【文章內(nèi)容簡介】 （PCMOUT）導(dǎo)入譯碼器，在譯碼輸出端TP14可觀察到經(jīng)過譯碼后的1KHz音頻信號。五、實驗報告1．闡述PCM編譯碼的過程和工作原理。2．整理測量得到的各種數(shù)據(jù)和觀察到的波形。3．寫出實驗心得。實驗四 AMI/HDB3編譯碼實驗 一、實驗?zāi)康?．掌握AMI/HDB3碼的編碼規(guī)則及其特性；2．了解采用CD22103專用芯片實現(xiàn)的編譯碼電路。二、實驗儀器與設(shè)備1．THEXZ2型實驗箱、數(shù)字信號發(fā)生模塊、AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K；2．20MHz雙蹤示波器。三、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中，有時不經(jīng)過數(shù)字基帶信號與信道信號之間的變換，只由終端設(shè)備進行信息與數(shù)字基帶信號之間的變換，然后直接傳輸數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳輸中經(jīng)常采用AMI碼(符號交替反轉(zhuǎn)碼)和HDB3碼(三階高密度雙極性碼)。 1．傳輸碼型在數(shù)字復(fù)用設(shè)備中，內(nèi)部電路多為一端接地，輸出的信碼一般是單極性非歸零信碼。這種碼在電纜上長距離傳輸時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地(即對地是平衡的)，這里就要選用一種適合線路上傳輸?shù)拇a型，通常有以下幾點考慮：(1) 在選用的碼型的頻譜中應(yīng)該沒有直流分量，低頻分量也應(yīng)盡量少。這是因為終端機輸出電路或再生中繼站都是經(jīng)過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量的。(2) 傳輸型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是因為電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重，當碼型頻譜中高頻分量較大時，限制了信碼的傳輸距離或傳輸質(zhì)量。 (3) 碼型應(yīng)便于再生定時電路從碼流中恢復(fù)位定時。若信號連“0”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，恢復(fù)位定時就困難，所以應(yīng)該使變換后的碼型中連“0”較少。 (4) 設(shè)備簡單，碼型變換容易實現(xiàn)。(5) 選用的碼型應(yīng)使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形的誤碼率比單極性信號低。 根據(jù)這些原則，在傳輸線路上通常采用AMI碼和HDB3碼。 2．AMI碼 用“0”和“1”代表空號和傳號。AMI碼的編碼規(guī)則是“0”碼不變，“1”碼則交替地轉(zhuǎn)換為+1和1。當碼序列是100100011101時，AMI碼為：+1001000+11+91。通常脈沖寬度為碼元寬度的一半，這種碼型交替出現(xiàn)正、負極脈沖，所以沒直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖311所示，AMI碼的能量集中于f0/2處(f0為碼速率)。這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將“1”翻轉(zhuǎn)為“+1”，恢復(fù)成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經(jīng)常出現(xiàn)的長連“0”的問題。圖312所示為4級偽隨機序列的AMI碼及其波形。從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進制符號序列變成了一個三進制符號序列，而且也是二進制符號變換成一個三進制符號。把一個二進制符號變換成一個三進制符號所構(gòu)成的碼稱為1B/1T碼型。 圖311 AMI碼的頻譜示意圖 圖312 AMI碼及其波形 AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即當它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。3．HDB3碼及變換規(guī)則為了保持AMI碼的優(yōu)點而克服其缺點，人們提出了許多種類的改進AMI碼，HDB3碼就是其中有代表性的碼。HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是這樣的：先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當沒有4個以上連“0”串時，則按AMI規(guī)則編碼，當出現(xiàn)4個連“0”碼時，以碼型取代節(jié)“000V”或“B00V”代替四連“0”碼。選用取代節(jié)的原則是：用B脈沖來保證任意兩個相連取代節(jié)的V脈沖間“1”的個數(shù)為奇數(shù)。當相鄰V脈沖間“1”碼數(shù)為奇數(shù)時，則用“000V”取代，為偶數(shù)個時就用“B00V”取代。在V脈沖后面的“1”碼和B碼都依V脈沖的極性而正負交替改變。為了討論方便，我們不管“0”碼，而把相鄰的信碼“1”和取代節(jié)中的B碼用B1B2......Bn表示，Bn后面為V，選取“000V”或“B00V”來滿足Bn的n為奇數(shù)。當信碼中的“1”碼依次出現(xiàn)的序列為VB1B2B3... BnVB1時，HDB3碼為+ + ... +或為 + +...+ + 。