通信技术信号源硬件实验

定义

1.RZ码（归零码）

 RZ编码也成为归零码，归零码的特性就是在一个周期内，用二进制传输数据位，在数据位脉冲结束后，需要维持一段时间的低电平。

2.NRZ码（不归零编码）

 NRZ编码也成为不归零编码，即高电平表示1，低电平表示0。当1位数据传输完成后，信号电平不返回零称为不归零编码。它与RZ码的区别就是它不用归零（一个周期可以全部用来传输数据）这样传输的带宽就可以完全利用。

3. CMI码（传号反转码）【“1”—11、00交替，“0”—01】

CMI码的全称是传号反转码，是一种双极性二电平码， CMI码的编码规则如下：当输入“0”码时，编码固定输出“01”，当输入“1”码时，编码输出则“00“和”11“交替出现1。

优点：有频繁出现的波形跳变，便于恢复定时信号；双极性非归零脉冲，没有直流分量；10为禁用码组，不会出现3个以上的连码，可用来作宏观检测。

4. 曼切斯特编码（双相码）

它是利用信号的跳变方向来决定数据的。在位中间，信号由高向低跳变表示数据0，信号由低向高跳变表示数据1 。01代表0，10代表1或者10代表0，01代表1。

（1）差分双相码  【1—有跳变，0—无跳变】

特点：属于双相码的一种码型

5. AMI码（传号交替反转码）

AMI码也叫传号交替反转码，其编码规则是将消息码的“1”（传号）交替的变换为“+1”和“-1”，而“0”空号保持不变。AMI码对应波形具有正、负、零三种电平脉冲，可看成单极性波形。

（1）AMI码的优点是：由于“1”码元采用了正、负电平交替，所以AMI码的有信号部分的频谱中不含直流成分，高频和低频成分也很少。另外，AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。鉴于这些优点，AMI码是CCITT建议采用的传输码型之一.

（2）AMI码的缺点是：当原二进制信号代码出现连续的“0”码时，信号电平会长时间不变，造成提取定时信号的困难（也就是同步比较困难），解决连续“0”码问题的有效方法之一是采用后面要介绍的HDB3码，它是AMI码的改进码型。

6. HDB3码 （三阶高密度双极性码）

它是AMI码的一种改进码型，改进目的是保持AMI码的优点并克服其缺点，使连续“0”不超过三个，编码规则如下：

（1）当连续“0”小于或等于3个时，其编码和AMI一样；

（2）当连续“0”超过4个时，将每四个连“0”化做一小节，用“000V代替”，V（取值正负）应与前一个非“0”脉冲极性相同；V为破坏脉冲。

（3）相邻的V码极性必须交替（确保无直流）；

（4）V码的极性与前一个非“0”脉冲极性相同，否则将用“0000”用“B00V”代替，B的取值与后面V脉冲一致，B为调节脉冲；

（5）V码后面的传码极性也要交替，例如：

步骤：
①第一个V码前，按AMI规则编码；
②第1个V码极性与前一个非0脉冲极件和呵；
③V码后面的传号码与V码极性相反；
④第2个V码与前一个V码极性相反；
⑤再判V码极性此时与前一个非0脉冲极性是否一致，若一致，无需加调节脉冲：若不一致，加上调节脉冲，使V码与调节脉冲极性一致。
 

一、实验目的

1. 熟悉各种数字信号的特点及波形；

2. 了解数字基带信号波形；

3. 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。

二、实验内容

1. 用示波器观测信号源产生的NRZ码的输出波形；

2. 用示波器观测CMI码、曼彻斯特码的编码和解码输出；

3. 用示波器观测AMI码、HDB3码的编码和解码输出。

三、实验器材（设备、元器件）

1. 双踪示波器；

2. 通信原理实验箱信号源模块、6号、7号模块。

四、实验步骤

1. NRZ码输出波形观测

（1）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，01010101，00110011，S5设为1101，观察并记录NRZ输出波形；

（2）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，01010101，00110011，S5设为1100，观察并记录NRZ输出波形；

（3）将信号源模块S1、S2、S3全部设为0、或全部设为1，S5设为1100，观察并记录NRZ输出波形；

2. 用示波器观测CMI码、曼彻斯特码的编码和解码输出

（1）关闭电源；

（2）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，01010101，00110011，S5设为1100，S4也设为1100；

（3）选择码型为CMI码：模块6拨码开关S1对应00100000；

（4）对照下表完成连线：

  1. 源端口

    目的端口

    连线说明

    信号源：NRZ(8K)

    模块6：NRZIN

    8KNRZ码基带传输信号输入

    信号源：CLK2(8K)

    模块6：BS

    提供编译码位时钟

    模块6：DOUT1

    模块6：DIN1

    电平变换的编码输入A

    模块6：DOUT1

    模块7：DIN

    提供编码数据的位时钟

    模块7：BS

    模块6：BSR

    提取的位时钟给译码模块

※检查连线是否正确，检查无误后打开电源

（5）模块7的S2设置为0111；

（6）以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形；

（7）以NRZIN为内触发源，观察并记录NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致；

（8）模块6上的拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、双相码（00001000），重复上述步骤。

（9）关闭电源。

3. 用示波器观测AMI码和HDB3码的编码和解码输出

（1）连线前关闭电源；

（2）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，00011000，01000011，S5设为1100；S4也设为1100；

（3）选择码型为AMI码：模块6拨码开关对应01000000；

（4）对照下表完成实验连线：

  1. 源端口

    目的端口

    连线说明

    信号源：NRZ(8K)

    模块6：NRZIN

    8KNRZ码基带传输信号输入

    信号源：CLK2(8K)

