实验四2ASK调制与解调实验

通信原理实验指导书（通信工程、电子信息工程专业适用）

朱向庆编写

电子信息工程学院

2012年12月13日修订

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目录

实验一信号源实验 (1)

实验二普通双边带调幅与解调实验 (5)

实验三终端实验、码型变换实验 (11)

项目一、终端实验 (11)

项目二、码型变换实验 (14)

实验四2ASK调制与解调实验 (20)

实验五增量调制与解调实验 (25)

实验六带纠检错编码的数字调制解调系统设计实验 (36)

2

实验一信号源实验

一、实验目的

1．了解频率连续变化的各种波形的产生方法。

2．理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。

3．熟练掌握信号源模块的使用方法。

二、实验内容

1．观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示。

2．观察点频方波信号的输出。

3．观察点频正弦波信号的输出。

4．拨动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出。

5．观察位同步信号和帧同步信号的输出。

三、实验器材

1．信号源模块

2．20M双踪示波器一台

3．连接线若干

四、实验原理

信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1．模拟信号源部分

图1-1 模拟信号源部分原理框图

模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz～10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz～1KHz）、方波（频率变化范围100Hz～10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz～1KHz）以及32KHz、64KHz、1MHz的点频正弦波（幅度可以调节），各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图1-1所示。

在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U005（2864）并存放在固定的地址中。当单片机U006（89C51）检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整U004（EPM7128）中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管M001~M004显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器U005中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过D/A转换器U007（TLC7528）和开关电容滤波器U008（TLC14CD）后得到所需模拟信号。

2．信号源部分

数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW103、

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SW104、SW105改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U004（EPM7128）来完成，通过拨码开关SW101、SW102可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2所示。

图1-2 数字信号源部分原理框图

晶振出来的方波信号经3分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到1MHz、256KHz、64KHz、8KHz的方波以及8KHz的窄脉冲信号。可预置分频器的分频比可通过拨码开关SW101、SW102来改变，分频比范围是1~9999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生以24位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA 等实验中，NRZ码将起到十分重要的作用。

五、实验步骤

1．将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER1、POWER2，发光二极管LED001、LED002发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3．模拟信号源部分

①观察“32K正弦波”、“64K正弦波”、“1M正弦波”各点输出的正弦波波形，对应

的电位器“32K幅度调节”、“64K幅度调节”、“1M幅度调节”可分别改变各正弦

波的幅度。

②按下“复位”按键使U006复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、

“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED007灭，数码管M001~M004显示“2000”。

③按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其他仍熄灭），此时信号输

出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指

示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。

④将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮），转动旋转编码器K001，改变输出信

号的频率（顺时针转增大，逆时针转减小），观察“模拟输出”点的波形，并用频

率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动电位器“幅度调节1”可改变输出

信号的幅度，幅度最大可达3V以上。（注意:发光二极管LED007熄灭，转动旋转

编码器K001时，频率以1Hz为单位变化；按一下K001，LED007亮，此时旋转

K001，频率以50Hz为单位变化；再按一下K001，LED007熄灭，频率再次以1Hz

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为单位变化）

⑤将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。

⑥模拟信号放大通道：用导线连接“模拟输出”点与“IN”点，观察“OUT”点波

形，转动电位器“幅度调节2”可改变输出信号的幅度（最大可达6V以上）。

⑦电位器W006用来调节开关电容滤波器U008的控制电压，电位器W007用来调节

D/A转换器U007的参考电压，这两个电位器在出厂时已经调好，切勿自行调节。4．数字信号源部分

①拨码开关SW101、SW102的作用是改变分频器的分频比（以4位为一个单元，对

应十进制数的1位，以BCD码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位），得

到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是1～

9999，所以位同步信号频率范围是200Hz～2MHz。例如，若想信号输出点“BS”

输出的信号频率为15.625KHz，则需将基频信号进行128分频，将拨码开关SW101、SW102设置为00000001 00101000，就可以得到15.625KHz的方波信号。拨码开关

