通信原理实验指导手册.docx
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通信原理实验指导手册.docx
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通信原理实验指导手册
目录
实验一数字基带信号及传输2
实验二HDB3编、译码实验10
实验三时域均衡器实验22
实验四2FSK调制与解调37
实验五2PSK、2DPSK调制与解调49
实验六PCM基带通话系统设计55
实验一数字基带信号及传输
一、实验目的:
1.了解单极性码、双极性码、归零码、非归零码等基带信号的产生原理及其波形的特点。
2.掌握AMI码、HDB3码、双相码的编码规则。
3.掌握插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。
4.学会设计简单的时分多路信号传输系统。
二、实验内容:
1.用示波器观察单极性非归零码(NRZ),传号交替反转码(AMI),三阶高密度双极性码(HDB3)。
2.改变码序列,比较其单极性码,AMI码,HDB3码波形,并验证是否符合其编码规则。
3.观察HDB3编码中的四连零检测、补V、加B补奇、单/双极性变换的波形,并验证是否符合编码规则。
4.观察并比较单、双极性码(非归零、归零)、时钟信号、时序信号及双相码的波形和相位特点。
5.分析电路,设计实验方案,产生100%占空比的AMI码,比较100%占空比AMI码与50%占空比AMI码的功率谱。
(选作)
6.分析电路,设计实验方案,产生不同码速率的信息。
(选作)
7.尝试用信源电路的组合,产生其它码型。
(选作)
三、预习要求:
1.复习教材中有关基带信号及时分复用的内容。
2.认真预习本实验指导书的工作原理和实验内容。
3.熟悉有关器件的功能及其应用方法以及两模块框图的信号流程和设计原理。
4.对于选作实验,自行设计实验方案及测试步骤。
四、实验仪器:
1、两路3A直流稳压电源一台
2、双踪示波器一台
3、频率计一台
4、数字信源模块一块
5、HDB3编译码模块一块
6、频谱仪一台(选做)
U9U3AT12U3BT14U5P9256kHZU6U11F
双四选择开关
U14
U7A帧同步信号
U10AU10BU10CU10DU13Q0U7C
Q1U13U11B~DQ2U7B
外码外码外码外码Y3U12A
Y1Y2
U15U16U17U18Y0双极性非归零码
单极性非归零码
U14256KHZ时钟
双极性归零码
单极性归零码
U19A~C
U21U22U23U24双相码
U25U2020AMI码
图1-1数字信源原理框图
五、基本原理:
本实验使用数字信源模块。
原理框图如图1-1所示。
本模块产生的时钟频率为256kHZ。
信码速率为256kBit/S.帧结构如图1-2所示。
帧长为32位,首位为任意码位。
第2位~第8
帧同步码数据1 数据2数据3
x
1
1
1
0
0
1
0
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
图1帧结构
位是帧同步码(7位巴克码为1110010),另外24位为3路数据码,每路为8位。
(1)分频器
本模块由U9为主的晶体振荡电路产生4096kHZ方波信号,然后经U3A二分频后产生2048kHZ方波信号。
再经二分频后,得到期1024kHZ方波信号(T14)。
再经(4位二进制计数器)产生256kHZ时钟信号(T9)。
(2)八选一电路
本模块中的U15、U16、U17、U17由8选1数据选择器74LS151组成。
其功能表如表1-1所示。
(A0~A2)按二进制译码,从8个数据(D0~D7)中选取1个所需的数据。
只有在选通端为低电平时才可选择数据。
D0~D7中的“1”或“0”可由U21、U22、U23、U24四路八位选择开关人工置定。
A0~A7数据分别由U分频出Q2(128kHz)、Q1(64kHZ)、Q0(32kHZ)方波信号。
表18选1数据选择器功能表
输入
输出
A2
A1
A0
Y
X
L
L
L
L
H
H
H
H
X
L
L
H
H
L
L
H
H
X
L
H
L
H
L
H
L
H
H
L
L
L
L
L
L
L
L
L
D
D
D
D
D
D
D
D
H
D
D
D
D
D
D
D
D
(A0~A2为选择输入端;D0~D7为数据输入端;
为选通输入端,
为反码数据输出端;Y为数据输出端。
)
(3)四路八位码的合路
该合路器由U10A、U10B、U10C、U10D以及U12A组成。
其中U10A~B为可控模拟开关。
U12A为2/4译码器。
U13为4位二进制计数器。
由U6分频出的32kHZ方波信号经U13的二、四分频分别得到16kHZ、8kHZ方波信号,送U12A的2/4译码器。
其功能表如表1-2所示。
表22/4译码器功能表
输入
输出
G
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
H
L
L
L
L
X
X
L
L
H
H
X
X
L
H
L
H
X
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
(Y0~Y3脉宽为八位码的宽度,并称之为时序脉冲。
)
由Y0、Y1、Y2、Y3经倒相后,依次控制模拟开关U10A、U10B、U10C、U10D使之依次开关。
这样就依次选通第1、2、3、4路码,并合路成一路串行码。
(4)帧同步信号
本模块产生的合路信码流以32位为1帧,且为分路器能直接提供帧同步头。
本模块帧同步信号产生方法如图3所示。
①256kHZ
②128kHZ
③64kHZ
④32kHZ
⑤16kHZ
⑥8kHZ
⑦=①+②+③+④+⑤+⑥
⑧帧同步信号
图3帧同步信号波形的产生方法
由256kHZ时钟信号经2、4、8、16、32分频后与256kHZ相或后,即得到反相帧同步信号,再倒相后,得到正相帧同步信号。
(5)单、双极性非归零码的产生
该部分电路由U8三路二选一模拟开关组成。
其功能表如表1-3所示。
表1-3三2选1模拟开关功能表
输入
输出
输入
输出
输入
输出
INH
A
X
B
Y
C
Z
L
L
H
L
H
╳
X0 X
X1 X
无
L
H
╳
Y0 Y
Y1 Y
无
L
H
╳
Z0 Z
Z1 Z
无
其中,A为256kHZ时钟信号;B=C为合路信号;X0=0,X1=+1;Y0=0,Y1=+1;Z0=-1,Z1=+1。
X为时钟信号输出,Y为单极性非归零码信号输出,Z为双极性非归零码信号输出。
产生的波形举例如图1-4所示。
A
X
B=C
Y
Z
图4单、双极性非归零码波形的产生方法
(6)单、双极性归零码产生
该部分电路由U14双4选1模拟开关组成。
其功能表如表1-4所示。
表1-4双4选1模拟开关功能表
输入
导通通道
INH
B
A
L
L
L
L
H
L
L
H
H
X
L
H
L
H
X
X0 X,Y0 Y
X1 X,Y1 Y
X2 X,Y2 Y
X3 X,Y3 Y
无
该模块中选X0=0,X1=-1,X2=0,X3=+1;Y0=Y1=Y2=0,
Y3=+1; INH=0。
B为合路码,A为256kHZ时钟信号。
产生的波形举例如图1-5所示。
A
B
Y
X
图5单、双极性归零码波形
(7)双相码(Manchester码)
编码规则:
它是对每个二进制代码分别利用两个具有2个不同相位的二进制码去取代的码。
编码规则如下:
001(零相位的一个周期的方波)
110(Π相位的一个周期的方波)
例如:
代码110010
双相码101001011001
该模块中的双相码产生电路由256时钟信号和合路码信号经异或门电路来完成。
(8)AMI码
编码规则:
代码的“0”仍变换为传输码的“0”,而把代码中的“1”交替地变换为传输码+1,-1+1,-1。
例如:
消息码:
0111001010001010
AMI码:
0+1—1+100+10-1000+10+10
AMI产生电路由U25A的D触发器与U20的4选1模拟开关组成。
U14的功能表类如表1-4所示,但表中X0=0,X1=-1,X2=0,X3=+1。
D触发器的功能是输入端(A:
单极性归零码)每来一个“1”脉冲,其输出状态(B)发生一次翻转。
该输出信号与A信号按表1-4功能表,控制U20,输出AMI码信号。
AMI信号波形产生方法举例如图1-6所示。
01110010
A
B
X
图6AMI码波形产生方法
六、基本实验参考实验步骤:
1.熟悉信源模块的工作原理。
2.调整直流电源输出分别为+12V,-12V。
3.用示波器观察数字信源模块上的各种波形。
(1)接通电源
用示波器观察两个通道探头分别接P10的256kHZ时钟和T20的单极性归零码并观察其波形。
(2)用U21产生X1110010(X为任意码,1110010为7位帧同步码)、U22、U23、U24产生任意信息代码,并观察本实验中集中插入帧同步码时分复用信号帧结构以及NRZ码的特点。
(3)用示波器观察P19~P21,P22,P23各点的波形。
(4)用示波器观察AMI码与单极性归零码的关系。
(5)观察T1、T2、T3、T4四路时序信号的相位关系。
(6)观察单极性非归零码与双相码的波形关系。
七、实验报告要求:
1.根据实验观察和记录各点波形(用座标纸绘),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?
