通信原理实验指导书-中文

1实验一HDB3实验一、实验目的1.熟悉二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握其工作原理和实现方法。2.通过调测电路，掌握调测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和严格技术指标研制电路的实验方法。二、预习内容1.复习数字信号的基带传输和信道编码原理中的有关章节。2.认真预习本实验内容，熟悉实验步骤。三、实验原理（一）基本原理在数字复用设备中，内部电路多数为一端接地的，输出的信码一般是单极性不归零信码。当这种码在电缆上长距离传输时，为防止引进干扰信号，电缆的两根线都不能接地，就要选择一种适合在线路上传输的码型，通常考虑到以下几点：在选用的码型的频谱中应该没有直流分量，低频分量应尽量少；传输型的频谱中的高频分量要尽量少；码型应便于从再生定时电路从码流中恢复位定时；设备简单，码型变换容易实现；选用的码型应使误码率较低。2根据这些原则，在传输线路上通常采用AMI码和HDB3码。（二）AMI码AMI码是传号交替反转码，它用“0”和“1”码则交替地转换为+1和-1。当码元序列是100100011101时，AMI码就变为：+100-1000+1-1+10-1。这种码型交替出现正，负极脉冲，没有直流分量，低频分量也很少。它的频谱如图1.1所示，AMI码的能量集中于f0/2处（f0为码元速率）。AMI码的译码也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将“-1”翻转为“+1”，恢复成单极性码。但这种码未能解决信码中经常出现的长连“0”的问题。（三）HDB3码HDB3码是AMI码的改进，由于HDB3码能较好的满足传输码型的各项要求，所以常被用于远端接口电路中。如在PCM编码、ADPCM编码等终端机或多种复接设备中，都需要HDB3码型变换电路与之相配合。1.编码编码电路将单极性归零信码变换为HDB3码后送往信道进行传输，原理框图如图1.3所示，各部分功能如下所述：单极性信码进入编码电路后，首先检测有无4连“0”码：没有4连“0”时，信码不作任何改变并通过编码电路；有4连“0”时，在第四个“0”码出现时，将一个“1”码放入信号中，取代第四个“0”码，补放的“1”码称为V码。fpf0/20f03f0/22f0图1.1AMI码的频谱3(1)破坏点形成电路将补放的“1”码变成破坏点方法是在取代节内第二位处再插入一个“1”码，使单/双极性变换电路多翻转一次，后续的V码就会与前面相邻的“1”码极性相同，从而破坏了交替反转的规律，形成了破坏点。(2)取代节选择及补B码电路电路计算两个V码之间的“1”码个数：若为奇数，使用取代节“000V”；若为偶数，则将“000V”中的第一个“0”改为“1”，即使用“B00V”取代节。(3)单/双极性变换电路电路中的除2电路对B码、插入码、V码的码序计数，它的输出控制加入了取代节的信号码流，使其按交替翻转规律分成两路，再由变压器将此两路合成双极性信号。2.译码译码电路用于完成恢复位定时再生码的功能，原理框图如图1.4所示。(1)双/单极性变换电路来自传输线的HDB3码加入本电路，输入端与外线路匹配，经变压器将双极性脉冲分成两路单极性的脉冲。0.51.0归一化功率谱非归零码HDB3AMI0.5fT1.0图1.2HDB3码的频谱4(2)判决电路选用合适的判决电平来去除信码经过信道传输后引入的干扰信号。信码经判决电路后成为半占空比的两路信号，相加后成为一路单极性归“0”信码，送到定时恢复电路和信码再生电路。(3)破坏点检测电路输入+B和-B两个脉冲序列。由HDB3编码规则可知在破坏点处会出现相同极性的脉冲，这时+B和-B是连续出现的，由此可以测出破坏点，本电路在Ｖ脉冲出现的时刻有输出脉冲。(4)去除取代节电路在Ｖ码出现的时刻将信码中的Ｖ码及它前面的第三位码置为“0”，去掉取代节之后，信码输入入HDB3OUT图1.3编码部分原理框图HDB3-IN位定时图1.4译码部分原理框图破坏点形成电路四连“0”检测及补“1”电路取代节选择电路单/双极性变换电路单/双极性变换电路破坏点检测电路位定时恢复电路去除取代节电路判决电路5再将信号整形即可恢复原来的信码。