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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