3.什么是时序信号,比较各时序信号的相位关系,并分析时序信号在信号合路时的作用。
实验二HDB3编、译码实验
一、实验目的:
1.加深对HDB3编、译码的工作原理的理解。
2.了解HDB3编码与译码器的电路组成及工作过程。
3.了解HDB3码信号中提取位同步信号(时钟)的方法。
二、实验内容:
1.观察HDB3编码器中的四连零检测、补V、加B补奇、单/双极性变换以及HDB3码的波形,并验证是否符合编码规则。
2.观察HDB3译码器中的双/单极性变换、V码检测及扣V扣B后的译码波形以及时钟提取电路输出的位同步信号波形。
3.手动加入误码时,观察解码输入和检错显示。
4.当输入信码为外加伪随机信码时,设计实验方案观察输入信码和HDB3码的功率频谱。
(选做)
5.设计实验方案,观察与比较100%占空比HDB3码与50%占空比HDB3码的功率谱。
(选做)
三、预习及预习报告要求:
1.预习本实验的工作原理和实验内容。
2.对于选作实验,自行设计实验方案及测试步骤。
四、实验仪器:
1、两路3A直流稳压电源一台
2、双踪示波器一台
3、频率计一台
4、数字调制模块一块
5、数字解调模块一块
6、频谱仪一台(选做)
HDB3编码器电路原理框
HDB3参考电路图
(信号源设置为1111-0000;1.译码无输出观察T17,调整W25和W26电阻)
(2.加B输出错误,可尝试更换U374LS04)
五、实验原理:
本实验使用数字信源模块和HDB3编、译码模块。
(关于信源模块,在前面的实验一中业已介绍,在此略述。
)
1.HDB3编码
1.1HDB3编码规则
(1)首先检查信息码元中连‘0’串情况。
当出现4个或4个以上连‘0’串时,则以“码型取代节”“000V”或者“B00V”去代替“0000”。
当相邻‘V’脉冲间‘1’码的个数为奇数时,则用“000V”取代,当相邻‘V’脉冲间‘1’码的个数为偶数时,则用“B00V”取代。
(2)符号‘1’与符号‘B’都用‘+’、‘-’符号交替表示,这时,我们可以看到:
加‘B’符号的作用就是使相邻V符号之间有奇数个非0符号(即‘+’、‘-’符号),保证了相邻的‘V’码的极性交替变化,而且其它码(‘1’码、‘B’码)的极性也是交替变化的,这样就消除了直流成分;否则当有偶数个非0符号时,则不能保证没有直流成分。
而且取代码在整个码流中不符合极性交替原则,可以容易的进行识别。
例如:
代码:
1000010000100001100001......
加取代节后:
1000V1000V1000V11B00V1......
HDB3码:
+000+-000-+000+-+-000-1......