    模块6：BS

    提供编译码位时钟

    模块6：HDB3/AMI-OUT

    模块7：输入

    锁相环法同步提取输入

    模块7：位同步输出

    模块6：BSR

    提取的位同步输入

    模块6：DOUT1

    模块6：IN-A

    电平变换A路编码输入

    模块6：DOUT2

    模块6：IN-B

    电平变换B路编码输入

    模块6：HDB3/AMI-OUT

    模块6：HDB3/AMI-IN

    电平反变换输入

    模块7：BS

    模块6：BSR

    提取的位时钟給译码模块

    模块6：OUT-A

    模块6：DIN1

    电平反变换A路编码输出

    模块6：OUT-B

    模块6：DIN2

    电平反变换B路编码输出

※检查连线是否正确，检查无误后打开电源

（5）模块7的S2设置为1000；

（6）以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形、DOUT2和NRZ的波形、HDB3/AMI-OUT和NRZ的波形；

（7）以NRZIN为内触发源，观察并记录OUT-A和NRZ的波形、OUT-B和NRZ的波形、NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致；

（8）拨码开关S1选择码型为HDB3码：模块6拨码开关对应10000000。重复（6）、（7）步骤；

五、实验数据分析

1、NRZ码输出波形观测

（1）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，01010101，00110011，S5设为1101，观察并记录NRZ输出波形；

  

（2）将信号源模块S1、S2、S3分别设为01110010，01010101，00110011，S5设为1100，观察并记录NRZ输出波形；

 

数据分析：由(1)(2)可知NRZ输出波形为信号源模块S1、S2、S3连续输出，改变S5的值，信号波形输出不发生变化。

（3）将信号源模块S1、S2、S3全部设为0、或全部设为1，S5设为1100，观察并记录NRZ输出波形；

数据分析：NRZ为不归零编码，二进制数字“0”和“1”分别用高电平和低电平表示，当1位数据传输完成后，信号电平不返回零称为不归零编码；由实验可知，通过调整S5，NRZ输出波形为单极性波形，当信号源模块全设为0或1时，NRZ输出波形为全0或全1信号。

2. 用示波器观测CMI码、曼彻斯特码的编码和解码输出

（1）以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形；

 

（2）以NRZIN为内触发源，观察并记录NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致；

 

数据分析：CMI码是一种非归零编码，即正负交替出现的编码方式。在CMI码中数字0用正、负、正三个电平表示，数字1用负、正、负三个电平表示。示波器上显示的CMI码波形通常呈现出三个电平的交替。CMI码主要优点是，可以减少长时间连续的0或1，从而提高数据传输的可靠性；由(1)(2)可知解码波形与初始信号保持一致；

（3）模块6上的拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形；

 

（4）模块6上的拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、以NRZIN为内触发源，观察并记录NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致；

 

数据分析：模块6开关S1选择码型为归零RZ码，即信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式，由图可观测到解码波形与初始信号保持一致，并且存在时延性；

（5）模块6上的拨码开关S1选择码型为双相码（00001000），以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形；

 

（6）模块6上的拨码开关S1选择码型为双相码（00001000），以NRZIN为内触发源，观察并记录NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致；

 

数据分析：曼彻斯特码（双相码）是一种非归零编码方式，表示在每一位中间有一个跳变，从高到低表示1，从高低到高表示0，它的主要优点是，可以消除直流分量，从而提高数据传输的可靠性。由（5）（6）可知，每一个码元都被调制成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的一半，解码波形与初始信号保持一致。

3、用示波器观测AMI码和HDB3码的编码和解码输出

(1) 以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形、DOUT2和NRZ的波形、HDB3/AMI-OUT和NRZ的波形（最后一个图为NRZ）;

 

 

数据分析：对于AMI码，发送端会将二进制数据转换为“0”、“+1”、“-1”三种电平信号。观察时，我们可以看到每个“0”都表示为零电平，每个“+1”都表示为正电平，而每个“-1”则表示为负电平。

(2) 以NRZIN为内触发源，观察并记录OUT-A和NRZ的波形、OUT-B和NRZ的波形、NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致;

 

数据分析:解码时，接收端将这些电平信号进行还原，得到原始二进制数据，解码波形与初始信号基本保持一致。AMI码无直流分量，低频分量较小，无连码时，经变换后可提取定时分量，长连码时，定时分量提取困难。

(3) 拨码开关S1选择码型为HDB3码：模块6拨码开关对应10000000。以NRZIN为内触发源，观察并记录DOUT1和NRZ的波形、DOUT2和NRZ的波形、HDB3/AMI-OUT和NRZ的波形;

 

(4)拨码开关S1选择码型为HDB3码：模块6拨码开关对应10000000。以NRZIN为内触发源，观察并记录OUT-A和NRZ的波形、OUT-B和NRZ的波形、NRZ-OUT和NRZ的波形，观测解码波形与初始信号是否一致;

 

数据分析：1. 对于HDB3码，发送端会在数据流中插入特殊的编码规则，以便在传输过程中保持DC平衡。在观察HDB3码时，我们可以看到一些特殊的编码规则，如“000V”、“B00V”等。其中，“V”代表一个正或负电平。由（4）知解码时，接收端需要根据这些编码规则对信号进行还原，并得到原始的二进制数据，解码波形与初始信号基本保持一致,并且存在时延性。

2. HDB3码无直流分量，只有很小的低频分量;HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号；编码规则复杂，但译码较简单；利用V脉冲的特点，可用作线路差错的宏观检测，解决了遇连0串不能提取定时信号的问题。

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