哈工程通信原理

请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！实验一数字基带信号一、 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、HDB码的编码规则。33、掌握从HDB码信号中提取位同步信号的方法。34、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。5、了解HDB（AMI）编译码集成电路CD22103。3二、 实验内容、用示波器观察单极性非归零码NR、传号交替反转码AMI、三阶高密度双极性码HDB、3整流后的AMI码及整流后的HDB码。32、用示波器观察从HDB码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。33、用示波器观察HDB、AMI译码输出波形。3三、 基本原理本实验使用数字信源模块和HDB编译码模块。31、数字信源+5V1-1所示，电原理1-3（见附录。本单元产生NRZ170.5KB，帧结构如图1-224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111001，另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ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。本模块有以下测试点及输入输出点：CLKBS-OUTFS

晶振信号测试点信源位同步信号输出点/测试点（2个）信源帧同步信号输出点/测试点NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个）图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下：晶振

CRY：晶体；U1：反相器7404U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160八选一三选一倒相器抽样

K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的24位代码相对应U5、U6、U7：8位数据选择器4512U8：8U2074HC04U9：D触发器74HC74八选一八选一八选一S1分S2S3晶振CLK频S4FSNRZS5三选一抽NRZ-OUT器BSBS-OUT 样倒相器图1-1数字信源方框图无定义位 帧同步

数据1 数据2×1 1 1 0 0 1 0××××××××××××××××图1-2帧结构下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。分频器74161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率170.5kHzS1S2S33BS1/21/41/8741934减计数器，当CPD=PL=、MR=0时，可在QQQQ40 1 2 3401607QQ0 1

端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。八选一881-1U5U6U7的地址信号输入端C并连在一起并分别接S1S2S38数据信号输入端x0~x7分别K1、K2、K3输出的81-1可以分析出U5U6U7170.5KB8行信号。三选一S4S5信号分别输入到U8的地址端AB，U5、U6、U73U8的数据端x3x0170.5KB2分复用信号，此信号为单极性不归零信号NR。S1 S2S3(a)S3S4S5(b)图1-3分频器输出信号波形倒相与抽样图1-1中的NRZ信号的脉冲上升沿或下降沿比BS信号的下降沿稍有点迟后。在实要求而设计的，它们使NRZ-OUTBS-OUT表1-14512真值表CBAINHDISZ00000x000100x101000x201100x310000x410100x511000x611100x7ΦΦΦ100ΦΦΦΦ1高阻FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。FSNRZ-OUT1-5所示，图中NRZ-OUT01110010，数据111110000，数据200001111FS48号时间，其上升沿比NRZ-OUT帧同步码帧同步码12FS图1-4FS、NRZ-OUT波形HDB31-6+5V-5V-5V-12V7905NRZ 译码器输出信号BS-R（AMI）HDB3BPF

锁相环输出的位同步信号编码器输出信号带通滤波器输出信号DET （AMI）HDB3整流器整流器NRZ-INBS-IN(AMI)HDB3+H-OUT-H-OUT+H单—双双—单变换HDB变换-H相加器(AMI)3NRZ（AMI）BS-R锁相环限幅放大带通BPFDET图1-5HDB3

编译码方框图本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边A（AMI端）选择AMI码，位于右边H（HDB3端）选择HDB码。3图1-6中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：HDB3//相加器带通滤波器限幅放大器锁相环

U10：HDB编译码集成电路CD22103A3U11：模拟开关4052U12：非门74HC04U17：或门74LS32U13、U14：运放UA741U15：运放LM318U16：集成锁相环CD4046信源部分的分频器、三选一、倒相器、抽样以及(AMI)HDB3

编译码专用集成芯片CD22103等电路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，说明见附录四。下面简单介绍AMI、HDB码编码规律。3AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码00AMI0.5τ与码元宽度（码元间隔τ=0.5TS SHDB0000VB00V代替，当两个相邻V31000V1（01）B00V0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB码中1、B的符号符合交替反转原则，3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；HDB码是占空比为0.5的3双极性归零码。设信息码为00000110000100000，则NRZ码、AMI码，HDB码如图1-8所示。3分析表明，AMI

