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1、一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤,十五、码型变换实验,一、实验目的,1、了解几种常用的数字基带信号。 2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3、掌握用CPLD实现码型变换的方法。,二、实验内容,1、观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。 2、观察全0码或全1码时各码型的波形。 3、观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。 4、观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的 输出波形。 5、自行设计码型变换电路,下载并观察波形。,十五、码型变换实验,1、信号源模块 2、码型变换模块 3、
2、模块7 4、20M 双踪示波器 一台 5、连接线 若干,三、实验仪器,十五、码型变换实验,(一)基本原理 在数字通信中,有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如,在市区内利用电传机直接进行电报通信,或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统,我们称它为基带传输系统,它的基本结构如图13-1所示。,四、实验原理,十五、码型变换实验,图15-1 基带传输系统的基本结构,该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号,信道可以是允许基带信号通过的媒质(例如能够
3、通过从直流至高频的有线线路等);接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰;抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。 基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中,并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如,含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输,因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如,一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号,而收定时信号又依赖于代码的码型,如果代码出现长时间的连“0”符号,则基带信号可能会长时间出现0电位,而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来,对传输用的基带信号的主要要
4、求有两点:(1)对各种代码的要求,期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型;(2)对所选码型的电波形要求,期望电波形适宜于在信道中传输。,四、实验原理,十五、码型变换实验,(二)编码规则 1、NRZ码 NRZ码的全称是单极性不归零码,在这种二元码中用高电平和低电 平(这里为零电平)分别表示二进制信息“1”和“0”,在整个码元 期间电平保持不变。例如:,四、实验原理,十五、码型变换实验,2、RZ码 RZ码的全称是单极性归零码,与NRZ码不同的是,发送“1”时在整个 码元期间高电平只持续一段时间,在码元的其余时间内则返回到零电 平。例如:,四、实验原理,十五、码型变换实验,3、AMI码 AMI码
5、的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号)和1(传号)按如下方式进行编码的码: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的+1,-1,+1,-1,。例如: 信息代码:1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI码: +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1 由于AMI码的传号交替反转,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
6、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。,四、实验原理,十五、码型变换实验,4、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:先检察消息代码(二进制)的连0情况,当没有4个或4个以上连0串时,按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码;当出现4个或4个以上连0串时,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一非0符号(+1或-1)同极性的符号,用V表示(即+1记为+V,-1记为-V),为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性,还必须保证相邻
7、V符号也应极性交替。当两个相邻V符号之间有奇数个非0符号时,用取代节“000V”取代4连0信息码;当两个相邻V符号间有奇数个非0符号时,用取代节“B00V”取代4连0信息码。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 +1 HDB3码:-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 0 -1 +1,四、实验原理,十五、码型变换实验,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个的优点,而不管信息源的统计特性如何。
