率谱图5. 在信道中各自加入经过带通滤波器后的窄带高斯白噪声，功率为0.1 ，解调各个信号，并画出解调后的波形。图五 带噪

29、声 DSB 解调信号与原信号波形对比名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 14 图六 带噪声 AM 解调信号与原信号波形对比图七 带噪声 AM 解调信号与原信号波形对比四、思考题1. 对三种调制信号及其功率谱密度进行比较分析；答：比较三种调制信号及其功率谱密度波形得知：（1）AM 已调信号波形的包络与调制信号的形状完全一样，易于观察以及用于包络检波；其功率包括载波功率和边带功率两部分，从功率谱图上可以看出，载波功率

30、占据信号的绝大部分，边带功率比较低。（2）DSB 已调信号波形的上下包络相交，一般在交汇点处载波发生反相（放大图形可以看出）；由于DSB 信号不包含载波，故其功率主要集中在上下边带附近。（3）从SSB 已调信号时域波形看不出调制信号信息；但是从功率谱密度图上可以清晰的看到信号的功率分布主要集中在上（下）边带上，具有很高的调制效率。2.在上述相干解调中，已经假设本地振荡器的相位等于载波的相位。如果它们之间存在某一个相移，解调过程会如何改变？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 答：当相干载波信号与原信号有相位差时，有如下推导：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -