【正文】 部分組成，工作速率為50Kb/s~10Mb/s。 當(dāng)信息代碼連0個(gè)數(shù)太多時(shí)，從AMI碼中較難于提取穩(wěn)定的位同步信號(hào)，而HDB3中連0個(gè)數(shù)最多為3，這對(duì)提取高質(zhì)量的位同信號(hào)是有利的。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號(hào)，但仍不能將此信號(hào)作為譯碼器的位同步信號(hào)，需作進(jìn)一步處理。這兩路信號(hào)經(jīng)單/雙極性變換后得到AMI碼或HDB3。圖18 NRZ、AMI、HDB3關(guān)系圖圖19 AMI、HDBRZ|τ= 本單元用CD22103集成電路進(jìn)行AMI或HDB3編譯碼。在做譯碼時(shí)必須提供位同步信號(hào)。HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個(gè)連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰V碼中間有奇數(shù)個(gè)信息1碼時(shí)取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個(gè)信息1碼（包括0個(gè)信息1碼）時(shí)取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或1；HDB3碼中B的符號(hào)符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號(hào)破壞這種符號(hào)交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號(hào)又是交替反轉(zhuǎn)的；。 鎖相環(huán) U16：集成鎖相環(huán)CD4046信源部分的分頻器、三選一、倒相器、抽樣以及(AMI)HDB3編譯碼專用集成芯片CD22103等電路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，說(shuō)明見(jiàn)附錄四。 雙/單極性變換器 U12：非門74HC04 DET （AMI）HDB3整流輸出信號(hào)圖16 HDB3編譯碼方框圖本模塊上的開關(guān)K4用于選擇碼型，K4位于左邊（A端）選擇AMI碼，位于右邊（H端）選擇HDB3碼。 NRZ 譯碼器輸出信號(hào) FS信號(hào)的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號(hào)時(shí)間，其上升沿比NRZOUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼元。在實(shí)驗(yàn)二的數(shù)字調(diào)制單元中，有一個(gè)將絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼的電路，要求輸入的絕對(duì)碼信號(hào)的上升沿及下降沿與輸入的位同步信號(hào)的上升沿對(duì)齊，而這兩個(gè)信號(hào)由數(shù)字信源提供。由表11可以分析出UU以8位為周期的串行信號(hào)。3運(yùn)算，在Q0和Q1端分別輸出選通信號(hào)SS5，這兩個(gè)信號(hào)的頻率相等、等于S3信號(hào)頻率的1/3。BS為位同步信號(hào)。247。 抽樣 U9：D觸發(fā)器74HC74圖11 數(shù)字信源方框圖圖12 幀結(jié)構(gòu)下面對(duì)分頻器，八選一及三選一等單元作進(jìn)一步說(shuō)明。 并行碼產(chǎn)生器 KKK3：8位手動(dòng)開關(guān)，從左到右依次與幀同步碼、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2相對(duì)應(yīng)；發(fā)光二極管：左起分別與一幀中的24位代碼相對(duì)應(yīng) FS 信源幀同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) 發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄狀態(tài)表示0碼。 數(shù)字信源 本模塊是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)終端，模塊內(nèi)部只使用+5V電壓，其原理方框圖如圖11所示，電原理圖如圖13所示（見(jiàn)附錄）。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ）、傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、三階高密度雙極性碼（HDB3）、整流后的AMI碼及整流后的HDB3碼。 掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。實(shí)驗(yàn)其他必備20MHZ雙蹤示波器，萬(wàn)用表等。在學(xué)習(xí)《通信原理》這門課之前，同學(xué)們已基本具備了模擬電路及數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)及調(diào)試能力，通信實(shí)驗(yàn)的主要目的是幫助大家理解通信系統(tǒng)的整體概念及基本理論。話音抽樣頻率可選擇為8K/4K/2K Hz。9. 數(shù)字終端單元該單元輸入NRZ信號(hào)、位同步信號(hào)、幀同步信號(hào)，在位同步及幀同步信號(hào)控制下，將兩路數(shù)字信息從時(shí)分復(fù)用NRZ信號(hào)分接出來(lái)，并用發(fā)光二極管顯示。5. 2DPSK解調(diào)單元該單元采用相干解調(diào)方法解調(diào)2DPSK信號(hào)。2. HDB3編譯碼單元本單元用CD22103芯片完成HDB3或AMI碼的編譯碼，用帶通濾波器及電荷泵鎖相環(huán)提取位同步信號(hào)。目前ΔM應(yīng)用不廣泛且無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，故本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沒(méi)有考慮。所以我們用24比特為一幀的周期信號(hào)取代實(shí)際的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)作為發(fā)端的AK信號(hào)，該周期信號(hào)由兩路數(shù)據(jù)（每路8比特）和7比特幀同步碼以及一未定義比特復(fù)接而成。收濾波器用來(lái)濾除帶外噪聲并與發(fā)濾波器、信道相配合滿足無(wú)碼間串?dāng)_條件。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涵蓋了數(shù)字頻帶傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容及時(shí)分復(fù)用技術(shù),其設(shè)計(jì)思路是如下圖所示的兩路PCM/2DPSK數(shù)字電話系統(tǒng)。