SW103、SW104、SW105的作用是改变NRZ码的码型。1位拨码开关就对应着NRZ

码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为1，往下拨时，对应的码元

为0。

②将拨码开关SW101、SW102设置为00000001 00000000，SW103、SW104、SW105

设置为01110010 00110011 10101010，观察BS、2BS、FS、NRZ波形。

③改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。

④观察1024K、256K、64K、32K、8K、Z8K各点波形（由于时钟信号为晶振输出的

24MHz方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K

信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意）。

六、输入、输出点参考说明

1．输入点说明

IN：模拟信号放大器输入点。

2．输出点说明

模拟输出：波形种类、幅度、频率均可调节。

各种波形的频率变化范围如下：

正弦波：100Hz～10KHz

三角波：100Hz～1KHz

锯齿波：100Hz～1KHz

方波：100Hz～10KHz

32KHz正弦波：31.25KHz正弦波输出点。（幅度最大可达4V以上）

64KHz正弦波：62.5KHz正弦波输出点。（幅度最大可达4V以上）

1MHz正弦波：1MHz正弦波输出点。（幅度最大可达4V以上）

OUT：模拟信号放大器输出点。（放大倍数最大为2倍）

数字输出：

Z8K：7.8125KHz窄脉冲输出点。

8K：7.8125KHz方波输出点。

32K：31.25KHz方波输出点。

64K：62.5KHz方波输出点。

256K：250KHz方波输出点。

1024K： 1000KHz方波输出点。

BS：位同步信号输出点。（方波，频率可通过拨码开关SW101、SW102改变）

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2BS：2倍位同步信号频率方波输出点。

FS：帧同步信号输出点。（窄脉冲，频率是位同步信号频率的二十四分之一）

NRZ：24位NRZ码输出点。（码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105改变，码速率和位同步信号频率相同）

7PN、15PN、31PN：预留端口输出点。

七、实验报告要求

1．将拨码开关SW101、SW102设置为00000001 00000000，SW103、SW104、SW105设置为01110010 00110011 10101010，画出完整的一帧的NRZ码、BS、2BS和FS 的波形。要求标明数字信号高低电平的幅度、周期，并根据周期计算速率/频率，对比与设置是否相符。

2．画出频率为32kHz的正弦波的波形。要求标明正弦波的峰值、周期，并根据周期计算频率，对比与设置是否相符。

八、思考题

1．位同步信号的频率和NRZ码的码元速率间存在什么关系，为什么？

2．位同步信号和帧同步信号的频率间存在什么关系，为什么？

4

5 实验二 普通双边带调幅与解调实验

一、实验目的

1． 掌握普通双边带调幅与解调的原理及实现方法。

2． 掌握二极管包络检波原理。

3． 掌握调幅信号的频谱特性。

4． 了解普通双边带调幅与解调的优缺点。

二、实验内容

1． 观察普通双边带调幅的波形。

2． 观察普通双边带调幅波形的频谱。

3． 观察普通双边带解调的波形。

三、实验仪器

1. 信号源模块

2. PAM/AM 模块

3. 频谱分析模块

4. 终端模块（可选）

5. 20M 双踪示波器

一台 6. 频率计（可选）

一台 7. 音频信号发生器（可选）

一台 8. 立体声单放机（可选）

一台 9. 立体声耳机（可选）

一副 10. 连接线 若干

四、实验原理

1. 普通双边带调幅

所谓调制，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是较低的）“附加”在高频振荡信号上。所谓将信号“附加”在高频振荡上，就是利用信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随信号而变化，这里，高频振荡波就是携带信号的“运载工具”，所以也叫载波。在接收信号的一方（接收端）经过解调（反调制）的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息，解调过程也叫检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。调制的方式可分为连续波调制与脉冲波调制两大类，连续波调制是用信号来控制载波的振幅、频率或相位，因而分为调幅、调频和调相三种方式；脉冲波调制是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、位置等，然后再用这已调脉冲对载波进行调制，脉冲调制有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲编码调制等多种形式。

