数据通信原理讲解

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告课程名称：数据通信原理姓名：系：电子信息工程专业：电子信息工程年级：2010级学号：指导教师：薛岚燕职称：讲师2012年12月3日实验项目列表福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业：电子信息工程年级： 2010姓名：学号： 10226000 实验课程：数据通信原理实验室号：_ 田C－405 实验设备号：实验时间： 2012.11.22 指导教师签字：成绩：实验一数字信号源实验1．实验目的1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。

2、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。

3、掌握数字信号源电路组成原理。

2．实验原理本模块是实验系统中数字信号源，即发送端，其原理方框图如图1-1所示。

本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB。

帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。

图1-1 数字信源方框图（1）分频器74161进行13分频，输出信号频率为341kHz；74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号；40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5。

（2）八选一采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，（3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。

（4）倒相与抽样倒相与抽样电路就是为了满足输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足码变换电路的要求。

3．实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、帧同步信号（FS）、位同步时钟（BS）。

2、用示波器观察NRZ、FS、BS三信号的对应关系。

3、学习电路原理图。

4．主要仪器设备示波器、通信原理实验箱5．实验步骤1、熟悉信源模块的工作原理。

2、打开电源开关及模块电源开关，用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。

3、用同轴电缆将FS输出与示波器外同步信号输入端相连接，把FS作为示波器的外同步信号，进行下列观察：（1）示波器的两个通道探头分别接NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；（2）用拨码K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。

6．实验结果（1）通道探头分别接NRZ-OUT和BS-OUT相应图如下拨码K1产生代码相应图如下输入的K1为01110010 10110010 010100007．实验数据处理与分析<1>通过实验得出NRZ与RZ在波形上有区别，NRZ在一个码元周期内电位维持不变，而RZ在一个码元周期内，高电位只维持一段时间就返回零位。

<2>通过对NRZ，FS，BS三个波形的分析得出NRZ是由帧同步吗和数据共同决定的，BS是信源位同步，与码元周期同步，FS是信源帧同步，是与其帧周期同步。

8．质疑、建议、问题讨论1、时钟信号、信源信号、帧同步信号三者之间是什么关系？2、位同步信号与帧同步信号在整个系统中起什么作用？位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程 专业： 电子信息工程 年级： 2010 姓名： 学号： 10226000 实验课程：数据通信原理实验室号：_ 田C －405 实验设备号： 实验时间： 2012.11.22 指导教师签字： 成绩：实验二 数字调制实验1．实验目的1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。

2、掌握用键控法产生2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 信号的方法。

3、掌握相对码波形与2PSK 信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK 信号波形之间的关系。

4、了解2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。

2．实验内容1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。

2、用示波器观察2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 信号波形。

3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK 、2FSK 、2DPSK 信号的频谱。

3. 实验原理（A ）二进制数字调制原理一．2ASK 1．产生m(t)tcos )t (m )t (e c o ω=NRZ模拟法键控法cos c ωe o (t)1信息代码2ASK2．频谱)t (Cos )t (m )t (cos )t (m )t (e )t (e )(R c c o o eo τωτωττ++=+=]e e )[(R 41cos )(R 21)t (cos t cos )t (m )t (m c c j j m c m c c τωτωττωττωωτ+==+⋅+=-)]f f (P )f f (P [41)f (P c s c s eo -++=式中P s (f)为m(t)的功率密度谱零点带宽 B=2f s =2R B发滤波器最小带宽可为f s (理论值) 也可将基带信号处理后再进行2ASK 调制二．2FSK 1．产生2．频谱 键控法2FSK)]f f (P )f f (P [1)]f f (P )f f(P [41)f (P2c 2s 1c 2s 2c 1s 1c 1s eo -+++-++=式中)(1f p s 是m(t)2s)f (p 1s =)f (p 2ss 2c 1c f 2|f f |>-或1f c f c -f s /2 fc+f s /2相位连续⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎰dt )t (m K t cos A )t (e F c o ω 相位不连续()tcos t m t cos 2c 1c ωω+s 2c 1c f 2|f f |<-2FSK 信号带宽s 2c 1c f 2|f f |B +-=三．2PSK （BPSK ） （绝对调相）⎩⎨⎧-=="0",t cos "1",t cos t cos )t (m )t (e c c c o ωωωTs )1kt 2(t kT 2,BNRZ :)t (m≤≤1． 产生信息代码→2PSK 规律：“异变同不变”，即本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的未相变化180°，相同时则不变。

