数据通信原理实验报告 5.docx

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数据通信原理实验报告 5.docx

数据通信原理实验报告5

福建农林大学计算机与信息学院

信息工程类

实验报告

课程名称：

数据通信原理

姓名：

系：

电子信息工程

专业：

电子信息工程

年级：

2010级

学号：

指导教师：

职称：

讲师

2012年12月3日

实验项目列表

序号

实验项目名称

成绩

指导教师

数字信号源实验

薛岚燕

数字调制实验

薛岚燕

2ASK、2FSK数字解调实验

薛岚燕

2DPSK数字解调实验

薛岚燕

数字基带通信系统实验

薛岚燕

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告

系：

电子信息工程专业：

电子信息工程年级：

2010

姓名：

学号：

实验课程：

数据通信原理实验室号：

田C实405实验设备号：

2实验时间：

11.21

指导教师签字：

成绩：

实验一数字信号源实验

1．实验目的和要求

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。

2．实验原理

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1-1数字信源方框图

图1-2帧结构

FS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。

图1-5FS、NRZ-OUT波形

3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）

通讯原理实验箱一台，示波器一台以及导线若干

4．操作方法与实验步骤

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。

5．实验内容及实验数据记录

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三信号的对应关系。

3、学习电路原理图。

6．实验数据处理与分析

（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）:

得到的NRZ-OUT：

图一

得到的BS-OUT：

图二

发光二极管的发光情况如下：

图三

图三发光二极管显示的为010011010000000000000000，所以NRZ应输出010011010000000000000000，从图一可以，NRZ的输出符合理论要求。

而BS是信源位同步信号，如图二所示。

由实验数据可知，判断数字信源单元已正常工作。

产生010011010000000000000000信息代码的实验箱的连接显示：

图四

得到的NRZ-OUT测试点：

图五

FS测试点：

图六

所显示的FS为110110…信源帧同步信号,频率为7.1KHz。

4）BS-OUT测试点：

图七

所显示的BS是信源位同步信号，频率为170.5KHz。

5）CLK-OUT测试点：

图八

所显示的CLK信号为时钟脉冲波，输出信号频率为4.433619MHz。

从图六道图八分别显示各个信号的图形以及其频率，均与理论上的值一致。

FS信源帧同步信号输出点/测试点,频率为7.1KHz

BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点，频率为170.5KHz

CLK-OUT时钟信号测试点，输出信号频率为4.433619MHz

7．质疑、建议、问题讨论

（1）通过本次的实验，验证了各个测试点FS，BS-OUT，CLK-OUT在不同的K1、K2、K3下的波形，以及各个测试值，比如频率，并都符合理论。

（2）题目要求“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”，但是在实验中没有实施这个步骤依旧可以得到数据，这个的原理是什么？

答：

使用同轴电缆的目的主要是利用同轴电缆的屏蔽层接地，而共地是为了避免其他外界信号的的叠加。

用同轴电缆接示波器是为了阻抗匹配，抑制干扰。

如果实验箱与示波器的阻抗匹配，那么有没有这个步骤，不会有区别，但是如果不匹配，得到的数据会相对有所误差，图形保真度会有所下降。

再加上由于示波器的原因，会造成实验图形不理想，所以建议最好用示波器同轴电缆的同步信号，确保得到的数据、图形尽量理想。

（3）在实验步骤无误以及仪器设备正常工作的前提下，图五所显示的NRZ波形并不符合理论要求。

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告

系：

电子信息工程专业：

电子信息工程年级：

2010

姓名：

学号：

实验课程：

数据通信原理

实验室号：

田C实405实验设备号：

2实验时间：

11.22

指导教师签字：

成绩：

实验二数字调制实验

1．实验目的和要求

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。

2．实验原理

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。

利用2ASK、2FSK、2PSK以及2DPSK的调制原理。

本单元有以下测试点及输入输出点：

BS-IN位同步信号输入点

NRZ-IN数字基带信号输入点

CAR2DPSK信号载波测试点

AK绝对码测试点（与NRZ-IN相同）

BK相对码测试点

2DPSK（2PSK）-OUT2DPSK（2PSK）信号测试点/输出点，VP-P>0.5V

2FSK-OUT2FSK信号测试点/输出点，VP-P>0.5V

2ASK-OUT2ASK信号测试点，VP-P>0.5V

3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）

通讯原理实验箱一台，示波器一台以及导线若干

4．操作方法与实验步骤

1、熟悉数字信源单元及数字调制单元的工作原理。

2、连线：

数字调制单元的CLK－IN、BS－IN、NRZ－IN分别连至信源单元

CLK－OUT、BS－OUT、NRZ－OUT。

打开电源开关和模块电源开关。

3、用数字信源模块的FS信号作为示波器的外同步信号，示波波CH1接AK，CH2接BK，信源模块的KS1、KS2、KS3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至绝对码的变换规律。

4、示波器CH1接2DPSK-OUT，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信号的幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。

5、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK-OUT和2ASK-OUT；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）。