本实验模块所要进行的实验是连续波的振幅调制与解调，即普通双边带调幅与解调。 我们已经知道，调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化，这变化的周期与调制信号的周期相同，振幅变化与调制信号的振幅成正比。为简化分析，假定调制信号是简谐振荡，即为单频信号，其表达式为：

()cos m u t U t ΩΩ=Ω

如果用它来对载波()cos c cm c u t U t ω=（Ω≥c ω）进行调幅，那么，在理想情况下，普通调幅信号为：

6 ()(cos )cos AM cm m c u t U kU t t ωΩ=+Ω

(1cos )cos cm a c U M t t ω=+Ω （2－1）

其中调幅指数,01m a a cm

U M k M U Ω=?<≤，k 为比例系数。图2-1给出了()t u Ω，()t u c 和 ()AM u t 的波形图。

图2-1 普通调幅波形

从图中并结合式（2－1）可以看出，普通调幅信号的振幅由直流分量cm U 和交流分量t kU m ΩΩcos 迭加而成，其中交流分量与调制信号成正比，或者说，普通调幅信号的包络（信号振幅各峰值点的连线）完全反映了调制信号的变化。另外还可得到调幅指数M a 的表达式：

cm

cm cm cm a U U U U U U U U U U M min max min max min max -=-=+-= (2-2) 显然，当M a >1时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，产生了失真，称为过调制，

7 如图2-2所示。所以，普通调幅要求M a 必须不大于1。

式（2－1）又可以写成

[]()cos cos()cos()2a cm AM cm c c c M U u t U t t t ωωω=++Ω+-Ω （2－3） 可见，()AM u t 的频谱包括了三个频率分量：c ω（载波）、Ω+c ω（上边频）和Ω-c ω（下边频）。原调制信号的频带宽度是Ω（或π

2Ω=F ），而普通调幅信号的频带宽度是2Ω（或2F ），是原调制信号的两倍。普通调幅将调制信号频谱搬移到了载频的左右两旁，如图2-3所示。

被传送的调制信息只存在于边频中而不在载频中，携带信息的边频分量最多只占总功率的三分之一（因为M a ≤1）。在实际系统中，平均调幅指数很小，所以边频功率占的比例更小，功率利用率更低。为了提高功率利用率，可以只发送两个边频分量而不发送载频分量，或者进一步仅发送其中一个边频分量，同样可以将调制信息包含在调制信号中。这两种调制方式分别称为抑制载波的双边带调幅（简称双边带调幅）和抑制载波的单边带调幅（简称单边带调幅）。本实验模块所进行的实验是双边带调制与解调。

确保电源接触良好。

2.插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1、

POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D200、D201、L1、L2、LED600发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

3.使信号源模块的信号输出点“模拟输出”输出频率为2KHz、峰-峰值为0.5V左右的

正弦波, 旋转“64K幅度调节”电位器使“64K正弦波”处信号的峰-峰值为1V。4.用连接线连接信号源模块的信号输出点“模拟输出”和PAM/AM模块的信号输入点

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“AM音频输入”，以及信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，调节PAM/AM模块的电位器“调制深度调节”，同时用示波器观察测试点“调幅输出”处的波形，可以观察到普通双边带调幅波形。

5.观察“AM载波输入”、“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调

幅输出”各点处输出的波形。

6.用频谱分析模块（用法请参考实验三）分别观察普通双边带调幅时“AM载波输入”、

“AM音频输入”、“调幅输出”、“滤波输出”、“解调幅输出”各点频谱，以及抑制载波的双边带调幅时各点频谱并比较之。

7.改变“AM音频输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。

8.改变“AM载波输入”的频率及幅度，重复观察各点波形。

9.将立体声单放机输出的音频信号引入信号源的信号输入点“IN”，连接信号源模块的

信号输出点“OUT”与PAM/AM模块的信号输入点“AM音频输入”，再连接信号源模块的信号输出点“64K正弦波”和PAM/AM模块的信号输入点“AM载波输入”，重复上述实验并观察各点波形。（可选）