1.2HDB3编码的特点
(1)相邻的‘V’码的极性交替变化,而且其它码(‘1’码、‘B’码)的极性也是交替变化的,这样就消除了直流成分。
低频分量也较少,可以通过线路中的变压器等器件。
(2)出现4个或4个以上连‘0’串时,则以“码型取代节”“000V”或者“B00V”去代替“0000”。
这样,码流中就不会出现四连‘0’以上的现象,便于定时再生电路从码流中恢复定时。
AMI码则可能出现长连‘0’,时钟恢复就比较困难。
(3)实验中采用了占空比50%的的HDB3码,这种码型的频谱在时钟频率点有离散的谱线,可以采用直接滤波法滤出时钟分量,经过放大,滤波,整形就可以恢复出时钟信号,经过锁相环路处理,可以得到更稳定的时钟信号;而占空比100%的HDB3码在时钟频率点无离散的谱线,需要经过非线性处理才能提取时钟分量。
图1100%占空比HDB3与50%HDB3波形
1.3 HDB3编码器电路
(1)四连0检测电路及补V电路
主要由U1(四D触发器),U7A、U7B(与非门)、U3C(非门)组成。
当串行码经U1进行四位移位后,实现串/并变换。
若出现四个连0时,U7A输出为“1”,使连0串的第4个0变为“1”,完成补V功能;若无四连0时,U7A输出与原码相同,即不补V。
经四连0检测及补V电路的码流,经U1中的D触发器,送给后续电路。
图2四连0检测电路及补V电路
(2)加B补奇电路
该电路主要由U8A、U8B及U11A组成。
补V后的码流送入由U11A组成的计数器。
U8A是相当于由与非门组成的开关, 当无补V脉冲时,U8A不对码流产生影响。
当有补V脉冲时,若U11A的计数个数为偶数时,U8A(与非门)因补V脉冲与计数器输出脉冲的共同作用,使U8A输出状态发生翻转,关闭U8B,使之输出为“1”,即在原码中的四连0中的第1个“0”处,使“0”变为“1”。
若计数个数为奇数时,U8A因补V脉冲与计数脉冲的共同作用,使之不发生翻转而打开了U8B,不影响原码流状态。
以上过程可归纳为:
两V码之间为奇数个“1”时,不加B。
两V码之间为偶数个“1”时,加B。
图3加B补奇电路及V码极性形成电路
(3)V码极性形成电路
该功能电路由U1D(D触发器)与U8D(与非门)组成。
其功能是使加入的V脉冲的极性与连0码前最接近的“1”码的极性相同。
(4)双极性码形成电路
由U11B、U14A、U14B、U15A、U15B、U16组成。
其中U11B为由JK触发器组成的计数器,并有正、反相输出,且与信码及时钟共同送入与门U14A和U14B,变成两路+B和-B单极性信号,去控制U16的双四选一模拟开关,使单极性码变为双极性的HDB3码。
图4双极性码形成电路及误码插入电路
2、HDB3译码器
2.1译码原理:
根据编码规则,破坏点V脉冲与前一个脉冲同极性。
因而可从所接收的信码中找到V码。
然后,根据加取代节的原则V码和前面的三位代码必然为取代码,在译码时,须全部复原为四连0。
只要找到V码,不管V码前是二个“0码”还是三个:
“0码”,一律把整个取代节清零,完成了扣V扣B功能,进而得到原二元信码序列。
(1)双/单极性变换电路
由正整流D1、负整流D2、及整形电路组成。
正整流电路从HDB3码中取出正极性码(+B);负整流电路从HDB3码中取出负极性码(-B);整形电路使整流后的脉冲变得规整并为TTL电平。
(2)V码检测电路
由+V检测电路(U4D、U12A、U17B)和-V码检测电路(U4E、U12B、U17D)以及相加器(U5A~D、U17C)组成。
+V码检测电路从+B码流中取出+V码(T12);-V码检测电路从-B码流中取出-V码(T14)相加器把+V和-V码相加后得到V码(T11)
(3)扣V扣B电路
该功能电路由U2的四D触发器组成的移存器完成。
相加器U18A、U4D~F把+B码与-B码合成B码。
B码流送入扣V扣B电路。
在时钟信号的作用下进行移位。
