通信原理实验报告
中南大学
《通信原理》实验报告
姓 名 班 级 学 号
课程名称 指导教师
通信原理 董健
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目录
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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、HDB3码的编码规则。
3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。
4、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HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。
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）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。
2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。
3 、用示波器观察HDB
3、AMI译码输出波形
三、实验步骤
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：
（1） 示波器的两个通道探头分别接信源单元的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）；
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（2）用开关K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K
2、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。
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3、用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。 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-HDB3，将信源单元的K
1、K
2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。再将K
1、K
2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察时应注意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。
全1码对应的AMI码
全1码对应的HDB3码
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全0码对应的AMI码
（2）将K
1、K
2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI码
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和HDB3码。
AMI码
HDB3码
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（3）将K
1、K
2、K3置于任意状态，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，观察这些信号波形。
CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的DET
CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET HDB3
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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的BPF
CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的BPF
CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的BS-R
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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的BS-R
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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的NRZ
CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的NRZ
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四、根据实验现象回答
1.根据实验观察和纪录回答：
（1）不归零码和归零码的特点是什么？
不归零码特点：脉冲宽度τ 等于码元宽度Ts 归零码特点：τ ＜Ts （2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？ 与信源代码中的“1”码对应的AMI 码及HDB3 码不一定相同。因信源代码中的 “1”码对应的AMI 码“1”、“-1”相间出现，而HDB3 码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。
举例： 信源代码：
100001100001000001 AMI: 10000-110000-1000001 HDB3：10001-11-100-100010-1 2.总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。 HDB3位同步信号
整流窄带带通滤波器整形移相
HDB3中不含有离散谱fS(fS在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱fS成分，故可 通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。
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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、实验步骤
本实验使用数字信源单元及数字调制单元。
1、熟悉数字调制单元的工作原理。接通电源，打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方N（NRZ）端。
2、用数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1接信源单元的(NRZ-OUT)AK（即调制器的输入），CH2接数字调制单元的BK，信源单元的K
1、K
2、K3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 AK波形
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BK波形
3、示波器CH1接2DPSK，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信号的幅度比较小，要调节示波器的幅度旋钮，而且信号本身幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。
CH1接2DPSK，CH2接AK
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CH1接2DPSK，CH2接BK
4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；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） 示波器CH1接AK、CH2接2FSK
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示波器CH1接AK、CH2接2ASK
四、实验总结
1、设绝对码为全
1、全0或1001 1010，求相对码。
2、设相对码为全
1、全0或1001 1010，求绝对码。
3、设信息代码为1001 1010，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。
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。
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实验三 模拟锁相环与载波同步
一、实验目的
1.掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。
2.掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。
3.了解相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实验内容
1.观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。 2.观察环路的捕捉带和同步带。
3.用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。
三、实验步骤
