通信原理实验报告 2Word下载.docx
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FS信源帧同步信号输出点/测试点
NRZ-OUT（AK）NRZ信号（绝对码）输出点/测试点（4个）
图1-1数字信源方框图
图1-2帧结构
FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-3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1-3FS、NRZ-OUT波形
2.HDB3编译码
原理框图如图1-4所示。
本单元有以下信号测试点：
●-12V-12V电源输入点
●+5V+5V电源输入点
●NRZ译码器输出信号
●BS-R锁相环输出的位同步信号
●（AMI）HDB3编码器输出信号
●BPF带通滤波器输出信号
●（AMI-D）HDB3-D（AMI）HDB3整流输出信号
图1-4HDB3编译方框图
本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边（A端）选择AMI码，位于右边（H端）选择HDB3码。
AMI、HDB3码编码规律：
1、AMI码的编码规律：
代码的0仍变为传输码的0，而代码中的1交替地交换为传输码+1、-1。
例如：
信息码：
0111001010011
AMI码：
0+1-1+100-10+100-1+1
2、HDB3码的编码规律：
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（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息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，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的。
设信息码为00000110000100000，则NRZ码、AMI码，HDB3码如图1-5所示。
图1-5NRZ、AMI、HDB3关系图
本单元用CD22103集成电路进行AMI或HDB3编译码。
当它的第3脚（HDB3/AMI）接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。
CD22103编码输出两路并行信号+H-OUT和-H-OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与AMI或HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。
这两路信号经单/双极性变换后得到AMI码或HDB3。
四、实验步骤
本实验使用数字信源单元和HDB3编译码单元。
1、熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理。
接好电源线，打开电源开关。
2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。
接通信源单元的+5V电源。
（1）示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT,观察其波形。
（2）用开关K1产生代码01110010（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。
（3）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码时将HDB3单元的开关K4置于A端，观察HDB3码时将K4置于H端。
观察时应注意编码输出（AMI）HDB3输入NRZ-OUT延迟了4个码元。
（4）将K1、K2、K3置于011100100000110000100000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。
（5）加入误码时观察HDB3的波形。
将K1、K2、K3置于任意状态。
K4置A或H端。
CH1接NRZ-OUT，CH2接NRZ-OUT，观察这些信号波形。
五、实验报告
1.根据实验观察个记录各点波形，并分析波形与理论是否相符。
2.比较不同信码中的AMI码与HDB3码波形是否相同，为什么？
1.答：
按指导书所示步骤连接好仪器，将所有灯泡开关关掉，得到示波器所示图像即为全零码的AMI码，将开关k4置于右端，得到的即为全零码的HDB3码，如图：
全零AMI码
全零HDB3码
同理，将灯泡开关全部调至灯亮，得到的即为全一码：
AMI/HDB3码
2.答：
实验二数字调制
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、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、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）。
调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。
调制模块内部只用+5V电压。
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
CRA2DPSK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-OUT2DPSK信号测试点/输出点（3个），