6、用频谱议观察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱（条件不具备时不进行此项观察）。

应该注明的是：

由于示波器的原因，实验中可能看不到很理想的2FSK、2DPSK波形。

5．实验内容及实验数据记录

1、设绝对码为全1、全0或10011010，求相对码。

2、设相对码为全1、全0或10011010，求绝对码。

3、设信息代码为10011010，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信号的相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码的关系（即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系）。

6．实验数据处理与分析

（1）连线：

数字调制单元的CLK－IN、BS－IN、NRZ－IN分别连至信源单元

CLK－OUT、BS－OUT、NRZ－OUT，打开电源开关和模块电源开关。

如图：

图九

（2）用数字信源模块的FS信号作为示波器的外同步信号，当K1、K2、K3分别拨成100110100000000000000000观察示波器AK，BK。

如下：

AK：

图十

BK：

图十一

（3）当示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK-OUT和2ASK-OUT；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）。

图十二

（4）实验要求：

1、设绝对码为全1、全0或10011010，求相对码。

绝对码：

11111111,00000000，10011010

则相对码：

10101010,11111111,11101100

2、设相对码为全1、全0或10011010，求绝对码。

相对码：

11111111,00000000，10011010

则绝对码：

10000000,10000000,11010111

3、设信息代码为10011010，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。

答：

绝对码ak至相对码bk的变换规律：

。

相对码bk至绝对码ak的变换规律：

。

相对码至绝对码的变换电路：

bkak

5、总结2DPSK信号的相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码的关系（即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系）。

答：

2DPSK的原理是由ak得到bk，再由bk来调制载波的相位，“0”与“1”分别与不同的相位对应。

7．质疑、建议、问题讨论

（1）由于实验设备的不理想或实验箱的某些模块不能使用的原因，很多实验数据并不理想，不能完全符合理论上的要求。

在数据处理的时候要结合实际情况，利用理论知识，灵活的分析实验数据，减小系统误差，得到理想的结论。

另一方面，还要灵活的寻找实验方法，来尽量提高数据准确度。

（2）实验发现用相对码传输的性能优于绝对码的性能。

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告

系：

电子信息工程专业：

电子信息工程年级：

2010

姓名：

学号：

实验课程：

数据通信原理

实验室号：

田C实405实验设备号：

2实验时间：

11.28

指导教师签字：

成绩：

实验三2ASK、2FSK数字解调实验

1．实验目的和要求

1.掌握2ASK过零检测解调原理。

2.掌握2FSK过零检测解调原理。

2．实验原理

A）2ASK解调

（1）包络检波

实际系统中x（t）迟后于eo（t），进行数学抽象时认为系统是物理不可实现的，是否有码间串扰决定于滤波器和信道的频率特性。

LPF用来滤除高频，一般对码间串扰无影响。

（2）相干解调

r（t）与

（1）中不同，有正、负值，其它同

（1）

（3）过零检测

波形图见P134图6-7，但还要对f（t）进行样判决处理。

判决准则：

（B）2FSK解调

（1）包络检波

条件：

。

判决准则：

（2）相干解调

判决准则同

（1）

（3）过零检测

波形图见P134图6-7，但还要对f（t）进行样判决处理。

判决准则：

（C）电路原理

2FSK信号的解调方法有：

包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。

图3-12FSK过零检测解调方框图

本实验采用过零检测法解调2FSK信号。

图3-1、图3-2分别为解调器的方框图和电路原理图。

2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：

2FSK-IN2FSK信号输入点/测试点

BS-IN位同步信号输入点

FD2FSK过零检测输出信号测试点

LPF低通滤波器输出点/测试点

NRZ（B）位同步提取输出测试点

NRZ－OUT解调输出信号的输出点/测试点

2FSK解调器方框图中各单元与电路图中元器件对应关系如下：

整形1UF1:

A：

反相器74HC04

单稳1、单稳2UF2：

单稳态触发器74LS123

相加器UF3：

或门74LS32

低通滤波器UF4：

运算放大器LM318；若干电阻、电容

整形2UF1:

B：

反相器74HC04

抽样器UF5:

A：

双D触发器74HC74

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备，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。

2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下：

图3-3为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率。

图3-32FSK过零检测解调器各点波形示意图

整形1和整形2的功能与比较器类似，在其输入端将输入信号叠加在2.5V上。

74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。

整形1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。

整形2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。

单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。

LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。

UF1对抽样判决输出信号进行整形。

必须说明一点，2FSK解调的信号码不能为全0或全1，否则抽样判决器不能正常工作。

3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）

通讯原理实验箱一台，示波器一台以及导线若干

4．操作方法与实验步骤

本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块及2FSK解调模块，它们之间的信号连结方式如图3-4所示。

实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元，本实验中这个信号直接来自数字信源。

图3-4数字解调实验连接图

1、按图5-4将五个模块的信号输出、输入点连在一起。

打开交流电源开关和各使用模块的电源开关。

2、检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否已在工作正常。

3、2FSK解调实验

示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别2FSK解调单元中的FD、LPF、NRZ（B）及NRZ-OUT，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的波形应接近图3-3所示的理论波形。

