通信原理实验习题解答

通信原理教学实验系统习题解答实验一 1. 根据实验观察和纪录回答：（1）不归零码和归零码的特点是什么？（2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？答：1）不归零码特点：脉冲宽度 t 等于码元宽度Ts 归零码特点：t Ts2）与信源代码中的“1”码对应的AMI码及HDB3码不一定相同。因信源代码中的“1”码对应的AMI码“1”、“-1”相间出现，而HDB3码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。举例：信源代码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 0 0 0 1 0 -12. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。 答： 信息代码 1 1 1 1 1 1 1 AMI 1 -1 1 -1 1 -1 1 HDB3 1 -1 1 -1 1 -1 1 信息代码 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 0 0 0 1 -1 0 0 1 -1 0 0 1 -1 信息代码 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 AMI 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 HDB3 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0-1 0 1 -1 1 0 0 1 -1 0 0 0 1 03. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。答： HDB3中不含有离散谱fS(fS在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱fS成分，故可通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。4. 试根据占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式说明为什么信息代码中的连0码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。答： t = 0.5 TS时单极性归零码的功率谱密度为： 式中在数值上等于码速率，P为“1”码概率G(f)为t = 0.5 TS的脉冲信号的富氏变换 将HDB3码整流得到的占空比为0.5的单极性归零码中连“0”个数最多为3 ，而将AMI码整流后得到的占空比为0.5的单极性归零码中连“0”个数与信息代码中连“0”个数相同。所以信息代码中连“0”码越长，AMI码对应的单极性归零码中“1”码出现概率越小，fS离散谱强度越小，越难于提取位同步信号。而HDB3码对应的单极性归零码中“1”码出现的概率大，fS离散谱强度大，于提取位同步信号。实验二 1. 设绝对码为全1、全0或1001 1010，求相对码。答： 绝对码 11111，00000，10011010 相对码 10101，00000，11101100 或 01010，11111，000100112. 设相对码为全1、全0或1001 1010，求绝对码。答： 绝对码 11111，00000，10011010 相对码 00000，00000，01010111 或 10000，10000，110101113. 设信息代码为1001 1010，载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2DPSK及2PSK信号波形。4. 总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。答： 绝对码至相对码的变换规律 “1”变“0”不变，即绝对码的“1”码时相对码发生变化，绝对码的“0”码时相对码不发生变化。此为信号差分码。 相对码至绝对码的变换规律相对码的当前码元与前一码元相同时对应的当前绝对码为“0”码，相异时对应的当前绝对码为“1”码。5. 总结2DPSK信号的相位变化与信息代码之间的关系以及2PSK信号的相位变化与信息代码之间的关系。答： 2DPSK信号的相位变化与绝对码（信息代码）之间的关系是：“1变0不变”，即“1”码对应的2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相变化180º，“0”码对应的2DPSK信号的初相与前一码元内2DPSK信号的末相相同。2PSK 信号的相位变化与相对码（信息代码）之间的关系是：“异变同不变”，即当前码元与前一码元相异时则当前码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的末相变化180º。相同时则码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的末相无变化。实验三1. 总结模拟锁相环锁定状态及失锁状态的特点。 答： 模拟环锁定状态的特点：输入信号频率与反馈信号频率相等，鉴相器输出电压为直流。模拟环失锁状态的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。2. 设K0=18 Hz/V ，根据实验结果计算环路同步带fH及捕捉带fP 。 答： 代入指导书中的“3式”计算，例：V1=12V，则fH =18×6=108HzV2=8V，则fP =18×4=72Hz3. 由公式及计算环路参数n和，式中 Kd =6V/rad，Ko=2×18 rad/s·v，R25 =2×104 W，R68 =5×103 W，C11=2.2×10-6 F 。 （fn=n/2应远小于码速率，应大于0.5 )。答： 远小于码速率170.5（波特）4. 总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。 答：平方运算输出信号中含有2fC离散谱，模拟环输出信号频率等于2fC，二分频，滤波后得到相干载波。¸2电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态。实验四 1. 