V码信号送入U2(称存器)的清零端。
当出现V码脉冲时,V脉冲使四位移存器清零,亦即把移存器中前已进入的三位代码以及V脉冲本身全部变为0码,达到扣V扣B的目的。
(4)误码检测电路和误码计数电路
该电路只能对HDB3编码规则错误进行检测。
电路由+V误码检测(U5E、U13A、U18B)和-V误码检测(U5F、U13B、U8C)和相加器(U18D、U6A~C)组成。
据编码规则,HDB3码流中,相邻两V码必须极性交替。
+V误码检测电路检测+B码流中的两相邻V码间是否对应有一个-V码(在-B码流中),若无-V码,则表示破坏了V码极性交替规则。
同样道理,-V误码检测电路检测-B码流中是否存在V码极性错误情况。
从两路信号(+V和-V)中检测的错误V码相加后,送入误码计数器并加以显示。
(误码计数器电路由U24和U25组成)
(5)时钟(位同步)信号提取电路
电路由U19、U20、U21、U32、U36、U37等组成,其中含有二阶有源带通滤波器和锁相电路(U36)和延时电路(U37)。
该电路提取的时钟信号的频率为256kHZ,并送入U2(移存器)中。
图5HDB3译码电路
六、基本实验参考实验步骤:
1.熟悉HDB3编、译模块的工作原理。
2.调整直流电源输出分别为+12V、-12V。
3.用示波器观察HDB3模块上的各种波形。
3.1使信源模块中T19(时钟)和T20(单极性信码)分别接入HDB3编、译码模块的(P3)T2和(P2)T1上。
3.2用示波器观察编码器波形
a.将信源的四路信码置全“0”码,观察补V(T10)、加B(T23)、+B(T5)、-B(T7)和HDB3(P1)波形,P2(单极性码入)波形。
b.将信源的四路码置全“1”码,重复步骤3.1。
c.将四路码置为11110010100010000100001100001010,重复步骤步骤3.1。
3.3用示波器观察译码器的波形
a.将P1(HDB3码出)接入P8(HDB3码入)。
信源的四路码维
持不变,观察P20(+B)、T6(-B)、T12(+V)、T14(-V)T13(B)、T11(V)以及P4(时钟输出)、P5(译码输出)的波形。
b.插入误码时观察误码显示情况。
七、实验报告要求:
1.根据实验观察和记录各点波形(用座标纸绘),要求绘出32位码的完整波形,并分析波形与理论上的是否相符。
2.若把对应的AMI码送入HDB3译码中会出现什么现象?
并说明道理。
3.本实验的误码检测电路只能检测哪类误码差错,为什么?
4.对本实验有何体会,有何改进意见?
实验三时域均衡器实验
一、实验目的
1、理解时域均衡系统的工作原理、特点及其主要作用。
2、学会按给定的准则调整和观测均衡器的方法。
3、了解码元信号再生与同步时钟提取的原理与方法。
二、实验内容
1.在数字基带信号为10101010101010101010101010101010条件下,按“迫零调整准则”,手动调整各变系数抽头增益获得最佳均衡效果。
2.在数字基带信号为任意信码时,按“眼图最大准则”,手动调整各抽头增益,获得最佳均衡效果。
3.改变仿真信道特性(波形畸变)后,重复以上内容。
(选做)
4.设计实验方案,观察在不同信道特性(波形畸变)程度的码间窜扰情况,组合出抽头数量不同的横向滤波器进行信道均衡。
(选做)
5.设计实验方案,模拟预置式均衡器的调整过程。
(选做)
6.观测码元再生和同步提取电路的中间信号和输出结果。
(选做)
三、预习要求
1、复习教材中有关均衡器原理内容
2、认真预习本实验指导书的工作原理和实验内容,
3、熟悉有关器件的功能及其用法,熟悉该实验模块框图,信号流程和设计原理.
4、对于选作实验,自行设计实验方案及测试步骤。
四、实验仪器与设备
1.双路稳压电源一台
2.双踪示波器一台
3.时域均衡器模块一块
4.数
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