8、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。 5、CMI码 CMI码是传号反转码的简称,其编码规则为:“1”码交替用“11”和“00”表示;“0”码用“01”表示。例如: 代码: 1 1 0 1 0 0 1 CMI码: 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 这种码型有较多的电平跃变,因此含有丰富的定时信息。该码已被CCITT推荐为PCM(脉冲编码调制)四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。,四、实验原理,十五、码型变换实验,6、BPH码 BPH码的全称是数字双相码(Digital Biphase),又称Manchester码
9、,即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码,编码规则之一是: 001(零相位的一个周期的方波) 110(相位的一个周期的方波) 例如: 代码: 1 1 0 0 1 0 1 双相码: 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 双相码的特点是只使用两个电平,这种码既能提供足够的定时分量,又无直流漂移,编码过程简单。但这种码的带宽要宽些,四、实验原理,十五、码型变换实验,(三)电路原理 将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U1(EPM7064)进行变换,可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号(因为CPLD的IO口不能直
10、接接负电平,所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出,再通过外加电路合成双极性码),如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2(CD4051)的选通控制端,控制模拟开关轮流选通正、负电平,从而得到完整的HDB3码。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号,再送入CPLD进行解码,得到NRZ码。其他双极性码的编、解码过程相同。 编码波形如图15-2所示,四、实验原理,十五、码型变换实验,五、实验框图,十五、码型变换实验,基带传输系统的基本结构,六、实验步骤,十五、码型变换实验,1、CMI,RZ,BPH码编解码电路观测 将信号源模块和模块6、7固定在主机
11、箱上,将塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为CMI码,即“00100000”。 信号源模块上S4、S5都拨到“1100”,S1、S2、S3分别设为“01110010”,“01010101”,“00110011”。 将模块7上的拨码开关S2拨为“0111”。,六、实验步骤,十五、码型变换实验,对照下表完成实验连线:点击 查看,* 检查连线是否正确,检查无误后打开电源,六、实验步骤,十五、码型变换实验,以 “NRZIN”为内触发源,用双踪示波器观测编码输出“DOUT1”测试点的波形。 以 “NRZIN”为内触发源,用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形
12、,观察解码波形与初始信号是否一致。 拨码开关S1选择码型为RZ码(00010000)、BPH码(00001000)重复上述步骤。 实验结束关闭电源。 2、AMI,HDB3码编解码电路观测 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为AMI码,即“01000000”。 将信号源S4、S5拨到“1100”,S1、S2、S3分别设为“01110010”,“00011000”,“01000011”。模块7上S2拨为“1000”,六、实验步骤,十五、码型变换实验,对照下表完成实验连线:点击 查看,* 检查连线是否正确,检查无误后打开电源,六、实验步骤,十五、码型变换实验,以 “NRZIN”为内触发源,分别用双踪
13、示波器观测“DOUT1”,“DOUT2”,“HDB3/AMI-OUT”三点的波形。 以“NRZIN”为内触发源,用双踪示波器观测“OUT-A”,“OUT-B”,“NRZ-OUT”三点的波形,观察解码波形与初始信号是否一致。 通过拨码开关S1选择码型为HDB3码(10000000),重复上述步骤。 实验结束关闭电源。 3、将信号源模块上的拨码开关S1,S2,S3全部拨为0或者全部拨为1,重复步骤1、2,观察各码型编解码输出。 4、按通信原理教材中阐述的编码原理自行设计其它码型变换电路,下载并观察各点波形。(选做) 5、实验结束关闭电源,拆除连线,整理实验数据及波形完成实验报告。,十五、码型变换实
14、验,触发按钮 看连线,1、拨码开关S5拨为“1100”,2、S1S2S3分别拨为01110010、01010101、00110011,基带传输信号输入,位同步信号输入,基带传输译码输入,5、用示波器观察NRZ-OUT处的波形,与NRZIN比较,4、拨码开关S1拨为“00100000”,6、将拨码开关S1分别拨为“00010000”、“00001000”重复以上实验(结束),返回,波形,位同步提取输入,译码位同步输入,3、拨码开关S2拨为“0111”,十五、码型变换实验,触发按钮 看连线,1、拨码开关S5拨为“1100”,2、S1S2S3分别拨为01110010、0001000、01000011