通 信 系 統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn)通信教研室 編青島科技大學(xué)電子信息工程系二ＯＯ三年十二月目 錄實(shí)驗(yàn)箱使用簡(jiǎn)介 1實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶信號(hào) 5實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字調(diào)制 14實(shí)驗(yàn)三 模擬鎖相環(huán)與載波同步 18實(shí)驗(yàn)四 數(shù)字解調(diào)與眼圖 23實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步 28實(shí)驗(yàn)六 幀同步 34實(shí)驗(yàn)七 時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 38實(shí)驗(yàn)八 時(shí)分復(fù)用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng) 43實(shí)驗(yàn)九 PCM編譯碼 45實(shí)驗(yàn)十 時(shí)分復(fù)用通話與抽樣定理 53附錄 通信原理實(shí)驗(yàn)各單元電路原理圖 5564 / 64實(shí)驗(yàn)箱使用簡(jiǎn)介為配合《通信原理》課程的理論教學(xué)，我們采購(gòu)了華中科技大學(xué)(原華中理工大學(xué))研制的TX5通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。FSTA BSSLAPCMAPCMAK’STB BSSLBPCMBBSBKcoswct PCM編碼 PCM編碼 同 步 復(fù) 接碼變換2PSK調(diào)制發(fā)濾波器信道coswctBKAKPCM 收濾波器載波同步低通位同步抽樣判決碼反變換CPCPFSF1F2F1CPCPSRASRB 幀同步 PCM譯碼 PCM譯碼aabb信道編碼信道譯碼AK’延遲AK圖中STA、STB分別為發(fā)端的兩路模擬話音信號(hào)，BS為時(shí)鐘信號(hào)，SLA、SLB為抽樣信號(hào)，F(xiàn)為幀同步碼，AK為絕對(duì)碼，BK為相對(duì)碼。由于系統(tǒng)的頻率特性、碼速率與碼間串?dāng)_之間的關(guān)系比較適合于軟件仿真實(shí)驗(yàn)，再考慮到收端有關(guān)信號(hào)波形的可觀測(cè)性，我們?cè)诒緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)中省略了發(fā)濾波器、信道及收濾波器，而直接將2PSK調(diào)制器輸出信號(hào)連接到載波提取單元和相干解調(diào)單元。在收端對(duì)兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行分接，形成兩路并行碼和兩路串行碼，發(fā)端的24比特信號(hào)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要任意設(shè)置。TX3B型通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下面十一個(gè)單元構(gòu)成，其印刷電路板布局圖見(jiàn)后。信源部分的分頻器、三選一、倒相器、抽樣以及(AMI)HDB3編譯碼專用集成芯片CD22103等電路的功能可以用一片EPLD完成，具體見(jiàn)附錄四。6. 2FSK解調(diào)單元該單元采用過(guò)零檢測(cè)方法解調(diào)2FSK信號(hào)。10. PCM編譯碼單元本單元采用TP3057芯片對(duì)兩路模擬音頻信號(hào)進(jìn)行PCM編碼和譯碼。用上述前8個(gè)單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道2DPSK或者2FSK通信系統(tǒng)，用8單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道數(shù)字基帶通信系統(tǒng)。因此在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中，不必詳細(xì)地分析各個(gè)單元電路的工作過(guò)程，只說(shuō)明了它們的作用。在某些實(shí)驗(yàn)步驟中，需用頻率計(jì)、低失真度低頻信號(hào)源、失真儀、頻譜儀等,但無(wú)這些儀器時(shí)絕大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍可完成。 掌握從HDB3碼信號(hào)中提取位同步信號(hào)的方法。 用示波器觀察從HDB3碼中和從AMI碼中提取位同步信號(hào)的電路中有關(guān)波形。本單元產(chǎn)生NRZ信號(hào)，幀結(jié)構(gòu)如圖12所示。 本模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： NRZOUT(AK) NRZ信號(hào)(絕對(duì)碼)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（4個(gè)） 圖11中各單元與電路板上元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 八選一 UUU7：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 （1）分頻器 74161進(jìn)行13分頻，輸出信號(hào)頻率為341kHz。247。SSS3為3個(gè)選通信號(hào)，頻率分別為BS信號(hào)頻率的1/1/4和1/8。 分頻器輸出的SSSSS5等5個(gè)信號(hào)的波形如圖14（a）、（b）所示。（3）三選一 三選一電路原理同八選一電路原理。倒相與抽樣電路就是為了滿足這一要求而設(shè)計(jì)的，它們使NRZOUT及BSOUT信號(hào)滿足碼變換電路的要求。圖15 FS、NRZOUT波形 2. HDB3編譯碼 原理框圖如圖16所示。 BSR 鎖相環(huán)輸出的位同步信號(hào) 圖16中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 相加器 U17：或門74LS32 下面簡(jiǎn)單介紹AMI、HDB3碼編碼規(guī)律。 設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖18所示。工程上，一般將AMI或HDB3碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整流處理，（RZ|τ=）。當(dāng)它的第3腳（HDB3/ AMI）接+5V時(shí)為HDB3編譯碼器，接地時(shí)為AMI編譯碼器。 雙/單極性變換及相加器構(gòu)成一個(gè)整流器。當(dāng)鎖相環(huán)的自然諧振頻率足夠小時(shí)，對(duì)輸入的電壓信號(hào)可等效為窄帶帶通濾波器（關(guān)于鎖相環(huán)的基本原理將在實(shí)驗(yàn)三中介紹）。這也是HDB3碼優(yōu)于AMI碼之處。兩部分功能簡(jiǎn)述如下。譯碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。