中南大學
目錄實驗一數字基帶訊號
一、 實驗目的
1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶訊號波形特點。
2、掌握ami、hdb3碼的編碼規則。
3、掌握從hdb3碼訊號中提取位同步訊號的方法。
4、掌握集中插入幀同步碼時分復用訊號的幀結構特點。
5、了解hdb3（ami）編譯碼積體電路cd22103。
二、實驗內容
1、用示波器觀察單極性非歸零碼（nrz）、傳號交替反轉碼（ami）、三階高密度雙極性碼（hdb3）、整流後的ami碼及整流後的hdb3碼。
2、用示波器觀察從hdb3碼中和從ami碼中提取位同步訊號的電路中有關波形。
3 、用示波器觀察hdb3、ami解碼輸出波形
三、實驗步驟
1、熟悉數字信源單元和hdb3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，開啟電源開關。
2、用示波器觀察數字信源單元上的各種訊號波形。
用信源單元的fs作為示波器的外同步訊號，示波器探頭的地端接在實驗板任何位置的gnd點均可，進行下列觀察：
（1） 示波器的兩個通道探頭分別接信源單元的nrz-out和bs-out，對照發光二極體的發光狀態，判斷數字信源單元是否已正常工作（1碼對應的發光管亮，0碼對應的發光管熄）；
（2）用開關k1產生**×1110010（×為任意**，1110010為7位幀同步碼），k2、k3產生任意資訊**，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復用訊號幀結構，和nrz碼特點。
3、 用示波器觀察hdb3編譯單元的各種波形。
仍用信源單元的fs訊號作為示波器的外同步訊號。
（1） 示波器的兩個探頭ch1和ch2分別接信源單元的nrz-out和hdb3單元的ami-hdb3，將信源單元的k1、k2、k3每一位都置1，觀察全1碼對應的ami碼（開關k4置於左方ami端）波形和hdb3碼（開關k4置於右方hdb3端）波形。再將k1、k2、k3置為全0，觀察全0碼對應的ami碼和hdb3碼。觀察時應注意ami、hdb3碼的碼元都是占空比為0.
5的雙極性歸零矩形脈衝。編碼輸出ami-hdb3比信源輸入nrz-out延遲了4個碼元。
全1碼對應的ami碼
全1碼對應的hdb3碼
全0碼對應的ami碼
（2）將k1、k2、k3置於0111 0010 0000 1100 0010 0000態，觀察並記錄對應的ami碼和hdb3碼。
ami碼
hdb3碼
（3）將k1、k2、k3置於任意狀態，k4先置左方（ami）端再置右方（hdb3）端，ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接hdb3單元的det、bpf、bs-r和nrz ，觀察這些訊號波形。
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接ami單元的det
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接hdb3單元的det hdb3
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接ami單元的bpf
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接hdb3單元的bpf
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接ami單元的bs-r
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接hdb3單元的bs-r
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接ami單元的nrz
ch1接信源單元的nrz-out，ch2依次接hdb3單元的nrz
四、根據實驗現象回答
1. 根據實驗觀察和紀錄回答：
（1）不歸零碼和歸零碼的特點是什麼？
不歸零碼特點：脈衝寬度τ等於碼元寬度ts
歸零碼特點：τ＜ts
（2）與信源**中的「1」碼相對應的ami碼及hdb3碼是否一定相同？為什麼？
與信源**中的「1」碼對應的ami碼及hdb3碼不一定相同。因信源**中的
「1」碼對應的ami碼「1」、「-1」相間出現，而hdb3碼中的「1」，「-1」不但與信源**中的「1」碼有關，而且還與信源**中的「0」碼有關。
舉例：信源**：
100001100001000001
ami: 10000-110000-1000001
hdb3：10001-11-100-100010-1
2. 總結從hdb3碼中提取位同步訊號的原理。
hdb3位同步訊號
整流窄帶帶通濾波器整形移相
hdb3中不含有離散譜fs(fs在數值上等於碼速率)成分。整流後變為乙個占空比等於0.5的單極性歸零碼，其連0個數不超過3，頻譜中含有較強的離散譜fs成分，故可通過窄帶帶通濾波器得到乙個相位抖動較小的正弦訊號，再經過整形、移相後即可得到合乎要求的位同步訊號。
實驗二數字調製
一、實驗目的
1、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關係。
2、掌握用鍵控法產生2ask、2fsk、2dpsk訊號的方法。
3、 掌握相對碼波形與2psk訊號波形之間的關係、絕對碼波形與2dpsk訊號波形之間的關係。
4、了解2ask、2fsk、2dpsk訊號的頻譜與數字基帶訊號頻譜之間的關係。
二、實驗內容