10.用连接线连接PAM/AM模块的信号输出点“解调幅输出”与终端模块的信号输入点

“S-IN”，在耳机插孔S1中插上耳机，听还原出来信号的声音。（可选）

六、输入、输出点参考说明

1．输入点参考说明

AM音频输入：模拟信号输入点，输入的信号即为基带信号。

AM载波输入：载波信号输入点，频率应远高于基带信号。

2．输出点参考说明

调幅输出：调幅信号输出点。

滤波输出：调幅信号经低通滤波器后的信号输出点。

解调幅输出：解调幅信号解调输出点。

七、实验报告要求

1．根据实验测试记录，在坐标纸上画出AM音频输入、AM载波输入、调幅输出和解调输出这4点的波形图，并分析实验现象。

2．调节PAM/AM模块的电位器“调制深度调节”，记录未过调幅和过调幅两种情况下的U max和U min，并根据公式（2-2）计算调幅指数M a。

3．记录未过调幅时调幅输出u AM(t)的功率谱密度频谱。

八、实验思考题

1．单边带、双边带、残留边带和抑制载波双边带调幅这几种调制方式各有什么优点和缺点？

2．调节电位器“调制深度调节”时，调幅信号会发生怎样的变化，为什么？

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实验三终端实验、码型变换实验

项目一、终端实验

一、实验目的

1．了解终端在整个通信系统中的作用。

2．了解通信系统的质量优劣受哪些因素影响。

3．掌握终端模块的使用方法。

二、实验内容

1．将原始数字基带信号和接收到的数字信号送入终端模块，观察发光二极管的显示，判断是否出现误码。

2．将接收到的模拟信号送入终端模块，用耳机收听还原出来的信号，从而对整个通信系统信号传输质量做出结论。

三、实验器材

1．信号源模块

2．终端模块

3．20M双踪示波器一台

4．立体声耳机一副

5．立体声单放机（可选）一台

6．连接线若干

四、实验原理

通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能，原因是影响信息可靠传输的不利因素，如信道特性的不理想及信道中存在噪声等，将直接作用到接收端，从而对信号接收产生影响。在通信系统中，如果没有任何干扰以及其它可能的畸变，则发送的消息就一定能够被无差错地做出相应的判决，但是，这种理想情况是不可能发生的。实际上，由于噪声和畸变的作用，必然会造成错误的接收。

本实验箱中的终端模块的主要功能有两个：一是将原始的数字基带信号与接收到的数字信号分别用发光二极管同时显示，根据两组发光二极管的亮灭情况来判断接收到的数字信号中是否出现了误码，进而判断整个通信系统通信质量的好坏；另一个是将接收到的模拟信号经耳机转换为语音信号，通过与原始语音信号声音质量的对比来判断系统通信的好坏。因此，整个终端模块也相应地分成两个部分，即终端数字部分和终端模拟部分，该部分原理框图如图3-1所示：

图3-1 终端原理框图

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模拟信号从LM386的第二脚和第三脚输入，其中第二脚为负输入端，第三脚为正输入端。其内部电路图如图3-3所示。

图3-3 LM386内部电路图

五、实验步骤

1．将信号源模块、终端模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、LED600发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

3．模拟信号接收实验

①将立体声单放机输出的信号送入信号源模块的信号输入点“IN”，再从信号输出

点“OUT”将输出信号引至终端模块的模拟信号输入点“S-IN”。将耳机插入耳机

插座S1，仔细听耳机传出的声音，与单放机送出的声音比较，是否有所差异？观

察“S-OUT”点的波形。

②调节信号源模块中的电位器“幅度调节2”和终端模块中的电位器“音量调节”，

听听看耳机传出的声音是否发生了变化？

③连接信号源模块的模拟输出与终端模块的模拟信号输入点“S-IN”，调节信号源产

生的模拟信号的频率，听听耳机里面的声音发生了什么变化？

4．数字信号接收实验

①关闭所有电源，将信号源模块中的拨码开关SW101~SW105设置为非全0或非全1

状态，用连接线按如下接法连接各点：

信号源模块终端模块

NRZ DATA1、DATA2

BS BS1、BS2

FS FS1、FS2

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打开各模块电源，按一下终端模块的“复位”开关，使U600复位，观察D600～

