通信原理实验1 - 图文

伙子实验三 增量调制与码型变换

一、实验目的

1、掌握增量调制编码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。 2、了解用不同速率时钟编码时的输出波形。

3、理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。

4、熟悉增量调制系统在不同工作频率、不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。

5、了解几种常见的数字基带信号。

6、掌握常用数字基带传输码型的编码规则

二、实验内容

1、观察增量调制编码各点处的波形并记录下来。 2、观察增量调制译码各点处的波形并记录下来。

3、 观察 NRZ 码、RZ 码、BRZ 码、BNRZ 码、AMI 码、CMI 码、HDB3 码、BPH 码 的波形。

4、观察全 0 码或全1 码时各码型的波形。

三、实验器材

1、信号源模块 2、模拟信号数字化模块 3、终端模块（可选）

4、60M 双踪示波器 5、频率计（可选） 6、连接线

四、实验原理 （一）增量调制

1、增量调制简称为ΔM是以一种模拟信号数字化方法，有如下优点： （1）、在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM； （2）、增量调制的抗误码性能好。能工作于误比特率为10-2～10-3的信道，而PCM则要求误比特率为10-4～10-6； （3）、增量调制的编译码器比PCM简单。

2、 一位二进制码只能代表两种状态，不可能去表示抽样值的大小。可是，用一位码却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化将能同样反馈模拟信号的变化规律。

3、一个简单的ΔM 系统组成如图1所示。它由相减器、判决器、本地译码器、积分器、抽

样脉冲产生器及低通滤波器组成。本地译码器实际为一脉冲发生器和积分器，它与接收端的译码器完全相同。

4、 MΔ 信号是按台阶σ 来量化的，因而同样存在量化噪声问题。MΔ 系统中的量化噪声有两种形式：一种称为过载量化噪声，另一种称为一般量化噪声。过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于阶梯电压波形跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称为过载现象，也称过载噪声；如果无过载噪声发生，则模拟信号与阶梯波形之间的误差就是一般的量化噪声。综上所述，简单增量调制电路在实际通信中没有得到应用是因为它的信号量化噪声

比小，主要是量化阶距（量阶）δ固定不变，即为均匀量化。对均匀量化而言，如果量阶δ取值较大，则信号斜率变化较小的信号量化噪声（又称颗粒噪声）就大；如果量阶δ取值较小，则信号斜率较大的量化噪声（又称过载噪声）就大。均匀量化无法使两种噪声同时减小，这样，以致于信号的动态范围变窄，但是它为增量调制技术提供了理论基础。 图1 ΔM 系统组成框图 二、码型变换部分

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。 ① NRZ 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。

② BRZ 、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 U9（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。 ③ RZ、BPH 码

这两种码型的编、解码方法与 BRZ 、BNRZ 是一样的，但因为是单极性的型，所以编、解码过程可以直接在U900中完成，在这里不再赘述。 ④ AMI 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，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U90（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。 ⑤ HDB3码 HDB3码的编、解码框图分别如图2、3 所示，其编、解码过程与 AMI 码相同，这里不再赘述。

图2 HDB3码编码原理框图 五、实验步骤

图3 HDB3码译码原理框图 一、增量调制部分

1． 将信号源模块产生的频率为2KHz、峰-峰值为1V左右的正弦波从信号输入点“S-IN ” 输入模拟信号数字化模块，将信号源模块中的信号输出点“64K ”与模拟信号数字化 模块中的信号输入点“64K ”连接，调节标号为“编码量阶”的电位器，观察“本地 译码”、“一次积分”、“一致脉冲”、“ΔM 调制输出”各点输出的波形。调节 标号为“译码量阶”、“译码幅度”的电位器，观察 “ΔM 解调输出” 点输出的 波形。

2． 改变输入正弦信号的频率和幅度或改变工作时钟的频率（即改变信号输入点“64K ” 输入信号的频率），重复观察上述各点波形。

二、码型变换部分

1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 。按实验一的介绍，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。

2 .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。 3 .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。

4 .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、实验数据记录 1、增量调制 图4 本地译码输出波形 图6 一致脉冲输出波形 改变编码量阶后，再次记录数据，如下： 图8 改变编码量阶本地译码输出 图5 一次积分输出波形 图7 ΔM 调制输出输出波形 图9 改变编码量阶一次积分输出

图10 改变编码量阶一致脉冲输出 图12 调制输出 2、码型变换 图14 RZ码和NRZ码

图11 改变编码量阶ΔM 调制输出输出 图13 一致脉冲输出和ΔM 调制输出 图15 CMI码

图16 BPH 图17 全1码 图18 全0

七、实验思考题

1. 把测量点及测试数据在原理方框图中标注出来。联系现象波形以及原理电路简要分 析增量调制、自适应增量调制的原理 答：

2.什么是增量调制中的惰性失真？如何解决这个问题

答：惰性失真 - 当输入为调幅波时，过分增大RL和C值，致使二极管截止期间C通过RL的放电速度过慢，在某t1时刻跟不上输入调幅波包络的下降速度。输出平均电压就会产生失真，称惰性失真。

3.在分析电路的基础上回答：为什么本实验HDB3 码编、解码电路只能在输入信号是 码长为24 位的周期性 NRZ 码时才能正常工作？ 答：

4.根据实验观察（示波器双踪，一路为BS），归零码和不归零码的特点。

答：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。

5.什么是基带信号，基带传输的线路码型考虑原则是什么？

答：离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而称为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。

6.BPH 曼彻斯特编码解决了什么具体问题？

答：BPH码的全称是数字双相码。双相码的特点是只使用两个电平。这种码可以提供足够的定时分量，又没有直流漂移，可以解决基线偏移问题。此外，这种码的编程简单。 7.列举你观察到的传输的介质，了解到的传输原理进行适当的分析

答：双绞线就是一个很好的传输介质。双绞线传输利用差分传输原理，在发射端将视频信号变换成幅度相等、极性相反的视频信号，通过双绞线传输后，在接收端将二个极性相反的视频信号相减变成通常的视频信号，故能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，其抗干扰能力远比同轴电缆好，而且通过对视频信号的处理，其传输的图象信号也比同轴电缆清晰，同一根网线相互之间不会发生干扰

8. 复习各种编码的编码规则。全零基带信号的HDB3 码是什么？

答：答：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码是占空比为0.5的双极性归零码

9.示波器双踪观察时，NRZ 和HDB3 信号能否逐位对齐，试分析为什么 答：不能对齐，因为NRZ和HDB3有一定的延迟。 10. 11.

八、实验小结

本次试验我掌握增量调制编码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。 了解用

不同速率时钟编码时的输出波形。 理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。 熟悉增量调制系统在不同工作频率、不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。掌握了常用数字基带传输码型的编码规则。

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