1、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。
2、用示波器觀察2ask、2fsk、2psk、2dpsk訊號波形。
3、用頻譜儀觀察數字基帶訊號頻譜及2ask、2fsk、2dpsk訊號的頻譜。
三、實驗步驟
本實驗使用數字信源單元及數字調製單元。
1、熟悉數字調製單元的工作原理。接通電源，開啟實驗箱電源開關。將數字調製單元單刀雙擲開關k7置於左方n（nrz）端。
2、用數字信源單元的fs訊號作為示波器的外同步訊號，示波器ch1接信源單元的(nrz-out)ak（即調製器的輸入），ch2接數字調製單元的bk，信源單元的k1、k2、k3置於任意狀態（非全0），觀察ak、bk波形，總結絕對碼至相對碼變換規律以及從相對碼至絕對碼的變換規律
ak波形
bk波形
3、示波器ch1接2dpsk，ch2分別接ak及bk，觀察並總結2dpsk訊號相位變化與絕對碼的關係以及2dpsk訊號相位變化與相對碼的關係（此關係即是2psk訊號相位變化與信源**的關係）。注意：2dpsk訊號的幅度比較小，要調節示波器的幅度旋鈕，而且訊號本身幅度可能不一致，但這並不影響資訊的正確傳輸。
ch1接2dpsk，ch2接ak
ch1接2dpsk，ch2接bk
4、示波器ch1接ak、ch2依次接2fsk和2ask；觀察這兩個訊號與ak的關係（注意「1」碼與「0」碼對應的2fsk訊號幅度可能不相等，這對傳輸資訊是沒有影響的）
示波器ch1接ak、ch2接2fsk
示波器ch1接ak、ch2接2ask
四、實驗總結
1、設絕對碼為全1、全0或1001 1010，求相對碼。
2、設相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。
3、設資訊**為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2dpsk及2psk訊號波形。
4、總結絕對碼至相對碼的變換規律、相對碼至絕對碼的變換規律並設計乙個由相對碼至絕對碼的變換電路。
實驗三模擬鎖相環與載波同步
一、 實驗目的
1. 掌握模擬鎖相環的工作原理，以及環路的鎖定狀態、失鎖狀態、同步帶、捕捉帶等基本概念。
2. 掌握用平方環法從2dpsk訊號中提取相干載波的原理及模擬鎖相環的設計方法。
3. 了解相干載波相位模糊現象產生的原因。
二、實驗內容
1. 觀察模擬鎖相環的鎖定狀態、失鎖狀態及捕捉過程。
2. 觀察環路的捕捉帶和同步帶。
3. 用平方環法從2dpsk訊號中提取載波同步訊號，觀察相位模糊現象。
三、實驗步驟
本實驗使用數字信源單元、數字調製單元和載波同步單元。
1.熟悉載波同步單元的工作原理。接好電源線，開啟實驗箱電源開關。
2.檢查要用到的數字信源單元和數字調製單元是否工作正常（用示波器觀察信源nrz-out(ak)和調製2dpsk訊號有無，兩者邏輯關係正確與否）。
3. 用示波器觀察載波同步模組鎖相環的鎖定狀態、失鎖狀態，測量環路的同步帶、捕捉帶。
（1）觀察鎖定狀態與失鎖狀態
開啟電源後用示波器觀察ud，若ud為直流，則調節載波同步模組上的可變電容c34，ud隨c34減小而減小，隨c34增大而增大（為什麼？請思考），這說明環路處於鎖定狀態。用示波器同時觀察調製單元的car和載波同步單元的car-out，可以看到兩個訊號頻率相等。
若有頻率計則可分別測量car和car-out頻率。在鎖定狀態下，向某一方向變化c34，可使ud由直流變為交流，car和car-out頻率不再相等，環路由鎖定狀態變為失鎖。
接通電源後ud也可能是差拍訊號，表示環路已處於失鎖狀態。失鎖時ud的最大值和最小值就是鎖定狀態下ud的變化範圍（對應於環路的同步範圍）。環路處於失鎖狀態時，car和car-out頻率不相等。
調節c34使ud的差拍頻率降低，當頻率降低到某一程度時ud會突然變成直流，環路由失鎖狀態變為鎖定狀態。
4. 觀察環路的捕捉過程
先使環路處於失鎖定狀態，慢慢調節c34，使環路剛剛進入鎖定狀態後，關閉電源開關，然後再開啟電源，用示波器觀察ud，可以發現ud由差拍訊號變為直流的變化瞬態過程。ud的這種變化表示了環路的捕捉過程。
5. 觀察相干載波相位模糊現象
使環路鎖定，用示波器同時觀察調製單元的car和載波同步單元的car-out訊號，反覆斷開、接通電源可以發現這兩個訊號有時同相、有時反相。
四、 實驗總結
1.總結鎖相環鎖定狀態及失鎖狀態的特點。
答：模擬鎖相環鎖定的特點：輸入訊號頻率與反饋訊號的頻率相等，鑑相器輸出電壓為直流。模擬鎖相環失鎖的特點：鑑相器輸出電壓為不對稱的差拍電壓。
2.設k0=18 hz/v ，根據實驗結果計算環路同步帶δfh及捕捉帶δfp 。
答：代入指導書「3式」計算得： v，則； v，則
3.由公式及計算環路引數ωn和ζ，式中 kd=6 v/rad，ko=2π×18 rad/s.v，r25=2×104 ，r68=5×103 ，c11=2.
2×10-6 f 。（fn=ωn/2π應遠小於碼速率，ζ應大於0.5)。
答：；遠小於碼速率170.5（波特）；
4.總結用平方環提取相干載波的原理及相位模糊現象產生的原因。
答：平方運算輸出訊號中有離散譜，模擬環輸出訊號頻率等於，二分頻，濾波後得到干擾波；電路有兩個初始狀態，導致提取的相干載波有兩種相反的相位狀態
5.設vco固有振盪頻率f0 不變，環路輸入訊號頻率可以改變，試擬訂測量環路同步帶及捕捉帶的步驟。
答：環路處於鎖定狀態後，慢慢增大c34，使ud增大到鎖定狀態下的最大值ud1（此值不大於+12v）；
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