D623和D624～D647这两组发光二极管上下各对应位的亮灭情况是否一致。

②改变信号源模块拨码开关的设置，再次观察两组发光二极管的亮灭情况。

5．值得注意的是，在这里我们做的都是最简单的信号接收实验，在后继的实验中，终端模块将作为衡量通信系统传输质量好坏的工具，希望同学们能够灵活使用。

六、输入、输出点参考说明

1．输入点参考说明

S-IN：模拟信号输入点。

DATA1：第1路数字信号输入点。

BS1：第1路数字信号的位同步信号输入点。

FS1：第1路数字信号的帧同步信号输入点。

DATA2：第2路数字信号输入点。

BS2：第2路数字信号的位同步信号输入点。

FS2：第2路数字信号的帧同步信号输入点。

2．输出点参考说明

S-OUT：模拟信号输出点（耳机输出点）。

七、实验报告

终端测试部分不用写实验报告，但做实验时一定要认真观察实验结果，掌握声音的强度和音调跟输入信号的什么指标有关系。

项目二、码型变换实验

一、实验目的

1．了解几种常见的数字基带信号。

2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

3．掌握用FPGA实现码型变换的方法。

二、实验内容

1．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3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、BNRZ码的正、负极性波形。

4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3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，下载并观察输出波形。

三、实验器材

1．信号源模块

2．码型变换模块

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3．20M双踪示波器一台

4．频率计（可选）一台

5．PC机（可选）一台

6．连接线若干

四、实验原理

1．编码规则

①NRZ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：

1 0 1 0 0 1 1 0

＋E

②RZ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：

1 0 1 0 0 1 1 0

＋E

③BNRZ码

BNRZ码的全称是双极性不归零码，在这种二元码中用正电平和负电平分别表示“1”和“0”。与单极性不归零码相同的是整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。例如：

1 0 1 0 0 1 1 0

＋E

-E

④BRZ码

BRZ码的全称是双极性归零码，与BNRZ码不同的是，发送“1”和“0”时，在整个码元期间高电平或低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：

1 0 1 0 0 1 1 0

＋E

-E

⑤AMI码

AMI码的全称是传号交替反转码，其编码规则如下：信息码中的“0”仍变换为传输码的“0”；信息码中的“1”交替变换为传输码的“+1、－1、＋1、－1、…”。例如：

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代码： 100 1 1000 1 1 1…

AMI码： +100 -1 +1000 -1 +1 -1…

AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。由于其具有上述优点，因此得到了广泛应用。但该码有一个重要缺点，即当用它来获取定时信息时，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。

⑥HDB3码

HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将4个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时取代节为“000V”；有偶数个信息“1”码（包括0个）时取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“－1”。例如：

代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 1 1

HDB3码： -1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1

HDB3码中“1”、“B”的符号符合交替反转原则，而“V”的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻“V”码的符号又是交替反转的。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。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是ITU-T推荐使用的码之一。本实验电路只能对码长为24位的周期性NRZ码序列进行编码。

⑦BPH码

BPH码的全称是数字双相码（Digital Diphase），又叫分相码(Biphase，Split-phase)或曼彻斯特码（Manchester），它是对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制新码去取代的码；或者可以理解为用一个周期的方波表示“1”码，用该方波的反相来表示“0”码，其编码规则之一是：

0 01（零相位的一个周期的方波）；

110（π相位的一个周期的方波）。例如：

代码： 1 1 0 0 1 0 1

双相码： 10 10 01 01 10 01 10

BPH码可以用单极性非归零码（NRZ）与位同步信号的模二和来产生。双相码的特点是只使用两个电平，而不像前面二种码具有三个电平。这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。