本实验使用数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。
1.熟悉载波同步单元的工作原理。接好电源线，打开实验箱电源开关。
2.检查要用到的数字信源单元和数字调制单元是否工作正常（用示波器观察信源NRZ-OUT(AK)和调制2DPSK信号有无，两者逻辑关系正确与否）。
3.用示波器观察载波同步模块锁相环的锁定状态、失锁状态，测量环路的同步带、捕捉带。
（1）观察锁定状态与失锁状态
打开电源后用示波器观察ud，若ud为直流，则调节载波同步模块上的可变电容C34，ud随C34减小而减小，随C34增大而增大（为什么？请思考），这说明环路处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT，可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在锁定状态下，向某一方向变化C34，可使ud由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。
接通电源后ud也可能是差拍信号，表示环路已处于失锁状态。失锁时ud的最大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围（对应于环路的同步范围）。环路处于失锁状态时，CAR和CAR-OUT频率不相等。调节C34使ud的差拍频率降低，当频率降低到某一程度时ud会突然变成直流，环路由失锁状态变为锁定状态。
4.观察环路的捕捉过程
先使环路处于失锁定状态，慢慢调节C34，使环路刚刚进入锁定状态后，关闭电源开关，然后再打开电源，用示波器观察ud，可以发现ud由差拍信号变为直流的变化瞬态过程。ud的这种变化表示了环路的捕捉过程。
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5.观察相干载波相位模糊现象
使环路锁定，用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT信号，反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相。
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四、实验总结
1.总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。
答：模拟锁相环锁定的特点：输入信号频率与反馈信号的频率相等，鉴相器输出电压为直流。模拟锁相环失锁的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压 。 2.设K0=18 HZ/V ，根据实验结果计算环路同步带ΔfH及捕捉带ΔfP 。 答：代入指导书“3式”计算得：v112v，则
fH186108Hz；v28v，则fp18472Hz
3.由公式nRCKdKo及6811n计算环路参数ωn和ζ，式中 Kd=6
2(R25R68)C114
-6 V/rad，Ko=2π×18 rad/s.v，R25=2×10，R68=5×10，C11=2.2×10F 。（fn=ωn/2π应远小于码速率，ζ应大于0.5)。
答：nn2186.5fn17.6Hz远小于码速率 ；111rad4362(210510)2.21051032.2106170.5（波特）；1110.6
24.总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。
答：平方运算输出信号中有2fc离散谱，模拟环输出信号频率等于2fc，二分频，滤波后得到干扰波；2电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态 5.设VCO固有振荡频率f0 不变，环路输入信号频率可以改变，试拟订测量环路同步带及捕捉带的步骤。
答：环路处于锁定状态后，慢慢增大C34，使ud增大到锁定状态下的最大值ud1（此值不大于+12V）；
① ud增大到锁定状态下的最大值ud1值为： 4.8 V
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②
继续增大C34，ud变为交流（上宽下窄的周期信号）。 ③ 环路失锁。再反向调节减小C34，ud的频率逐渐变低，不对称程度越来越大。
④ 直至变为直流。记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2；继续减小C34，使ud减小到锁定状态下的最小值ud3；
环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2为：2.4 V ud减小到锁定状态下的最小值ud3为 ：1.6 V ⑤ 再继续减小C34，ud变为交流（下宽上窄的周期信号），环路再次失锁。然后反向增大C34，记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4。环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4的值为：4.4 V
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实验四 数字解调与眼图
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。
二、实验内容
1.用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。
2.用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。 3．用示波器观察眼图。
三、实验步骤
1.复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调单元及2FSK解调单元的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。
2.检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态！
3.2DPSK解调实验
（1）将数字信源单元的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调单元的BS-IN点,以信源单元的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（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调单元的MU。MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-3所示的理论波形。
（2）示波器的CH2接2DPSK解调单元的LPF，可看到LPF与MU同相。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
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（3）示波器的CH1接VC，调节电位器R39，保证VC处在0电平（当BK中“1”与“0”等概时LPF的中值即为0电平），此即为抽样判决器的最佳门限。
（4）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，再观察数字信源单元中AK信号与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间的关系。 BK与 2DPSK 的MU
BK与 2DPSK 的LPF
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BK与 2DPSK 的BK
AK与 2DPSK 的MU
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AK与 2DPSK 的LPF
AK与 2DPSK 的BK
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AK与 2DPSK 的AK-OUT
（6）将数字调制单元单刀双掷开关K7置于右方（M序列）端，此时数字调制器输入的基带信号是伪随机序列（本系统中是M序列）信号。用示波器观察2DPSK解调单元LPF点，即可看到无噪声状态下的眼图。
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4.2FSK解调实验
将数字调制单元单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。将数字信源单元的BS-OUT用信号连线换接到2FSK解调单元的BS-IN点,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4-4所示的理论波形。
AK与 2FSK的 FD
AK与 2FSK的 LPF
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AK与 2FSK的 AK-OUT
四、实验总结
1.设绝对码为1001101，根据实验观察得到的规律，画出如果相干载波频率等于码速率的1.5倍，在CAR-OUT与CAR同相、反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。
当相干载波为-cosωt时，MU、LPF及BK与载波为cosωt时的状态反相，但AK仍不变（第一位与BK的起始电平有关）。2DPSK系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可 使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。
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