武汉大学教学实验报告
电子信息学院 通信工程 专业 2018 年 11 月 10 日
姓名 年级 学号 成绩
一、 预习部分 1. 实验目的 2. 实验基本原理 |
实验一：码型变换 1、实验目的 1．熟悉 RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST 码型变换原理及工作过程； 2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形。 2、实验仪器 1．RZ9681 实验平台 2．实验模块：主控模块、基带信号产生与码型变换模块-A2 3．信号连接线 4．100M双通道示波器 3、实验原理 1．码型变换原则 在实际的基带传输系统中，在选择传输码型时，一般应考虑以下原则： （1）不含直流，且低频分量尽量少； （2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观检测； （6）编译码简单，以降低通信延时和成本。 2．常见码型变换类型 （1）单极性不归零码（NRZ码） 单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E的正点平表示，“0”用零电平表示。单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。 （2）双极性不归零码（BNRZ码） 二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。 （3）单极性归零码（RZ码） 单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。 （4）双极性归零码（BRZ码） 它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。 （5）曼彻斯 （6）密勒码 密勒（Miller）码又称延迟调制码，它是双相码的再一种变形。 它的编码规则如下： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。具体在选择“10”或“01”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元是“1”，则选择和这个“1”码相同的编码值；如果前一个码元为“0”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“0”编码为“00”，则紧跟的“1”码编码为“01”，如果“0”编码为“11”，则紧跟的“1”码编码为“10”。 “0”码则根据情况选择用“00”或“11”表示。具体在选择“00”或“11”编码时需要考虑前一个码元编码的情况，如果前一个码元为“0”，则选择和这个“0”码不同的编码值；如果前一个码元为“1”，则编码以边界不出现跳变为准则，如果“1”码编码为“01”，则紧跟的“0”码编码应为“11”，如果“1”码编码为“10”，则紧跟的“0”码编码应为“00”。 （7）成对选择三进码（PST码） PST码是成对选择三进码，其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制码字（+、-、0）。因为两个三进制数字有9种状态，故可灵活的选择其中4种状态。 PST码能够提供的定时分量，且无直流成分，编码过程也简单，在接收识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时，因为在“分组”编码时不可能出现00、++和--的情况，如果接收识别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。 3．码型变换原理 码型变换内部结构组成框图如下图： 码型变换内部结构组成框图 CODE+和 CODE-决定了码型变换输出的高低电平，即： ● CODE+=1，CODE-=0，编码输出+1； ● CODE+=0，CODE-=1，编码输出-1； ● CODE+=0，CODE-=0，编码输出0； 4、实验内容及步骤 1．实验准备 （1）实验模块在位检查 在关闭系统电源的情况下，确认下列模块在位： 基带产生与码型变换模块-A2； （2）加电 打开系统电源开关，模块右上角红电源指示灯亮，几秒后模块左上角绿运行指示灯开始闪烁，说明模块工作正常。若两个指示灯工作不正常，需关电查原因。 （3）选择实验内容 在液晶上根据功能菜单选择：实验项目->原理实验->基带传输实验->码型变换，进入码型变换实验功能页面。 （4）信号线连接 使用信号连接线按照实验框图中的连线方式进行连接,并理解每个连线的含义。 2．单极性不归零码（NRZ码） （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“NRZ码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit,64k,然后修改16bit编码开关的值。用示波器通道1观测编码前基带数2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为“15-PN”,“64K”,观测编码前数据2TP1和编码数据2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前后数据2TP1和译码后数据2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否相同。 3．双极性不归零码（BNRZ码） （1）编码观测 通过鼠标在在编码码型中选择“BNRZ 吴亦凡妈妈的照片码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PNdaolang”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 4．单极性归零码（RZ码） （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“RZ 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 5．密勒码 （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“miller 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 6．成对选择三进码（PST码） （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“PST 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4， 并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 7．关机拆线 实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验附件。 实验二：线路编译码 1、实验目的 1．掌握 AMI、HDB3、CMI 码编译码规则； 2．了解 AMI、竹林吹箫HDB3、CMI 码编译码实现方法； 2、实验仪器 1．RZ9681实验平台 2．实验模块：主控模块、基带信号产生与码型变换模块-A2 3．信号连接线 4．100M双通道示波器 3、实验原理 1．CMI码编码原理 CMI码是是传号反转码的简称，与曼彻斯类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则： “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示； “0”码固定的用“01”两位码表示。 2．AMI码编码原理 AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码 0（空号）和 1（传号）按如下规则进行编码的码：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… 3．HDB3码编码原理 HDB3 码编码规则如下： 二进制序列中的“0”码在 HDB3 码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时， 用取代节 000V 或 B00V 代替四个连“0”码。取代节中的 V 码、B 码均代表“1”码，它们可正可负（即 V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。 4、实验内容及步骤 1．