由此看出，V脈沖是可以辨認的，這是因為Bn和其后出現(xiàn)的V有相同的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱V脈沖為破壞點，必要時加取代節(jié)B00V，保證n永遠為奇數(shù)，使相鄰兩個V碼的極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中，相鄰兩個V碼之間或是其余的“1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則。經(jīng)過這樣的變換，既消除了直流成分，又避免了長連“0”時位定時不易恢復(fù)的情況，同時也提供了取代信息。圖313給出了HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的要求。 圖314給出一個特定信碼的HDB3編碼方法。 圖313 HDB3碼的頻譜示意圖例如，信碼為：1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1若前一個破壞點為V，且它至第一個連“0”串前有奇數(shù)個B，則HDB3碼為：若前一個破壞點為V+ ，且它至第一個連“0”串前有偶數(shù)個B，則HDB3碼為：圖314 特定信碼的HDB3編碼方法這里B+ 、B分別表示符合極性交替規(guī)則的正脈沖和負脈沖。V+和V 分別表示破壞極性交替規(guī)則的正脈沖和負脈沖，由此可見HDB3碼的波形不是唯一的，它與出現(xiàn)四連“0”碼之前的狀態(tài)有關(guān)。由于HDB3碼能較好地滿足傳輸碼型的各項要求，所以常被用于遠端接口電路中。在△M編碼、PCM編碼和ADPCM編碼等終端機中或多種復(fù)接設(shè)備中，都需要HDB3碼型變換電路與之相配合。 圖315將NRZ碼、HDB3碼和AMI碼編碼方式作一比較。圖315 NRZHDB3AMI編碼方式雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必定是連0符號，從而恢復(fù)4個連0碼，再將所有1變成+1后便得到原消息代碼。HDB3碼保持了AMI碼的優(yōu)點，克服了AMI碼在遇到連“0”長時難以提取定時信息的困難，因而獲得廣泛應(yīng)用。CCITT已建議把HDB3碼作為PCM終端設(shè)備一次群到三次群的接口碼型。 4．實際電路本實驗?zāi)K采用了U1（CD22103）專用芯片實現(xiàn)AMI/HDB3的編譯碼，沒有采用復(fù)雜的線圈耦合的方法來實現(xiàn)HDB3碼字的測試，而是采用U2對HDB3的輸出進行變換。輸入的碼流由U1的1腳在2腳時鐘信號的推動下輸入，HDB3與AMI由K1選擇。編碼之后的結(jié)果在U1的14，15腳輸出。而后在電路上直接由U1的11，13腳返回，再由U1進行譯碼。正確譯碼之后TP1與TP3的波形應(yīng)一致，但由于編譯碼的規(guī)則較復(fù)雜，當前的輸出HDB3碼字可能與前四個碼字有關(guān)，因而HDB3的編譯碼時延較大。AMI/HDB3的選擇可通過K1設(shè)置，當K1設(shè)置在12狀態(tài)時，U1完成HDB3編譯碼過程，設(shè)置在23狀態(tài)時，U1完成AMI編譯碼過程。電路原理圖如下：四、實驗步驟 （一）準備“數(shù)字信號發(fā)生模塊”，用示波器檢查“全一碼”、“全零碼”、“3級偽碼”、“4級偽碼”、“5級偽碼”及64K時鐘的輸出狀態(tài)（各級偽碼時鐘確定在64KHz）。（二）“AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K”的K1接3即選擇AMI模式， J2輸入64KHz時鐘信號，J1依次輸入“全一碼”、“全零碼”、“3級偽碼”、“4級偽碼”、“5級偽碼”，J3輸入D64K時鐘。1．“全一碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“全一碼”和TP7的“全一碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。2．“全零碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“全零碼”和TP7的“全零碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合HDB3碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。3．“3級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“3級偽碼”和TP7的“3級偽碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。4．“4級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“4級偽碼”和TP7的“4級偽碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。5．“5級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“5級偽碼”和TP7的“5級偽碼”的AMI編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。（三）“AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K”的K1接2即選擇HDB3模式，步驟同（二）檢測HDB3的編譯碼，并于AMI相比較。五、實驗報告1．寫出AMI碼和HDB3碼的編碼規(guī)則。2．結(jié)合AMI碼和HDB3碼的編碼規(guī)則，對以上五種信碼進行編碼（畫在方格紙上），并和測試結(jié)果進行比較。