>
0.5V
2FSK-OUT2FSK信号测试点/输出点（3个），
2ASK2ASK信号测试点，
>
用2-1中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对应关系如下：
2（A）U8：
双D触发器74LS74
2（B）U9：
滤波器AV6：
三极管9013，调谐回路
滤波器BV1：
码变换U18：
双D触发器74LS74；
U19：
异或门74LS86
2ASK调制U22：
三路二选一模拟开关4053·
9·
2FSK调制U22：
三路二选一模拟开关4053
2PSK调制U21：
八选一模拟开关4051
放大器V5：
三极管9013
射随器V3：
将晶振信号进行2分频、滤波后，得到2ASK的载频2.2165MHZ。
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，2FSK信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/2和1/4，也是通过分频和滤波得到的。
下面重点介绍2PSK、2DPSK。
2PSK、2DPSK波形与信息代码的关系如图2-3所示。
图中假设码元宽度等于载波周期的1.5倍。
2PSK信号的相位与信息代码的关系是：
前后码元相异时，2PSK信号相位变化180，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信号的相位变化180。
码元为“0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不变”。
应该说明的是，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率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。
本单元用码变换——2PSK调制方法产生2DPSK信号，原理框图及波形图如图2-4所示。
相对于绝对码AK、2PSK调制器的输出就是2DPSK信号，相对于相对码、2PSK调制器的输出是2PSK信号。
图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与AK、BK的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK来说是“1变0不变”关系，对于BK来说是“异变同不变”关系，由AK到BK的变换也符合“1变0不变”规律。
图2-4中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列00100，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。
2DPSK通信系统可以克服上述2PSK系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK而不用2PSK（多进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPSK），此问题将在数字解调实验中再详细介绍。
4、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，直流稳压电源输出+5V电压，通过数字信源+5V电源（数字调制单元的+5V电源与数字信源的+5V电源在电路板上已经连在一起）
2.用示波器CH1接AK，CH2接BK，信源模块的K1,K2,K3置于任意状态（非全零），观察AK,BK的波形，总结绝对码至相对码交换规律
3.示波器CH1接2DOSK-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。
4.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”码相对应的2FPSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）
5、实验报告要求
1.总结绝对码至相对码的变化规律、相对码与绝对码的变化规律
2.总结2DPSK信号的相位变化与绝对码的关系以及2DSPK信号的相对变化与相对码的关系（即2PSK的相应变化与信息代码之间的关系）
2.答：
实验三数字解调
一、实验目的：
1.
掌握2DPSK相干解调原理。
2.
掌握2FSK过零检测解调原理。
用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。
用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。
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载波频率等于码速率的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。
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3-1数字解调方框
（a）2DPSK相干解调（b）2FSK过零检测解调
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。
2DPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：