1-9f成份

，等于位同3 S S S步信号频率。在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转换电路。在做译码时AMIHDB码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.53性归零码。这种信号的功率谱也在图1-9中给出。由于整流后的AMIHDB码中含有离散S 3谱SSf，故可用一个窄带滤波器得到频率为f的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。谱SS图1-6NRZ、AMI、HDB关系图33图1-7AMI、HDB、RZ|τ=0.5T频谱3S可以用CD22103集成电路进行AMIHDB3编译码。当它的第3AMI）+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。编码时，需输入NRZ码及位同步信号，它们来自数字信源单元，已在电CD22103+H-OUT-H-OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别AMIHDB3/AMI码或HDB3/单极性变换及相加器构成一个整流器。整流后的DET信号含有位同步信号频率离散谱。本单元自激信号频率向码速率方向牵引。它的输出BPF是一个幅度和周期都不恒定的准周期信号。对此信号进需作进一步处理。当锁相环的自然谐振频率足够小时，对输入的电压信号可等效为窄带带通滤波器（于锁相环的基本原理将在实验三中介绍Q35BS-R。译码时，需将AMI或HDB码变换成两路单极性信号分别送到CD22103的第11、第13脚，此任务由3双/单变换电路来完成。当信息代码连0个数太多时，从AMI码中较难于提取稳定的位同步信号，而HDB中连0个数最多为33，这对提取高质量的位同信号是有利的。这也是HDB3

码优于AMI码之处。HDB3

码及经过随机化处理的AMI码常被用在PCM一、二、三次群的接口设备中。在实用的HDB编译码电路中，发端的单/双极性变换器一般由变压器完成；收端的双/单极性变换电3路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成，本实验目的是掌握HDB编码规则，及位同步提取方法，3故对极性变换电路作了简化处理，不一定符合实用要求。CD221031-10图1-8CD22103的引脚及内部框图NRZ-INCTXHDB/AMI3NRZ-OUTCRXRAISAIS（8）VSSERR

编码器NRZ信号输入端；编码时钟（位同步信号）输入端；码型选择端：接TTL高电平时，选择HDB码；接TTL低电平时，选择3AMI码；HDB译码后信码输出端；3译码时钟（位同步信号）输入端；告警指示信号（AIS）检测电路复位端，负脉冲有效；AIS信号输出端，有AIS信号为高电平，无ALS信号时为低电平；接地端；不符合HDB/AMI3（10）CKRHDB码的汇总输出端；3（11）+HDB-INHDB译码器正码输入端；33（12）LTFHDB译码内部环回控制端，接高电平时为环回，接低电平时为正常；3（13）-HDB-INHDB译码器负码输入端；33（14）-HDB-OUTHDB编码器负码输出端；33（15）+HDB-OUTHDB编码器正码输出端；33（16）VDD接电源端（+5V）CD22103主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为50Kb/s~10Mb/s。两部分功能简述如下。发送部分：HDB/AMICTXNRZHDB33（+HDB3-OUT-HDB3-OUTAMI4接收部分：在译码时钟CRX的上升沿作用下，将HDB3（或AMI）译成NRZ4HDB3CKR可在不断业务的情况下进行误码监测，检测出的误码脉冲从ERR端输出，其脉宽等于收时钟的一个周期，可用此进行误码计数。可检测出所接收的AIS码，检测周期由外部RAISCCITTRAIS”码个数少于3，则AIS3，AIS具有环回功能四、 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。用信源单元的FS作为示波器的外同步信号，示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可，进行下列观察：示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT判断数字信源单元是否已正常工作10码对应的发光管熄；用开关K1111001（×1110010为7位帧同步码KK3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NRZ3、用示波器观察HDB编译单元的各种波形。3仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。（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-HDB，将信源单3K1K2K31码对应的AMI（K4置于左方AMIHDB（开3K4置于右方HDB端）波形。再将K1K2K300码对应的AMI码和HDB码。观察时3 3应注意AMI、HDB3