破坏点检测和去除取代节电路共同来完成信码再生的功能。(5)定时恢复电路由随机序列的功率谱可知，在该功率谱中包含连续谱和离散谱。若信号为双极性且两极性波形等概率出现时P＝1-P，G1(f)＝-G2(f)，则在Ps(w)的表达中没有离散谱存在，这对位定时恢复是不利的。所以先将信码先转换成单极信码后，送入位定时恢复电路，用滤波法由信码提取位定时信号，再用于信码再生电路，使两者同步。四、实验内容调试编码电路使其按AMI编码及HDB3编码正常工作。调试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编译码无误的标准。使用示波器根据HDB3的基本原理，根据编译码电路分别测量以下的三部分内容，记录波形、参数。1.时钟部分测量系统的时钟频率（由两个反相器和晶振产生脉冲的二分频）作为下面各个波形的参考。测量原始信码：1000码（TPA）、全1码（+5V）、全0码（地）、伪随机码（TPB）。2.编码部分分别将上述的四种原始信码连接到信码输入（TP1），测量经过编码后的HDB3码，即编码输出（TP12）。3.译码部分分别将上述的四种HDB3码连接到译码输入（TP24），测量HDB3码的译码输出（TP23）。6五、实验报告与思考题1.根据实验方案与内容整理实验报告，绘制上述各个波形，记录时钟频率。2.试比较AMI码和HDB3码的频谱。3.简述HDB3码的编码规则。当信码为1000000001时，试编写HDB3码。7实验二PSK实验一、实验目的1.了解M序列的性能、实现方法及作用。2.理解2PSK系统的组成验证，掌握其调制解调原理。3.了解2PSK系统主要性能指标的测试方法。二、预习内容1.复习有关PSK调制解调的章节。2.认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤。3.了解有关技术指标的测量方法三、实验原理数字通信系统用于完成数字基带信号到数字频带信号之间的变换，数字通信系统的模型如图2.1所示。与模拟通信系统相比，数字调制和解调同样的是通过某种方式，将基带信号的频谱由一个频率位置搬移到另一位置上。不同的是，数字调制的基带信号不是模拟信号而是数字信号。为了模拟实际数字调制系统，移相键控PSK实验的调制基本上都是由数字电路构成。数字电路具有变换速度快、解调方便等优点。为了实验过程中观察方便，系统的载波选为5MHz。8图2.1数字通信系统模型（一）调制1.M序列发生器实际的数字基带信号是随机的。为了实验和测试方便，一般都用M序列发生器产生一个伪随机序列作为数字基带信号源，按照本原多项式f(x)=x5+x3+1组成的五级线性移位寄存器，就可得到31位码长的M序列。码元定时与载波的关系可以是同步的，便于清晰的观察码元变化时对应调制载波的相应变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的，码元速率约为1Mbit/s。2.相对移相移相键控PSK通常分为绝对移相和相对移相两种。常见的2PSK系统的调制部分框图如图2.2所示。以未调载波的相位作为基准的相位调制称为绝对移相。以二进制调相为例，取码元为1时，调制后载波与未调制载波同相；取码元为0时，调制后载波与未调制载波反相；1和0时调制后载波相位差180度。3.绝对移相在同步解调的PSK系统中，由于接收端载波恢复存在相位模糊的问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以致解调后的信码出现0、1倒置：发送为1码，解调后得到0码；发送1码，得到0码。为了克服这种现象，于是提出了相对移相方式。相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位做基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。当某一码元取1时，它信源编码器调制器信道解调器译码器信宿噪声源9的载波相位与前一码元的载波同相；码元取0时，它的载波相位与前一码元的载波反相。