实验准备 （1）实验模块在位检查 在关闭系统电源的情况下，确认下列模块在位： 基带产生与码型变换模块-A2； （2）加电 打开系统电源开关，模块右上角红电源指示灯亮，几秒后模块左上角绿运行指示灯开始闪烁，说明模块工作正常。若两个指示灯工作不正常，需关电查原因。 （3）选择实验内容 在液晶上根据功能菜单选择：实验项目->原理实验->基带传输实验->线路编译码，进入线路编译码实验功能页面。 （4）信号线连接 使用信号连接线按照实验框图中的连线方式进行连接,并理解每个连线的含义。 2．CMI码编译码实验 （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“CMI 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 3．AMI码编译码实验 （1） 编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“AMI 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4，并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 4．HDB3码编译码实验 （1）编码观测 通过鼠标在编码码型中选择“HDB3 码”，点击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：16bit，64K，然后修改 16bit 编码开关的值。用示波器通道 1 观测编码前基带数 2TP1，用通道2观测编码数据2TP4；尝试修改不同的编码开关组合，观测不同数据编码数据的变化。 将基带数据设置为：“15-PN”，“64K”，观测编码前数据 2TP1 和编码数据 2TP4， 并记录波形。 （2）译码观测 使用双踪示波器，同时观测编码前数据 2TP1 和译码后数据 2TP9，观测编码前数据是否相同。尝试多次修改编码数据，观测译码数据是否正确。 （3）AMI与HDB3编译码对比 将基带信号修改为不同的基带码型，分别观测 AMI 和 HDB3，分析两种编码的区别，并分析定时信息是否丰富，是够包含直流分量，根据结果分析 HDB3 编码的优势。 1） 将基带数据设置为全“1”码：观测分析 AMI 和 HDB3 码的区别； 2）将基带数据设置为全“0”码：观测分析 AMI 和 HDB3 码的区别； 3）将基带数据设置为“1000100010001000”码：观测分析 AMI 和 HDB3 码的区别； a city of sadness4）将基带数据设置为“1100001100001111”码：观测分析 AMI 和 HDB3 码的区别； 5．关机拆线 实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验附件。 实验三：基带传输及眼图观测 1、实验目的 1．熟悉 RZ、BNRZ、BRZ、CMI、曼彻斯特、密勒、PST 码型变换原理及工作过程； 2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形。 2、实验仪器 1．RZ9681实验平台 2．实验模块： （1）主控模块A1 （2）基带信号产生与码型变换模块-A2 （3）信道编码与频带调制模块-A4 （4）纠错译码与频带解调模块-A5 3．信号连接线 4．100M 双通道示波器 3、实验原理 1．什么是眼图？ 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。 在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。 在下图眼图示意图中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。 在图中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个 +1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取RZ9681 型 现代通信技术平台说明书169值就分布在小于+1 或大于-1 附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。 2．眼图参数及系统性能 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，当信道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评估系统干扰的大小。 从眼图中我们可以得到以下信息： （1）最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻。 （2）眼图斜边的斜率表示了定时误差灵敏度。斜率越大，对位定时误差越敏感。 （3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。 （4）眼图中央的横轴位置应对应于判决门限电平。 （5）在抽样时刻上，眼图上下两阴影区的间隔距离的一半为噪声容限，若噪声瞬时 值超过它就会出现错判。 （6）眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，即过零点失真的变动范围；它对利用 信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统来说影响定时信息的提取。 3．实验中眼图观测方法 在早期观测通信系统眼图时，一般会选择模拟示波器，由于其工作原理的原因，其波形余辉会在屏幕（荧光屏）上保留一段时间，观测到的眼图的其实是多次余辉叠加的效果呈现。 现在实验室一般配备数字示波器，在观测眼图时要对示波器进行设置，并采用正确的观测方法： 将示波器的通道1观测基带时钟（实验中为 2TP3），并用该通道作为同步通道；另一通道测信道传输后的信号，作为观测眼图效果的通道。另外需要将示波器显示（一般在示波器display按钮菜单下）保持时间选择到1s左右。 4、实验内容及步骤 1．实验准备 （1）实验模块在位检查 在关闭系统电源的情况下，确认下列模块在位：基带产生与码型变换模块娱乐八卦图片-A2； （2）加电 曾轶可 最天使打开系统电源开关，模块右上角红电源指示灯亮，几秒后模块左上角绿运行指示灯开始闪烁，说明模块工作正常。若两个指示灯工作不正常，需关电查原因。 （3）选择实验内容 在液晶上根据功能菜单选择：实验项目->原理实验->基带传输实验->眼图观测实验，进入到眼图观测实验功能页面。 （4）信号线连接 使用信号连接线按照实验框图中的连线方式进行连接,并理解每个连线的含义。 2．无噪声模拟信道眼图观测 （1）模式设置及示波器调节 鼠标单击“基带设置”按钮，将基带数据设置为：“15-PN”，“32K”。 使用示波器通道 1 观测基带数据时钟 2TP3，并作为同步通道，将示波器显示保持（display 按钮菜单下）调整到 1s 左右。示波器通道 2 观测经过模拟信道后的信号 5P4；调整示波器状态，将眼图波形调整到比较好的状态（效果为：在屏幕上仅显示一个张开饱满的眼）。 （2）眼图观测及信道参数调节 3．有噪声模拟信道眼图观测 （1）示波器观测信道经噪声信道后的眼图 确保 5P4 和 2P5 用导线连接，将经过低通模拟信道后的信号送入噪声模拟信道。保持示波器之前的设置，使用示波器通道 1 观测基带数据时钟 2TP3，并作为同步通道，示波器通道 2 观测经过模拟信道和噪声信道后的信号 2P6； （2）信道加噪眼图观测 通过解调 A2 模块上编码开关（右下角 2SS1）增减噪声，观测眼图变化（主要是观测眼皮厚度变化）； 眼皮薄 眼皮厚 4．实验结束 关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验附件。 |
二、 实验效果分析 |
（1）通过这次实验，我了解到了各种码型变换原理和工作过程。 （2）最佳基带系统要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。 例如基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 最佳基带系统可（1）最大可能的抑制噪声。（2）消除码间干扰。 （3）眼图是指通过示波器观察接收端输出的基带信号波形，从而估计（有间干扰） 和调整系统性能。眼睛睁得越大，噪声容限越大，系统抗噪性能越好。 |
三、 教师评语 |
指导教师 年 月 日 |
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