4、2ASK解调实验

实验方式与2FSK一样

5．实验内容及实验数据记录

1.用示波器观察2ASK过零检测解调器各点波形。

2.用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。

6．实验数据处理与分析

1、按图5-4将五个模块的信号输出、输入点连在一起。

打开交流电源开关和各使用模块的电源开关，经过检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块已在工作正常。

连线如图：

图十三

2、FSK解调实验

设信息代码为1001101，示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别2FSK解调单元中的FD、LPF、NRZ（B）及NRZ-OUT，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的波形应接近图3-3所示的理论波形。

图十四

得到的BS波形：

图十五

得到NRZ的波形：

图十六

LPD的波形：

图十七

7．质疑、建议、问题讨论

必须注意一点，2FSK解调的信号码不能为全0或全1，否则抽样判决器不能正常工作。

在实验中发现很多波形都不理想，甚至变形的很厉害。

为此，在实验中尽量减少人为误差，将同轴电缆连接上。

并且将理论上的计算做准确，注意细节问题。

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告

系：

电子信息工程专业：

电子信息工程年级：

2010

姓名：

学号：

实验课程：

数据通信原理

实验室号：

田C实405实验设备号：

2实验时间：

11.29

指导教师签字：

成绩：

实验四2DPSK数字解调实验

1．实验目的和要求

掌握2DPSK相干解调原理。

2．实验原理

（A）2PSK解调：

只能用相干解调法

设收发滤波器及信道对2PSK信号波形无影响，各点波形如下

设用平方环提取相干载波

÷2电路有“1”和“0”两个不同的初始状态，故其输出信号有0、π两个不同相位的信号。

用其它方法（如castos环等）提取相干载波时也会出现上述现象，此为相干载波相位模糊现象。

由于有两种相干载波，使解调输出现两种可能，即m（t）或

。

在2DPSK中,数字信息是用前后码元已调信号的相位变化来表示的,因此用有相位模糊的载波进行相干解调时并不影响相对关系.虽然解调得到的相对码完全是0,1倒置,但经过差分译码得到得绝对码不会发生任何倒置的现象,从而克服了相位模糊的问题。

故工程上不用2PSK，而用2DPSK。

（B）2DPSK解调

（1）相干解调

设收发滤波器及信道对2DPSK信号波形无影响，则各点波形如下

f（t）

e（t）

cp（t）

d（t）

c（t）

b（t）

a（t）

信息代码

（发ak）

bk110010

ak001011

此处设fc=RB，实际工作中并不要求载波与码速率满足某一关系。

码反变换输出的第一位可任意选取。

（2）差分相干解调（相位比较法）

当码元宽度Ts与载波周期TC满足一定关系时

才能用此方法解调2DPSK

设TS=KTc则判决规则为：

若

则判决规则为：

（C）电路原理

可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。

在相位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。

本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率的13倍，两种解调方法都可用。

实际工程中相干解调法用得最多。

图4-12DPSK相干解调方框图

本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。

图4-1、图4-2分别为解调器的方框图和电原理图。

2DPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：

2DPSK-IN2DPSK信号输入点/测试点

BS-IN位同步信号输入点

CAR-IN相干载波输入点

MU相乘器输出信号测试点

LPF低通、运放输出信号测试点

NRZ（B）整形输出信号的输出点/测试点

BK解调输出相对码测试点

NRZ-OUT解调输出绝对码的输出点/测试点

2DPSK解调器方框图中各单元与电路图中元器件的对应关系如下：

相乘器UP1：

模拟乘法器MC1496

低通滤波器RP11，CP1

整形UP5A、B：

74HC04

抽样器UP3:

A：

双D触发器7474

码反变换器UP3:

B：

双D触发器7474；UP4:

A：

异或门7486

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备，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。

3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）

通讯原理实验箱一台，示波器一台以及导线若干

4．操作方法与实验步骤

本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块，它们之间的信号连结方式如图4-4示。

实际通信系统中，解调器的位同步信号来自位同步提取单元。

本实验中这个信号直接来自数字信源。

图4-4数字解调实验连接图

1、按图5-5将五个模块的信号输出、输入点连在一起。

打开交流电源开关和各使用模块的电源开关。

2、信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否已在工作正常，使载波同步模块提取的相干载波CAR-OUT与2DPSK信号的载波CAR同相（或反相）。

1、2DPSK解调实验

（1）用数字信源的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接2DPSK解调单元的MU。

MU与BK同相或反相，其波形应接近图5-3所示的理论波形。

（2）示波器的CH2接LPF，可看到LPF与MU反相。

当一帧内BK中“1”码“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号与0电平对称，否则不对称。

（3）断开、接通电源若干次，使数字调制单元CAR信号与载波同步单元CAR-OUT信号同相，观察数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字调制单元中AK信号与

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