设绝对码为1001101，相干载波频率等于码速率的1.5倍，根据实验观察得到的规律，画出CAR-OOT与CAR同相、反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。答：当相干载波为-cosC t时，MU、LPF及BK与载波为cosC t时的状态反相，但AK仍不变（第一位与BK的起始电平有关）。2DPSK系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。实验五 1. 数字环位同步器输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时，提取的位同步信号相位抖动增大，试解释此现象。答：输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时，鉴相器输出脉冲的平均周期增大，数字环路滤波器输出的控制信号平均周期增大，即需经过更长的时间才对DCO的相位调整一次。而DCO输出的位同步信号重复频率与环路输入的NRZ码的码速率之间有一定的误差，当对DCO不进行相位调整时，其输出信号的上升沿与码元中心之间的偏差将不断增大，相位调节时间间隔越长这种偏差越大，即位同步信号相位抖动越大。 2. 设数字环固有频差为f，允许同步信号相位抖动范围为码元宽度TS的倍，求同步保持时间tC及允许输入的NRZ码的连“1”或“0”个数最大值。答：tC时间内由固有频差产生的相位误差为f tC，时间可等效为相位值为，故即在tC时间内不对DCO进行相位调节，位同步信号抖动范围小于。设允许输入的NRZ码的连“1”或连“0”最大个数为M，鉴相N次后DLF才有一个输出信号即对DCO进行一次相位调节，则 3. 数字环同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大，试解释此现象。答：固有频差越大，DCO输出位同步信号与环路输入信号之间的相位误差增大得越快，而环路对DCO的相位调节时间间隔，平均值是不变的（当输入信号一定时），故当固有频差增大时，位同步信号的同步抖动范围增大。4. 若将AMI码或HDB3码整流后作为数字环位同步器的输入信号，能否提取出位同步信号？为什么？对这两种码的信息代码中的连“1”个数有无限制？对AMI码的信息代码中连“0”个数有无限制？对HDB3码的信息代码中连“0”个数有无限制？为什么？ 答：能。因为将AMI码或HDB3码整流后得到的是一个单极性归零码，其上升沿收使鉴相器输出高电平，从而使位同步正常工作。对这种码的信息代码连“1”个数无限制，因连“1”代码对应AMI码及HDB3码为宽度等于码元宽度一半的正脉冲或负脉冲，整流后全为占空比为0.5的正脉冲，脉冲上升沿个数等于信息代码“1”码个数。对AMI码的信息代码中连“0”个数有限制，因AMI码连“0”个数等于信息代码连“0”个数，不产生脉冲，也就没有上升沿。对HDB3码的信息代码中连“0”个数无限制，因为不管信息代码连“0”个数有多大，HDB3码中连“0”个数最多为3。即鉴相器在四个码元内至少工作一次。6. 试解释本实验使用的数字锁相环快速捕捉机理，并与超前滞后型数字环比较。 答：本实验中可对DCO的分频比任意调节，一次调节就可使环路锁定，而在超前滞后型数字环中每次调节只能使DCO的分频比增大1或减1，需多次调节才能使环路锁定。实验六2. 本实验中同步器由同步态转为捕捉态时÷24信号相位为什么不变？答：因判决器无输出，与门4无输出，故÷24（24分频）电路无复位脉冲，其输出的÷24信号相位保持不变。 3. 同步保护电路是如何使假识别信号不形成假同步信号的？ 答：假识别信号与或门输出信号不同步，与门1输出中无假识别信号。因而，假识别信号不能通过与门4，所以单稳输出信号仅与中负同步码对应的识别信号有关，而与假识别无关，这样假识别信号就不能形成假同步信号。实验七 1.本实验系统中，为什么位同步信号在一定范围内抖动时并不发生误码？位同步信号的这个抖动范围大概为多少？在图7-5所示的实际通信系统中是否也存在此现象？为什么。答：本实验系统中信道是理想的，无噪声且无码间串扰，只要位同步抖动范围不超过码元宽度就不会发生误码（当BD处于NRZ码中间时）。图7-5所示实际通信系统中则不存在这种现象。在那里即使位同步信号无任何抖动，由于信道噪声不可能为零，必然有误码。而位同步信号抖动范围越大误码率越大。2.帧同步信号在对复用数据进行分接时起何作用，用实验结果加以说明。答：帧同步信号可以确保分接器对时分复用信号进行正确分接。实验八 1.画出2DPSK系统七个模块的信号连接图，标出信号流向。答：其中手工接线有五根： 解调模块CM提供给 位同步模块（接位同步模块的S-IN点）；位同步模块BS-OUT分别接 解调模块BS-IN点 和 帧同步模块BS-IN点；解调模块AK-OUT分别接 帧同步模块S-IN点 和 终端模块S-IN点。 2.位同步信号的上升沿为什么要处于2DPSK解调器或2FSK解调器的低通滤波器输出信号的码元中心？答：通常低通滤波器输出信号在码元中间幅度最大，噪声容限大，因而位同步信号上升沿对准码元中间可使误码率最小。4.此2DPSK实验系统中，若不能正确传输两路数据，排除故障的最优步骤是什么？答：依照信号流程检查各单元，找出故障产生点，予以排除。0）检查电源输出和接线；1）信源单元帧同步识别码设置是否正确（K1应设置为×1110010）；2）载波同步单元的锁相环是否完全锁定（调节可变电容使Ud处于同步带中间）3）2DPSK解调单元MU、LPF波形以及Vc电压设置是否正确（调节电位器使MU、LPF波形符合要求，Vc处于LPF中值）；4）位同步单元锁相环是否正确锁定（调节可变电容使BS-OUT抖动足够小）；实验九2. 设PCM通信系统传输两路话音，每帧三个时隙，每路话音各占一个时隙，另一个时隙为帧同步时隙，使用TP3057编译码器。求： (1) 编码器的抽样信号频率及时钟信号频率，以及两个抽样信号之间的相位关系。 (2) 时分复用信号码速率、帧结构。 (3) 采用PCM基带传输，线路码为HDB3码，设计此通信系统的详细方框图以及PCM编译码电路。(4) 采用PCM/2DPSK频带传输，设计此通信系统的详细方框图。答：（1）抽样信号频率为8KHz ，时钟信号频率为192KHz ； 实验十1. 画出抽样频率分别为8K/4K/2KHz时，理想话音抽样器的输出信号频谱示意图（话音信号频率范围为0.3K3.4KHz）。答：* 阴影表示频谱混叠- 9 -_教师使用 华中科技大学电信系