-12V-12V电源输入点（2个）
2DPSK-IN2DPSK信号输入点/测试点（2个）
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
Vc比较器比较电压测试点
CM-OUT比较器输出信号的输出点/测试点（2个）
BK解调输出相对码测试点
AK-OUT解调输出绝对码的输出点/测试点（3个）
2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：
FD2FSK过零检测输出信号测试点
LPF低通滤波器输出点/测试点
CM整形输出输出点/测试点
AK-OUT解调输出信号的输出点/测试点（3个）
DPSK相干解调器模块各点波形示意图如图3-2所示。
图中设相干载波位n相。
图3-22DPSK相干解调波形示意图
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。
101
图3-32FSK过零检测解调器各点波形示意图
1.按照图3-4将五个模块的信号输出、输入连接在一起，将数字信号源模块上的+5V电源用导线连接至载波同步模块的+5V电源输入点。
将直流稳压电源的+5V连接至数字信号源模块的+5V输入点，将+12V、-12V电源分别用导线连接到载波同步模块的+12V输入点及数字解调模块的-12V输入点（数字解调及载波同步模块的+5V、+12V、-12V已在印刷电路板上连通）。
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2DPSK信号的载波CAR同相（或反相）。
3.2DPSK解调实验
（1）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3-2所示的理论波形，调节电位器R26使MU峰值不超过5V（否则LPF信号可能出现异常）。
调节载波同步单元中的电位器P1或微调C34来改变相干载波相位，会发现MU波形无变化但其幅度下降（为什么？
请思考）。
（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、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称，将示波器调至失步状态，可观察到眼图。
4.2FSK解调实验
示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-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，若相差较大可微调节电位器R48。
图3-4数字解调实验连接图
五、实验报告要求
1、画出各测试点波形，并给以必要的说明。
2、画图时将波形的相位关系正确的表示出来，若产生相位说明原因。
3、通过实验两种解调器各有什么优缺点？
3.答：
实验四帧同步
1.掌握巴克码识别原理。
2.掌握同步保护原理。
3.掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态概念。
1.观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。
2.观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态。
3.观察同步器的假同步现象和同步保护作用。
在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，可以集中插入、也可以分散插入。
本实验系统中帧同步识别码为7位巴克码，集中插入到每帧的第2至第8个码元位置上。
帧同步模块的原理框图如图4-1所示。
本模块有以下测试点及输入输出点：
S-IN数字基带信号输入点（2个）
BS-IN位同步信号输入点（2个）
GAL巴克码识别器输出信号测试点
÷
2424分频器输出信号测试点
TH判决门限电平测试点
FS-OUT帧同步信号测试点
图4-1帧同步模块原理框图
从总体上看，本模块可分为巴克码识别器及同步保护两部分。
巴克码识别器包括移位寄存器、相加器和判决器，图4-1中的其余部分完成同步保护功能。
当基带信号里的帧同步码无错误时（七位全对），把位同步信号和数字基带信号输入给移位寄存器，识别器就会有帧同步识别信号GAL输出，各种信号波形及时序关系如图4-2所示，GAL信号的上升沿与最后一位帧同步码的结束时刻对齐。
图中还给出了÷
24信号及帧同步器最终输出的帧同步信号FS-OUT，FS-OUT的上升沿稍迟后于GAL的上升沿。
图4-2帧同步器信号波形
÷
24信号是将位同步信号进行24分频得到的，其周期与帧同步信号的周期相同（因为一帧24位是确定的），但其相位不一定符合要求。
当识别器输出一个GAL脉冲信号时（即捕获到一组正确的帧同步码），在GAL信号和同步保护器的作用下，÷
24电路置零，从而使输出的÷
24信号下降沿与GAL信号的上升沿对齐。
24信号再送给后级的单稳电路，单稳设置为下降沿触发，其输出信号的上升沿比÷
24信号的下降沿稍有延迟。
同步器最终输出的帧同步信号FS是由同步保护器中的与门3对单稳输出的信号及状态触发器的Q端输出信号进行“与”运算得到的。
电路中同步保护器的作用是减小假同步和漏同步。
当无基带信号输入（或虽有基带信号输入但相加器输出低于门限值）时，识别器没有输出（即输出为0），与门1关闭、与门2打开，单稳输出信号通过与门2后输入到÷
3电路，÷