15、,3、拨码开关S1拨为“01000000”,基带传输信号输入,编码时钟输入,电平变换输入A,电平变换输入B,译码输入A,译码输入B,电平反变换输入,提供译码位同步,4、用示波器观察NRZ-OUT处的波形,与NRZIN比较,5、将拨码开关S1拨为“10000000”重复以上实验(结束),返回,波形,滤波法位同步提取输入,十五、码型变换实验,十五、码型变换实验,一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验步骤,十六、眼图观测实验,一、实验目的,1、了解眼图与信噪比、码间干扰之间的关系及其实际意义; 2、掌握眼图观测的方法并记录研究。,二、实验内容,十六、眼图观测实验,1、观测眼
16、图并记录分析。,三、实验器材,1、信号源模块 2、模块 3、模块 4、20M双踪示波器 一台,十六、眼图观测实验,四、实验原理,一个实际的基带传输系统,尽管经过了十分精心的设计,但要使其传输特性完全符合理想情况是困难的,甚至是不可能的。因此,码间干扰也就不可能完全避免。码间干扰问题与发送滤波器特性、信道特性、接收滤波器特性等因素有关,因而计算由于这些因素所引起的误码率就非常困难,尤其在信道特性不能完全确知的情况下,甚至得不到一种合适的定量分析方法。在码间干扰和噪声同时存在的情况下,系统性能的定量分析,就是想得到一个近似的结果都是非常繁杂的。 下面我们介绍能够利用实验手段方便的估计系统性能的一种
17、方法。这种方法的具体做法是:用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端,然后调整示波器水平扫描周期,使其与接收码元的周期同步。这时就可以从示波器显示的图形上,观察出码间干扰和噪声的影响,从而估计出系统性能的优劣程度。所谓眼图是指示波器显示的这种波形,因为在传输二进制信号波形时,它很像人的眼睛。,十六、眼图观测实验,四、实验原理,为了说明眼图和系统性能之间的关系,我们把眼图简化为一个模型,如下图所示。,十六、眼图观测实验,四、实验原理,十六、眼图观测实验,该图表述下列意思: (1)最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻; (2)对定时误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定,斜率越陡,对定时误差就越灵敏;
18、 (3)图的阴影区的垂直高度表示信号幅度畸变范围; (4)图中央的横轴位置对应判决门限电平; (5)在抽样时刻上,上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限(或称噪声边际),即若噪声瞬时值超过这个容限,则就可能发生错误判决。,四、实验原理,十六、眼图观测实验,眼图观测的波形如下图所示: 眼图是在同步状态下,各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图,其形状类似一个眼睛故名眼图,它是用于观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。 实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力,水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响
19、,当输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响,因此观察眼图的张开度就可以估算出码间干扰的大小。,五、实验步骤,十六、眼图观测实验,(一)ASK调制解调观察眼图 1、将信号源模块和模块3、4固定在主机箱上,将塑封螺钉拧紧,确保电源接触良好。 2、关闭电源。按照下表完成实验连线:点击 查看,* 检查连线是否正确,检查无误后打开电源 3、打开电源,并打开模块3、4的电源开关,以信号输入点“ASK-NRZ”的信号为内触发源,观察信号输出点“ASK-DOUT”处的波形,并调节的电位器W1,确定在该点观察到稳定的PN序列;,五、实验步骤,十六、眼图观测实验,4、以信号源模块时钟“CLK1”的信号
20、触发,用示波器观察信号输出点“TH2”处的波形,即为眼图的观测点。调节电位器W3,改变滤波器截至频率,观察眼图波形的变化; 5、实验结束拆除连线,关闭模块电源开关和实验箱电源。 (二)FSK、PSK/DPSK调制解调观察眼图 1、FSK、PSK/DPSK调制解调的连线参考“实验十 移频键控(FSK)调制与解调实验”以及“实验十一 移相键控(PSK/DPSK)调制与解调实验”,FSK眼图的观测点为“TH11”,PSK/DPSK眼图的观测点为“TH20”,调节电位器W5、W4改变滤波器的截止频率,可观测眼图张开度变化。(FSK点击 查看,PSK点击 查看) 2、实验结束完成实验报告。,十六、眼图观
21、测实验,触发按钮 看连线,3、以“CLK1”的信号为内触发源,用示波器观察点 “TH2”的波形,1、拨码开关S4拨为“1100”,ASK调制载波,ASK调制输入信号,ASK解调输入信号,4、调节W3改变滤波器截止频率,重复步骤3(结束),2、调节W1使ASK-DOUT得到稳定的PN码,返回,波形,十六、眼图观测实验,FSK调制输入信号,FSK调制载波A输入,FSK调制载波B输入,2、以“CLK1”的为内触发源,用示波器观察点 “TH11”的波形,1、拨码开关S4拨为“1100”,触发按钮 看连线,3、调节W5改变滤波器截止频率,重复步骤2 (结束),FSK解调输入信号,返回,波形,十六、眼图观测实验,触发按钮 看连线,3、以“CLK1”的信号为内触发源,用示波器观察点 “TH20”的波形,4、调节W4改变滤波器截止频率,重复步骤3(结束),1、拨码开关S4拨为“1010”,PSK调制载波,PSK调制输入信号,PSK解调输入信号,2、从模块7提取同步载波输入,返回,波形,十六、眼图观测实验,十六、眼图观测实验,十六、眼图观测实验,
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