⑧CMI码

CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的“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 0

CMI码： 11 00 01 11 01 01 00 01

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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ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。

2．电路原理

将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）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FPGA的I/O口不能直接接负电平，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的正、负极性编码信号送入U901（4051）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。解码时同样也需要先将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入FPGA进行解码，得到NRZ码。其它双极性码的编、解码过程相同。

①NRZ码

从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，其产生过程请参考信号源工作原理。

②BRZ、BNRZ码

将NRZ码和位同步信号BS分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接－5V、GND、＋5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接－5V、－5V、＋5V、＋5V，在控制信号控制下输出BNRZ 码。解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双（极性）—单（极性）变换，再送入U900进行解码，恢复出原始的NRZ 码。

③RZ、BPH码

这两种码型的编、解码方法与BRZ、BNRZ是一样的，但因为是单极性的码型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。

④AMI码

由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在U900中，将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后，再与NRZ信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制端，U905的输出即为AMI码。解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双—单变换，再送入U900进行解码。

⑤HDB3码

HDB3码的编、解码框图分别如图3-4、3-5所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。

图3-4 HDB3编码原理框图

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图3-5HDB3解码原理框图

⑥CMI码

由于是单极性波形，CMI码的编解码过程全部在U900中完成，其编码电路原理框图如图3-6所示：

图3-6 CMI编码原理框图

五、实验步骤

1．将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D900、D901发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

3．将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000101 00000000，SW103、SW104、SW105设置为01110010 00110000 00101010。按实验二的介绍，此时分频比千位、十位、个位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。观察BS、FS、2BS、NRZ各点波形。

4．分别将信号源模块与码型变换模块上以下四组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、FS与FS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。观察码型变换模块上其余各点输出的波形。5．任意改变信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105的设置，以信号源模块的NRZ码为内触发源，用双踪示波器观察码型变换模块各点输出的波形。

6．将信号源模块上的拨码开关SW103、SW104、SW105全部拨为1或全部拨为0，观察码型变换模块各点输出的波形。

六、输入、输出点参考说明

1．输入点说明

FS：帧同步信号输入点。

BS：位同步信号输入点。

2BS：2倍位同步频率方波信号输入点。

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NRZ：NRZ码输入点。

2．输出点说明（括号中的码元数为与信号源产生的NRZ相比延迟的码元数）RZ：RZ编码输出点。

BPH：BPH编码输出点。

CMI：CMI编码输出点。

HDB3-1：HDB3编码正极性信号输出点。

HDB3-2：HDB3编码负极性信号输出点。

HDB3：HDB3编码输出点。（八个半个码元）

BRZ-1：BRZ编码单极性输出点。

BRZ：BRZ编码输出点。

BNRZ-1：BNRZ编码正极性信号输出点。（与NRZ反相）

BNRZ-2：BNRZ编码负极性信号输出点。（与NRZ相同）

BNRZ： BNRZ编码输出点。

AMI-1：AMI编码正极性信号输出点。

AMI-2：AMI编码负极性信号输出点。

AMI：AMI编码输出点。

ORZ：RZ解码输出点。（一个半码元）

OBPH： BPH解码输出点。（一个码元）

OCMI；CMI解码输出点。（两个码元）

OBRZ：BRZ解码输出点。（半个码元）

OBNRZ：BNRZ解码输出点。（半个码元）

OAMI：AMI解码输出点。（延迟极小不足半个码元）

OHDB3：HDB3解码输出点。（七个半个码元）

七、实验报告要求

1．信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000101 00000000，SW103、SW104、SW105设置为01110010 00110000 00101010。画出对应的NZR码、RZ码、BNRZ码、BRZ码、AMI码、HDB3码的波形。

2．画出NRZ码为全0时所对应的HDB3码。

八、思考题

1．数字基带传输系统中采用的BRZ码有什么特点？

2．为什么观察到的HDB3码会与NRZ码不同步？它们之间差了几个码元？

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