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1、实 验 报 告课程名称通信原理实验项目名称 数字基带信号实验、数字调制解调实验实验类型 硬件实验实验学时4学时班级电子信息工程4班学号 姓名 指导教师张晓林实验室名称21B361实验室实验时间 2017.5.25 实验成绩实验原理(1分)实验步骤(2分)实验结果(2分)总成绩教师签字日期 哈尔滨工程大学教务处 制 实验一、 数字基带信号实验一、 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、HDB2的编码规则 3、了解HDB3(AMI)编译码集成电路CD22103.二、 实验仪器双踪示波器、通信原理VI实验箱一台、M6信源模块三、 实验内容 1、用示
2、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HDB3、AMI译码输出波形。四、 基本原理1、单极性码、双极性码、归零码、不归零码 对于传输数字信号来说,最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字,即数字信号由矩形脉冲组成。 a)单极性不归零码,无电压表示0,恒定正电压表示”1”,每个码元时间的中间点是采样时间,判决门限为半幅电平。 b)双极性不归零码,”1码和0码都有电流,”1为正电流,”0”为负电流,
3、正和负的幅度相等,判决门限为零电平。 c)单极性归零码,当发”1码时,发出正电流,但持续时间短于一个码元的时间宽度,即发出一个窄脉冲;当发0码时,仍然不发送电流。 d)双极性归零码,其中1码发正的窄脉冲,”0码发负的窄脉冲,两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度,取样时间是对准脉冲的中心。归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点:不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始,需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步;归零码的脉冲较窄,根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系,因而归零码在信道上占用的频带较宽。 单极性码会积累直流分量,这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境
4、之间提供良好绝缘的交流耦合,直流分量还会损坏连接点的表面电镀层;双极性码的直流分量大大减少,这对数据传输是很有利的2、AMI、HDB3码特点(1)AMI码 我们用“0”和“1”代表传号和空号。AMI码的编码规则是“0”码不变,“1”码则交替地转换为1和1。当码序列是100100011101时,AMI码就变为:100100011101.这种码型交替出现正、负极脉冲,所以没直流分量,低频分量也很少,它的频谱如图5-1所示,AMI码的能量集中于f0/2处(f0为码速率)。 信息代码:1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码: +1 0 01+1 0 0 0-1+11 由于AMI码的传号交
5、替反转,故由于它决定的基带信号将出现正负脉冲交替,而0电位保持不变的规律。这种基带信号无直流成分,且只有很小的低频成分,因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。 除了上述特点以外,AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点,它是以种基本的线路码,在高密度信息流得数据传输中,得到广泛采用。但是,AMI码有一个重要缺点,即当它用来获取定时信息时,由于它可能出现长的连0串,因而会造成提取定时信号的困难。 (2)HDB3码 HDB3码是对AMI码的一种改进码,它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下:用B脉冲来保证任意两个相连取代节的V脉冲间“1的个数为奇数.当相邻V脉冲间“1”
6、码数为奇数时,则用“000V”取代,为偶数个时就用“B00V”取代。在V脉冲后面的“1”码和B码都依V脉冲的极性而正负交替改变。为了讨论方便,我们不管“0”码,而把相邻的信码“1和取代节中的B码用B1B2 .。.Bn表示,Bn后面为V,选取“000V”或“B00V”来满足Bn的n为奇数.当信码中的“1”码依次出现的序列为VB1B2B3.BnVB1时,HDB3码为。.或为.。.由此看出,V脉冲是可以辩认的,这是因为Bn和其后出现的V有相同的极性,破坏了相邻码交替变号原则,我们称V脉冲为破坏点,必要时加取代节BOOV,保证n永远为奇数,使相邻两个V码的极性作交替变化。由此可见,在HDB3码中。相邻
7、两个V码之间或是其余的“1”码之间都符合交替变号原则,而取代码在整修码流中不符合交替变号原则。经过这样的变换,既消除了直流成分,又避免了长连“0”时位定时不易恢复的情况,同时也提供了取代信息。图5-2给出了HDB3码的频谱,此码符合前述的对频谱的要求。 例如: 代码: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1 AMI码: 1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码:-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V 1 +1 B00 V +1 -1 HDB3码的特点是明显的,它除了保持AMI码的优点外,还增加了使连0串减少到至多3
8、个的优点,而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。五、 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、接通数字信号源模块电源.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);(2)用开关K1产生代 码X 1110010 (X为任意代码
9、,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,和 NRZ码特点。3、关闭数字信号源模块电源,按下表连线,打开数字信号源模块和AMI(HDB3)编译码模块电源。用示波器观察AMI(HDB3)编译单元的各种波形。源端口目的端口1。数字信源单元NRZOUTAMI(HDB3)编译单元NRZIN2。数字信源单元BSOUTAMI(HDB3)编译单元BSIN(1)示波器的两个探头CH1和CH2分接信源单元的NRZOUT 和HDB3单元的(AMI)HDB3,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K
10、1、K2、K3置为全0,观察全0码对应AMI码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AMI、HDB3码是占空比于0.5的双极性归零码。编码输出HDB3 (AMI)比输入NRZ-OUT延迟了 4个码元。(2)将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态,观察并记录对应的 AMI 码和HDB3码。(3)将K1、K2、K3置于任意状态,K4先置A (AMI)端再置H (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.
11、观察时应注意:HDB3单元的NRZ信号(译码输出)滞后于信源模块的NRZOUT 信号(编码输入)8个码元。DET是占空比等于0.5的单极性归零码。BPF信号 是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号,BSR是一个周期基本恒定(等于一个码 元周期)的TTL电平信号。信源代码连0个数越多,越难于从AMI码中提取位同 步信号(或者说要求带通滤波的 Q值越高,因而越难于实现),而HDB3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AMI码中得到一 个符合要求的位同步信号,因此不能完成正确的译码(由于分离参数的影响,各 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码的状态贯彻信
12、号输出。 若24位信源代码全为“ 0”码,则更不可能从AMI信号(亦是全0信号)得到正确的位同步信号。六、 实验结果观察到单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形符合其特点,验证了基本原理观察AMI、HDB3码波形可知代码全1时:1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1AMI码为: +1 1 +1 1 +1 1 +1 1 +1 1 +1 -1 +1 1 +1 1HDB3码为: +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 1 +1 1代码全0时:0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0AMI码为: 0 0 0
13、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0HDB3码为: 0 0 0 +V -B 0 0 -V +B 0 0 +V B 0 0 V代码为: 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0AMI码为: 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0HDB3码为: 0 0 0 +V 1 +1 B 0 0 V +1 0 0 0 +V 0实验结果分析:示波器显示HDB3码,可见对应每一符号都有零电位的间隙产生观察得到各种NRZ码,即单极性非归零码示波器观测得到的延时8个码元的波形验证了单极性码、双极性码、归零码、不归零码、AMI、HDB3等基带信号特点七、 思
14、考题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?(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?答:(1)不归零码的0电平和1电平宽度相等,归零码的0电平和1电平的宽度不相等,而且1电平的宽度小于0电平的宽度,即不归零码的占空比等于0.5而归零码的占空比小于0.5。 (2)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 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 1 0 0 1 1 0