实验一数字基带信号的产生及波形变换实验

实验一数字基带信号的产生及波形变换实验
一、实验目的
（1）了解多种时钟信号的产生方法；
（2）了解帧同步信号的产生过程；
（3）了解几种常见的数字基带信号；
（4）掌握AMI码的编码规则。

二、实验原理
通信的根本任务是远距离传递消息，因而如何准确地传输数字信息是数字通信的一个重要组成部分。

在数字传输系统中，其传输对象通常是二元数字信息，它可能来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。

对基带传输系统的要求就是选择一组有限的离散波形来表示数字信息。

其中未调制的电脉冲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。

数字基带信号实际上是消息代码的电波形，不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构。

在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传送，但必须合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构。

通常把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换，在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。

对于数字基带信号的码型选择通常考虑的原则是：
（1）对于传输频带低端受限的信道，其线路传输码型的频谱中应不含直流分量；（2）码型变换过程应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关；（3）便于从基带信号中提取位定时信息；
（4）便于实时监测传输系统信号传输质量，即应能检测出基带信号码流中错误的信号状态；
（5）对于某些基带传输码型，信道中传输的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码信息中出现多个错误，这种现象称为误码扩散。

希望这种情况越少越好；
（6）当采用分组形式的传递码型时，在接收端不但要从基带信号中提取位定时信息，而且要恢复出分组同步信息，以便将接收到的信号正确地划分成固定长度的码组；
（7）尽量减少基带信号频谱中的高频分量；
（8）编译码设备应尽量简单。

数字基带信号在通信系统中占有比较重要的位置，本实验是整个通信实验系统的数字发送端，其原理框图如图 1-1 所示。

图1-1 数字信源方框图
本单元产生六种数字基带信号，分别是单极性非归零码（NRZ）、双极性非归零码（BNRZ）、单极性归零码（RZ）、双极性归零码（BRZ）、传号交替反转码（AMI）和双相码（BPH）。

六种基带信号码速率约为170.5kHz。

此外，本实验模块还产生不同频率的方波及脉冲信号，作为其它各实验模块的时钟和帧同步信号。

帧结构如图1-2所示。

帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（七位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。

此信号为集中插入帧同步码时分复用信号。

实验电路中帧同步码和数据码用发光二极管指示，发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。

图1-2 数字信源输出帧结构
图1-1中S1~S5的波形参考如下图1-3所示。

图1-3 S1~S5波形
三、实验仪器
1、现代通信原理实验装置（台）；
2、双踪同步示波器。

四、实验内容
（一）电源检查
将漏电断路器搬向“ON”电源指示灯亮；
把船型开关打开，低压电源工作正常仪器仪表应指示正常；
按下数字基带信号发生与波形变换实验模块电路上的微型开关S201，则对应的+5V、-5V发光二极管指示灯亮，说明电源均正常，可以进行实验；
如果上述环节不正常，应请实验教师帮助检查；
如果其它实验模块电源被打开，请将其关闭。

（二）实验内容及步骤
1、编码开关与编码数据显示的检查：本模块有三只8位拨码开关SW201、
SW202和SW203（共24位）用于设置24位基带信号的数据，每位开关拨
置于“ON”为数据“1”，反之，为“0”。

24只发光管LED201-LED224用
于显示数据编码情况，“亮”为“1”，“灭”为“0”。

拨动编码开关，观察
发光管显示是否正确。

我们可将这24（3⨯8）位定义为基带信号的一帧（实
际情况应为32⨯8=256位），其帧结构为：前8位为帧同步特征码，后16
位为两组8位的数据码。

如图2-4所示。

用示波器在TP206测试端可测得
此波形（这里数据1和数据2分别设置为11000000和11100000，也可设
置为其它数据）。

图2-4 帧结构及波形
2、测试其它各点波形：这里将24位数据设置为100000001100000011100000，用示波器在下列测试端测得如下信号波形。

（1）TP201（CLK）——系统时钟：频率为4433.168KHz±0.2KHz，波形为方波（可能不规则，但属正常），峰—峰值：4.5Vp-p左右；
（2）TP202（BS）——位同步信号：频率为170.5KHz，波形为方波，占空比为50%，峰—峰值： 5Vp-p左右。

BS波形如下图所示。

（3）TP203（FS）——帧同步信号：频率为7.10KHz的方波，占空比为60%，峰—峰值：5Vp-p左右，波形如图所示。

（4）TP204（BRZ）——基带信号：信号码元速率为170.5KHz（双极性归零码），波形为方波，峰—峰值：10Vp-p左右，码元宽度1/170.5 KHz。

由于是归零码，其“±1”脉冲的实际宽度为单极性非归零码的一半。

是单极性非归零码（NRZ）的变形，具体波形随NRZ的波形而变化。

波形如图所示。

（5）TP205（RZ）——基带信号：信号码元速率为170.5KHz（单极性归零码），波形为方波，峰—峰值： 5Vp-p左右，码元宽度1/170.5 KHz。

由于是归零码，其“ 1”脉冲的实际宽度为单极性非归零码的一半，它是单极性非归零码（NRZ）的变形，具体波形随NRZ的波形而变化。

波形如图所示。

（6）TP206（NRZ）——基带信号：信号码元速率为170.5KHz（单极性非归零码），波形为方波，峰—峰值： 5Vp-p左右，码元宽度1/170.5 KHz，具体波形由编码开关SW201、SW202和SW203的设置确定。

这里我们假设为100000001100000011100000。

波形如图所示。

（7）TP207（BNRZ）——基带信号：信号码元速率为170.5KHz（双极性归零码），波形为方波，峰—峰值： 10Vp-p左右，码元宽度1/170.5 KHz，是单极性非归零码（NRZ）的变形，具体波形随NRZ的波形而变化。

波形如图所示。

（8）TP208（AMI）——基带信号：信号码元速率为170.5KHz（传号交替反转码），波形为方波，峰—峰值： 10Vp-p左右，码元宽度1/170.5 KHz，也是一种归零码，其“± 1”脉冲的实际宽度为单极性非归零码的一半。

它是单极性非归零码（NRZ）的变形，具体波形随NRZ的波形呈“+1”和“-1”交替变化。

波形如图所示。

（9）TP209（BPH）——基带信号：波形为方波（双相码），峰—峰值： 5Vp-p 左右，是单极非归零码（NRZ）的变形，具体波形随NRZ的波形而变化。

波形如图所示。

（10）内部选通信号波形：内部选通信用于将并行数据信号转换为串行数据信号。

波形见图2-3。

从上到下分别为S1、S2、S3、S4和S5。

五、实验报告1、整理实验记录，重新画出TP201~TP209和S1~S5的波形。