图2.22PSK调制部分框图图2.3利用绝对码实现相对移相tS′(t)相对移相tU(t)绝对码11110000U′(t)相对码01011100tPSK异同步步外载波外内M序列发生器差分编码1MHz振荡器2分频10MHz晶振放大器调相10分频10通常的，相对移相可通过对信码进行变换和绝对移相来实现。首先将信码经过差分编码变换成相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相，从而使输出的以调载波相位满足相对移相的相位关系。设绝对码{ai}，相对码{bi}，则二相编码的逻辑为：bi=ai-bi-1差分编码的功能可以由一个模二和电路与一级移位寄存器组成。调相电路可由模拟相乘器实现，也可由数字电路实现。实验中的调相电路是由数字选择器完成，图2.3给出了一个数字序列的相对移相过程。（二）解调2PSK系统的解调部分框图如图2.4所示。对应于差分编码，在解调部分则应用差分译码逻辑。差分译码的逻辑为：Ci=bi+bi-1，代入bi=ai-bi-1后，得Ci=ai-bi-1+bi-1由于bi-1-bi-1=0，所以Ci=ai+0=ai。于是，经差分译码后就恢复了原始的信码序列。绝大多数二相PSK信号都采用对称的移相键控，因而在码元1、0等条件下都是抑制载波的，即在调制信号的频谱中不含载波频谱，这样就无法用窄带滤波器从信号中直接提取参考相位载波。对PSK而言，只要用某种非线性处理的方法去掉相位调制，就能产生与载波有一定关系的分量，恢复出同步解调所需要的参考相位载波，实现对抑制载波的跟踪。本实验采用同相正交环（Costas环）。在这种环路里，误差信号是由两个鉴相器提供的。压控振荡器给出两路相互正交的载波到鉴相器，输入的2PSK信号经鉴相后，再由低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，得到基带信号Ud1、Ud2，这时的基带信号包含着码元信号，无法对压控振荡器进行控制。于是将Ud1、Ud2经过基带模拟器相乘，就可以去掉码元信息，得到相应的输出信号与输入载波间相位差的控制电压。集成电路压控振荡器（IC-VCO）是锁相环的关键部件，它的频率调节和压控灵敏度决定于锁相环的跟踪性能。11图2.42PSK解调部分框图四、实验内容1.M序列发生器测量系统时钟（TP1）的频率，观察并记录（TP1）的波形。验证M序列的主要性质：随机性、预先可确定性和可重复性。以（TP1）为同步信号，观察并记录绝对码（TP2）的波形。2.差分编码验证差分编码的规律：绝对码（用基带信号码元的电平直接表示数字信息，高电平为1，低电平为0）；相对码（也称差分码，用基带信号码元的电平与前一个码元的电平有无变化来表示数字信息，有变化为1，无变化为0）。以（TP1）为同步信号，观察并记录相对码（TP3）的波形。比较（TP2）与（TP3）的波形。3.数字调相电路PSK入Um2UdUdUd2Ud1Um1基带信号M序列鉴相器低通压控振荡器环路滤波器模拟相乘器低通鉴相器再生码差分译码12将K1插至“同步”（即插在左边），以（TP3）为同步信号，观察并记录载波（TP5）的波形；观察并记录数字调相（TP6）的波形。4.译码输出以（TP2）作对比，观察（TP13）解调后的波形。五、实验报告与思考题1.根据实验方案与内容整理实验报告，绘制各个波形，记录时钟频率。2.简述绝对移相和相对移相的区别。3.简述相对码的编码规则。当绝对码为1000110001时，试写出相对码。13实验三FSK实验一、实验目的1.了解单片机在通信中的应用。2.了解大规模集成电路的电路组成及工作原理。3.理解FSK的工作原理。二、预习内容1.复习有关FSK的内容。2.认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤。3.预习有关单片机的原理及应用的相关知识。三、实验原理FSK是数字通信中使用较广的一种方式，CCITT推荐在话音频带内低于1200bit/s数据率时要使用FSK方式。FSK在衰落信道中传输数据也被广泛采用。2FSK信号可视为两个2ASK信号之和。2FSK信号的常用解调方法是非相干解调和相干解调法。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号，分别进行解调，通过对上