码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。编码输出AMI-HDB3

比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。（2）将K1、K2、K3置于011100100000110000100000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。将K1、K2、K3先置左方端再置右方端，CH1NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-RNRZ，观察这些信号波形。观察时应注意：HDB3NRZ（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT（编码输入DET0.5BPF是一个周期基本恒定（周期）的TTL0AMI（或者说要求带通滤波的Q因而越难于实现，而HDB码则不存在这种问题。本实验中若24位信源代码中连零很多时，则难以从3AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号，因此不能完成正确的译码（实验系统的现象可能略有不同。一般将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察译码输出。若24”码，则更不可能从AMI（0）得到正确的位同步信号。五、 实验报告要求1.根据实验观察和纪录回答：不归零码和归零码的特点是什么？”码相对应的AMI码及HDB3

码是否一定相同？为什么？答：不归零码特点：脉冲宽度等于码元宽度＜TsAMI码及HDBAMI3码-1”相间出现，而HDB31码有关。举例：信源代码100001100001000001AMI10000-110000-10000013HDB 10001-11-100-1100010-132.设代码为全1，全0及011100100000110000100000，给出AMI及HDB码的代码和波形。3答：信息代码1111111AMI1-11-11-11HDB3

1-11-11-11信息代码0000000000000AMI 0000000000000HDB3

0001-1001-1001-1信息代码011100100000110000100000AMI01-1100-1000001-10000100000HDB3

01-1100-1000-101-11001-100010总结从HDB3答：HDBHDB3位同步信号整流窄带带通滤波器整形移相3HDB中不含有离散谱f(f)0.5的单极性归零码，3S S其连03，频谱中含有较强的离散谱fS小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。0.50难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB码则不存在此问题。3答：S=0.5TS

时单极性归零码的功率谱密度为：P(f)2fs s

p)|G(f)|2fs

|PG(o)|2(f)f2sm1

|PG(mf)|2(fmf)s s式中fS

1在数值上等于码速率，P为“1”码概率TSSGf为=0.5S

的脉冲信号的富氏变换G(f)

1 sa(f)2f 2fsSG(f

1 1) sa( )

sin121S 2fS

2 2fS

/2 fS P(f)S S

2p22

(ff)SHDB30.53，而将AMI码整流后得到的占空比为0.5同步信号。而HDB3离散谱强度大，于提取位同步信号。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码）同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线AK（NRZ码）BK2ASK、2FSK2DPSK+5V2-12-2（见附录。晶振晶振÷2(A)滤波器CAR放大器2PSK调制2DPSK射随器÷2(B)滤波器CAR/22FSK调制2FSKCARNRZ2ASK码变换2ASK调制BKBSAKKKKK图2-1数字调制方框图本单元有以下测试点及输入输出点：CAR 2DPSKBK 相对码测试点2FSK2ASK

2DPSK>0.5VP-P2FSK/>0.5VP-P2ASK>0.5VP-P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）2（B）滤波器A滤波器B码变换2ASK2FSK2PSK放大器射随器

U8：双D74LS74U9：双D74LS74V6：9013V1：9013U18：双D74LS74；U1974LS86U22：三路二选一模拟开关4053U22：三路二选一模拟开关4053U214051V5：三极管9013V3：三极管901322ASK2.2165MHZ2PSK2DPSK的两个载波，信号的两个载波频率分别1/21/4，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2-22PSK、2DPSK波形图中假设码元宽度等于载波周期的1.52PSK信号的相位与信息代码的关系是2PSK180，相同时2PSK2DPSK时，2DPSK1802DPSK02DPSK2DPSK2-4AK2PSK2DPSK2PSK2PSKAKBK的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK来说是“10不变”关系，对于BKAK到BK0规律。2-400100载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。2DPSK2PSK2DPSK进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPS，此问题将在数字解调实验中再详细介绍。A BK + BK-1 TS

2PSK调制

2DPSK(AK)2PSK(BK)图2-32DPSK调制器2PSK

S(t)=m(t)Cosωct式中m(t)为双极性不归零码BNR01”等概时m(tS(t2PSK2ASK信号的时域表达式与2PSK相同，但m(t)为单极性不归零码NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信号中有载频分量。2FSK（AK与AK2ASK域表达式为m(tNRZ