2．频谱)]f f (p )f f (p[41)f (P c s c s eo -++= ，P eo (f)中无离散谱f c)(f p s 为m(t)的频谱,当p(1)=p(0)时p s (f)中无直流， B=2fs 四．2DPSK （差分相位键控，相对调相） 1．产生 码变换—2PSK 调制法信息代码 cos ωc t 2PSK cos ωc t2PSK绝对码a k →相对码b k 变化规律：“1变0不变”。

b k =a k +b k-1，设b k 初 始值为1，各点波形如图所示：第一个码元内信号的初相可任意假设a k →2DPSK 规律：“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK 信号的初相相对于前一码元内2DPSK 信号的未相变化180°，信息代码为“0”时，则本码元内2DPSK 信号的初相相对于前一码元内2DPSK 信号的末相不变化。

2．频谱 同2PSK （B ）电路原理数字调制单元的原理方框图及电路图分别如图2-1，图2-2所示。

晶振放大器÷2 (A)滤波器A2PSK 调制射随器CAR÷2 (B) 滤波 器B2FSK 调制2ASK 调制码变换BK2ASK2FSK-OUTNRZ-INBS-INAK2DPSK-OUT图2-1 数字调制方框图下面重点介绍2PSK 、2DPSK 。

2PSK 、2DPSK 波形与信息代码的关系如图2-3所示。

图2-3 2PSK 、2DPSK 波形图中假设码元宽度等于载波周期的1.5倍。

2PSK 信号的相位与信息代码的关系是：前后码元相异时，2PSK 信号相位变化180︒，相同时2PSK 信号相位不变，可简称为“异变同不变”。

2DPSK 信号的相位与信息代码的关系是：码元为“1”时，2DPSK 信号的相位变化180︒。

码元为“0”时，2DPSK 信号的相位不变，可简称为“1变0不变”。

应该说明的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。

实际工程中，2PSK 或2DPSK 信号载波频率与码速率之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系。

但不管是哪种关系，上述结论总是成立的。

本单元用码变换——2PSK 调制方法产生2DPSK 信号，原理框图及波形图如图2-4所示。

相对于绝对码AK 、2PSK 调制器的输出就是2DPSK 信号，相对于相对码、2PSK 调制器的输出是2PSK 信号。

图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与AK 、BK 的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK 来说是“1变0不变”关系，对于BK 来说是“异变同不变”关系，由AK 到BK 的变换也符合“1变0不变”规律。

图2-4中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK 也可能具有相反的序列即“00100”，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。

2DPSK 通信系统可以克服上述2PSK 系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK 而不用2PSK （多进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPSK ），此问题将在数字解调实验中再详细介绍。

+2PSK 调制2DPSK(AK)2PSK(BK)T SA KB KB K -1图2-4 2DPSK 调制器2PSK 信号的时域表达式为S(t)= m(t)Cos ωc t式中m(t)为双极性不归零码BNRZ ，当“0”、“1”等概时m(t)中无直流分量，S(t)中无载频分量，2DPSK 信号的频谱与2PSK 相同。

2ASK 信号的时域表达式与2PSK 相同，但m(t)为单极性不归零码NRZ ，NRZ 中有直流分量，故2ASK 信号中有载频分量。

2FSK 信号（相位不连续2FSK ）可看成是AK 与AK 调制不同载频信号形成的两个2ASK 信号相加。

时域表达式为t t m t t m t S c c 21cos )(cos )()(ωω+=式中m(t)为NRZ 码。