（5）具有環(huán)回功能四、 實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元。 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號(hào)，示波器探頭的地端接在實(shí)驗(yàn)板任何位置的GND點(diǎn)均可，進(jìn)行下列觀察： （1）示波器的兩個(gè)通道探頭分別接信源單元的NRZOUT和BSOUT，對(duì)照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）； （2）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼1110010（為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），KK3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。觀察AMI碼時(shí)將HDB3單元的開關(guān)K4置于A端，觀察HDB3碼時(shí)將K4置于H端，觀察時(shí)應(yīng)注意AMI、。觀察時(shí)應(yīng)注意： 本實(shí)驗(yàn)中若24位信源代碼中連零很多時(shí)，則難以從AMI碼中得到一個(gè)符合要求的位同步信號(hào)，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同。 3. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號(hào)的原理。再用Q= fo／BL計(jì)算鎖相環(huán)等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)，式中fo=。 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。三、 基本原理本實(shí)驗(yàn)用到數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。數(shù)字調(diào)制單元的原理方框圖如圖21所示，電原理圖如圖22所示（見(jiàn)附錄）。 2DPSK 2DPSK信號(hào)測(cè)試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，VPP 2（A） U8：雙D觸發(fā)器74LS74 濾波器B V1：三極管9013，調(diào)諧回路 2PSK調(diào)制 U21：八選一模擬開關(guān)4051 下面重點(diǎn)介紹2PSK、2DPSK。相同時(shí)2PSK信號(hào)相位不變，可簡(jiǎn)稱為“異變同不變”。實(shí)際工程中，2PSK或2DPSK信號(hào)載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號(hào)的相位變化與AK、BK的關(guān)系當(dāng)然也是符合上述規(guī)律的，即對(duì)于AK來(lái)說(shuō)是“1變0不變”關(guān)系，對(duì)于BK來(lái)說(shuō)是“異變同不變”關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變”規(guī)律。 2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式與2PSK相同，但m(t)為單極性不歸零碼NRZ，NRZ中有直流分量，故2ASK信號(hào)中有載頻分量?？梢?jiàn)，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率譜是數(shù)字基帶信號(hào)m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK（2DPSK）為線性調(diào)制信號(hào)。 熟悉數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號(hào)相位變化與絕對(duì)碼的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)相位變化與相對(duì)碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號(hào)相位變化與信源代碼的關(guān)系）。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 設(shè)絕對(duì)碼為全全0或1001 1010，求相對(duì)碼?？偨Y(jié)2DPSK信號(hào)的相位變化與信息代碼(即絕對(duì)碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)的相位變化與相對(duì)碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察模擬鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)及捕捉過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的載波同步提取模塊用平方環(huán)，原理方框圖如圖31所示，電原理圖如圖32所示（見(jiàn)附錄）。 VCO VCO輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)，VPP＞ 鑒相器 U23：模擬乘法器MC1496；U24：運(yùn)放UA741 247。鎖相環(huán)由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）及壓控振蕩器（VCO）組成，如圖33所示。設(shè)uc(t)=ud(t)F(P)，F(xiàn)(P)為L(zhǎng)F的傳輸算子，VCO的壓控靈敏度為K o，則環(huán)路的數(shù)學(xué)模型如圖34所示。我們稱此為環(huán)路的鎖定狀態(tài)。當(dāng)|Δωo|ΔωP時(shí)，環(huán)路不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)，環(huán)路鎖定后若Δωo發(fā)生變化使|Δωo|ΔωH，環(huán)路不能保持鎖定狀態(tài)。 環(huán)路對(duì)θi(t)呈低通特性，即環(huán)路可以將θi(t)中的低頻成分傳遞到輸出端，θi(t)中的高頻成分被環(huán)路濾除。 環(huán)路自然諧振頻率ωn及阻尼系數(shù)ζ(具體公式在下文中給出)是兩個(gè)重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)一中的電荷泵鎖相環(huán)4046的性能與模擬環(huán)相似，所以它可以將一個(gè)周期不恒定的信號(hào)變?yōu)橐粋€(gè)等周期信號(hào)。實(shí)際工程中考慮到下述問(wèn)題必須用鎖相環(huán)： 接收機(jī)收到的2DPSK信號(hào)中含有噪聲（本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為理想信道，無(wú)噪聲），因而平方電路輸出信號(hào)中也含有噪聲，必須用一個(gè)窄帶濾波器濾除噪