S(t)m(t)costm(t)cos tc2f-fcsf-fcsfcf+fc sff-fcsfcf+fc s2ASK2PSK（2DPSK）f-fc1sfc1ffc2f+fc2 s2FSK图2-52ASK、2PSK2DPS2FSK信号功率谱设码元宽度为Tf=T2AS2PS2DPS2FSK的功率谱密度如图2-5S S Sm(t2ASK2PSK（2DPS）为线性调制信号。多进制的MASMPSMDPSMFSK似。本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2AS2PS（2DPS2FSK散谱。四、 实验步骤本实验使用数字信源单元及数字调制单元。1K7N（NRZ）端。FSCH1即调制器的输入CH2接数字调制单元的B，信源单元的K、K、K置于任意状态（非全0，观察A、1 2 3BK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。3、示波器CH12DPSK，CH2AKBK2DPSK2DPSK信号相位变化与相对码的关（此关系即是2PSK信号相位变化与信源代码的关系2DPSK确传输。、示波器CH1接AKCH22FSK2ASK；观察这两个信号与AK（2FSK。、用频谱议观察AK、2ASK、2FSK2DPSK（条件不具备时不进行此项观察。五、 实验报告要求1010011010答：绝对码相对码10101，00000，11101100或2010011010答：绝对码相对码00000，00000，01010111或10000，10000，110101112、设信息代码为10011010，假定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。图：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：①绝对码至相对码的变换规律“1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生变化，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。——此为信号差分码。②相对码至绝对码的变换规律相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。5、总结2DPSK2DPSK对码之间的关系（2PSK。答：2DPSK信号的相位变化与绝对码（信息代码）之间的关系是：“102DPSK2DPSK180º”码对应的2DPSK信号的初相与前一码元内2DPSK信号的末相相同。2PSK信号的相位变化与相对码（信息代码）之间的关系是：“异变同不变”，即当前码元与前一码元相异时则当前码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK180º2PSK2PSK化。实验四数字解调一、 实验目的2DPSK2FSK二、 实验内容2DPSK2FSK3．用示波器观察眼图。三、 基本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，要求载波频率的132FSK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。2DPSK2DPSK-IN抽样判决器相乘器MU低通滤波器运放LPFCM-OUTBKAK-OUTCAR-IN比较器抽样器码反变换(a)VCBS-IN2FSK2FSK-IN单稳1抽样判决器整形1相加器FD低通滤波器LPF整形2CM抽样器AK-OUT单稳2 (b)BS-IN图4-1数字解调方框图（a）2DPSK（b）2FSK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模块内部使用+5V、+12V和-12V电压，2FSK模块内部仅使用+5V电压。图4-1为两个解调器的原理方框图，其电原理图如4-2（见附录。2DPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：MULPFVcCMBKBS-IN

相乘器输出信号测试点比较器比较电压测试点解调输出相对码测试点解调输出绝对码的输出点/测试点（3个）位同步信号输入点2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：FDLPFCMBS-IN

2FSK过零检测输出信号测试点低通滤波器输出点/测试点整形输出输出点/测试点位同步信号输入点解调输出信号的输出点/测试点（3个）2DPSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：相乘器运放比较器抽样器

U29：模拟乘法器MC1496R31；C2U30：运算放大器UA741U31：比较器LM710U32:A：双D触发器7474U32:B：双D触发器7474；U33:A：异或门74862FSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件对应关系如下：1相加器低通滤波器2抽样器

U34:A：反相器74HC04U35：单稳态触发器74123U36：或门7432U37：运算放大器LM318；若干电阻、电容U34:B：反相器74HC04U38:A：双D触发器7474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。下面对2DPSK相干解调电路中的一些具体问题加以说明。MU4-324bit24bitBK1”码个数不相等时，相U29的输出信号MU及低通滤波器输出信号LPF2DPSK0Vc=0而相对码BK中“现误码。因为此时LPF0（位同步信号）稍不理想就会造成误码。电位器R用来调节判决电平，当BK中“1”码与“0”码个数差别比较大时出现误码时，可39R使VcLPF（最佳判决门限2DPSK（或差分相39干解调器）不需要调节判决电平。CM为TTL准的单极性非归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。另外，当LPF异或门74LS86U34DPSK4-34-32DPSK2FSK图4-4为2FSK”码载频等于码速率的两倍“0”载频等于码速率。122.5V74HC042.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。整形12FSK