3电路的输出信号使状态触发器置“0”，从而关闭与门3，同步器无输出信号，此时Q的高电平把判决器的门限置为7（P3灯亮）、且关闭或门、打开与门1，同步器处于捕捉态。
只要识别器输出一个GAL信号（因为判决门限比较高，这个GAL信号是正确的帧同步信号的概率很高），与门4就可以输出一个置零脉冲使÷
24分频器置零，÷
24分频器输出与GAL信号同频同相的的周期信号（见图4-2）。
识别器输出的GAL脉冲信号通过与门1后使状态触发器置“1”，从而打开与门3，输出帧同步信号FS-OUT，同时使判决器门限降为6（P3灯熄）、打开或门、同步器进入维持状态。
在维持状态下，因为判决门限较低，故识别器的漏识别概率减小，假识别概率增加。
但假识别信号与单稳输出信号不同步，故与门1、与门4不输出假识别信号，从而使假识别信号不影响÷
24电路的工作状态，与门3输出的仍是正确的帧同步信号。
实验中可根据判决门限指示灯P3判断同步器处于何种状态，P3亮为捕捉态，P3熄为同步态。
在维持状态下，识别器也可能出现漏识别。
但由于漏识别概率比较小，连续几帧出现漏识别的概率更小。
只要识别器不连续出现三次漏识别，则÷
3电路不输出脉冲信号，维持状态保持不变。
若识别器连续出现三次漏识别，则÷
3电路输出一个脉冲信号，使维持状态变为捕捉态，重新捕捉帧同步码。
不难看出，若识别器第一次输出的脉冲信号为假识别信号（即首次捕获到的是信息数据中与帧同步码完全相同的码元序列），则系统将进入错误的同步维持状态，由于本实验系统是连续传输以一帧为周期的周期信号，所以此状态将维持下去，但在实际的信息传输中不会连续传送这种周期信号，因此连续几帧都输出假识别信号的概率极小，所以这种错误的同步维持状态存在的时间是短暂的。
当然，同步保护器中的÷
3电路的分频比也可以设置为其它值，此值越大，在维持状态下允许的识别器的漏识别概率也越大。
在维持态下对同步信号的保护措施称为前方保护，在捕捉态下的同步保护措施称为后方保护。
本同步器中捕捉态下的高门限属于后方保护措施之一，它可以减少假同步概率，当然还可以采取其它电路措施进行后方保护。
低门限及÷
3电路属于前方保护，它可以保护已建立起来的帧同步信号，避免识别器偶尔出现的漏识别造成帧同步器丢失帧同步信号即减少漏同步概率。
同步器中的其它保护电路用来减少维持态下的假同步概率。
本实验使用数字信源模块，帧同步模块的+5V电源与位同步模块的+5V电源已在印刷电路板上连在一起，所以由位同步模块+5V输入点输电源。
1、熟悉数字信源模块的帧同步模块，接通数字信号源模块及位同步+5V电源。
2、观察同步器的维持态（同步态）
将数字信源单元的K1（左边的8位微动开关）置于×
1110010状态（110010为帧同步码，×
是无定义位，可任意置“1”或置“0”），K2置为10000000状态、K3则置为全0状态，示波器CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2分别接帧同步单元的GAL、÷
24、TH及FS，观察并记录上述信号波形以及与NRZ-OUT的相位关系（注意：
TH为0电平，帧同步模块的P3指示灯熄，P1、P2亮，表示识别门限为6）。
使信源的帧同步码（注意是K1的第2位到第8位）中错一位，重新观察上述信号，此时GAL、÷
24、TH、FS应不变。
使信源帧同步码再错一位重作上述观察。
（此时同步器应转入捕捉态，仅÷
24波形不变，请根据原理框图分析思考此过程）。
3、观察同步器的捕捉态（失步态）
上步中电路已经由同步态变为捕捉态，示波器仍观察÷
24信号，此时断开电源，再接通电源，可看到÷
24波形的下降沿已不再对准第一个数据位（相位随机），观察其他信号可见TH为高电平，FS无输出。
将信源K1从刚才错两位状态还原为仅错一位状态，观察÷
24信号相位是否变化。
再将信源K1还原为正确的帧同步码（×
1110010），观察÷
分析÷
24信号相位变化原因，从而理解同步器从失步态转为同步态的过程。
4、观察识别器假识别现象及同步保护器的保护作用。
上步中同步器转为同步状态后，使信源单元的K2或K3中出现1110010状态（与1110010状态有一位不同的状态也可），示波器CH1接NRZ-OUT，CH2分别接GAL和FS，观察识别器假识别现象，理解同步保护电路的保护作用。
1.根据实验结果，画出同步器处于同步状态及失步状态时同步器各点波形。
2.本实验中同步器由同步态转为捕捉态时÷
24信号相位为什么不变？
3.同步保护电路是如何使假识别信号不形成假同步信号的？
3.答：
实验九数字锁相环与位同步
1、实验目的
1.掌握数字锁相环工作原理以及触发式数字锁相环的快速捕获原理。
2.掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
3.掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
2、实验内容
1.观察数字环的失锁状态、锁定状态。
2.观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差、信息代码的关系。
3.观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
可用窄带带通滤波器，锁相环来提取位同步信号。
实验一中用模数混合锁相环（电荷泵锁相环）提取位同步信号，它要求输入信号是一个准周期数字信号。
实验三中的模拟环也可以提取位同步信号，它要
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