3．結(jié)合編碼框圖，對電原理圖各部分電路進行分析。實驗五 振幅鍵控（ASK）調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?．掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK信號的方法。2．掌握2ASK非相干解調(diào)的原理。二、實驗儀器與設(shè)備1．THEXZ2型、2ASK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊、數(shù)字信號發(fā)生模塊2．20MHz以上雙蹤示波器；1號實驗導(dǎo)線。三、實驗原理調(diào)制信號為二進制序列時的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個獨立的可控參量，當用二進制信號分別調(diào)制這三種參量時，就形成了二進制振幅鍵控(2ASK)、二進制移頻鍵控（2FSK）、二進制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號，而每種調(diào)制信號的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。1. 2ASK調(diào)制原理在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號的變化而變化的。使載波在二進制基帶信號1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無來代表信號中的“1”或“0”，這樣就可以得到2ASK信號，這種二進制振幅鍵控方式稱為通—斷鍵控（OOK）。2ASK信號典型的時域波形如圖11所示，圖1 2ASK信號的典型時域波形其時域數(shù)學(xué)表達式為：S2ASKt=an?Acosωct 11式中，A為未調(diào)載波幅度，ωc為載波角頻率，an為符合下列關(guān)系的二進制序列的第n個碼元：an=0 amp。出現(xiàn)概率P1 amp。出現(xiàn)概率為1P 12綜合式11和式12，令A(yù)＝1，則2ASK信號的一般時域表達式為：S2ASKt=nan?gtnTscosωct=Stcosωct 13式中，Ts為碼元間隔，gt為持續(xù)時間Ts/2,Ts/2內(nèi)任意波形形狀的脈沖（分析時一般設(shè)為歸一化矩形脈沖），而S(t)就是代表二進制信息的隨機單極性脈沖序列。2ASK信號的產(chǎn)生方法比較簡單。首先，因2ASK信號的特征是對載波的“通－斷鍵控”，用一個模擬開關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進制序列S(t)控制門的通斷，St=1時開關(guān)導(dǎo)通；St=0時開關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱為通－斷鍵控法。其次，2ASK信號可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實現(xiàn)2ASK調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。2. 2ASK解調(diào)原理2ASK有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如圖2所示。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個“抽樣判決器”方框，這對于提高數(shù)字信號的接收性能是必要的。（1）非相干解調(diào)方式（2）相干解調(diào)方式圖2 2ASK解調(diào)原理框圖3. 實驗原理1）ASK調(diào)制電路調(diào)制實驗電路采用通－斷鍵控法，2ASK調(diào)制的基帶信號和載波信號分別從“S1(t)”和“f(t)”輸入，調(diào)制信號從“2ASK(out)”輸出。其實驗框圖和電路原理圖分別如圖圖4所示。圖3 2ASK調(diào)制實驗框圖圖4 2ASK調(diào)制原理圖2）ASK解調(diào)電路解調(diào)實驗電路采用包絡(luò)檢波法，其實驗框圖和電路原理圖分別如圖圖6所示。2ASK調(diào)制信號從“2ASK(in)”輸入，經(jīng)C2和R2組成的耦合電路至半波整流器（由DD2組成），半波整流后的信號經(jīng)低通濾波器U3（TL082）、電壓比較器U4（LM339）與參考電位比較后送入抽樣判決器進行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進制信號。電位器RW2用來調(diào)節(jié)電壓比較器U4的判決電壓。判決電壓過高，將會導(dǎo)致正確的解調(diào)結(jié)果丟失；判決電壓過低，將會導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的時鐘信號就是2ASK基帶信號的位同步信號，該信號從“S2(t)”輸入，從數(shù)字信號發(fā)生模塊直接引入。在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串擾的條件。本實驗中為了簡化實驗設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想的，所以在解調(diào)部分的輸入端也沒有加帶通濾波器。圖5 2ASK解調(diào)實驗框圖圖6 2ASK解調(diào)原理圖四、實驗內(nèi)容與步驟1. 2ASK調(diào)制實驗1．將2ASK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊、數(shù)字信