數(shù)據(jù)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(網(wǎng)絡(luò)工程使用)

1、佛 山 科 學(xué) 技 術(shù) 學(xué) 院數(shù) 據(jù) 通 信 原 理 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書李 萍 編機(jī)電與信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系二0一一年三月前 言現(xiàn)代通信包括傳輸、復(fù)用、交換、網(wǎng)絡(luò)等四大技術(shù)。通信原理課程主要介紹傳輸及復(fù)用技術(shù)。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)。FSTA BSSLAPCM-APCMAKSTB BSSLBPCM-BBSBKcoswct 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

2、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。在收端CP為位同步信號(hào)，F(xiàn)S為幀同步信號(hào)，F(xiàn)1、F2為兩個(gè)路同步信號(hào)，SRA、SRB為兩個(gè)PCM譯碼器輸出的模擬話音信號(hào)。圖中發(fā)濾波器用來限制進(jìn)入信道的信號(hào)帶寬，提高信道的頻帶利用率。收濾波器用來濾除帶外噪聲并與發(fā)濾波器、信道相配合滿足無碼間串?dāng)_條件。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

3、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。信道編譯碼實(shí)驗(yàn)也比較易于用軟件仿真，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也不考慮。對(duì)普通語音信號(hào)進(jìn)行編碼而產(chǎn)生的PCM信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，不適于用示波器觀察信號(hào)傳輸過程中的變化。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。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。由兩路實(shí)際的話音信號(hào)(或兩路正弦信號(hào))形成的PCM時(shí)分復(fù)用信號(hào)則不再經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)而直接送給PCM譯碼器，實(shí)驗(yàn)者可以觀察到PCM

4、話音（或正弦信號(hào)）波形、量化噪聲、過載噪聲，從而理解PCM編譯碼原理。HDB3碼及AMI碼是基帶傳輸中的重要碼型，其編碼規(guī)律、位同步提取原理是課堂教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此也是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。TX-3型通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下面十二個(gè)單元構(gòu)成。 1. 數(shù)字信源單元 該單元產(chǎn)生碼速率約為170.5KB的單極性不歸零碼（NRZ碼），數(shù)字信號(hào)幀長為24bit，其中包括兩路數(shù)字信息，每路8bit，另外8bit中的7bit為集中插入幀同步碼，1bit無定義。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)。信源部分的分頻器

5、、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，具體見附錄四。3. 數(shù)字調(diào)制單元該單元將NRZ碼對(duì)頻率約為2.216MHZ的正弦載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生2DPSK及2ASK信號(hào)。將NRZ碼對(duì)2.216MHZ及1.608MHZ的正弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生2FSK信號(hào)。4. 載波同步單元該單元采用平方環(huán)從2DPSK信號(hào)中提取相干載波。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)。6. 2FSK解調(diào)單元該單元采用過零檢測方法解調(diào)2FSK信號(hào)。7. 位同步單元該單元用全數(shù)字鎖相環(huán)從信源的NRZ信號(hào)中或從2DPSK解調(diào)單元（或2FS

6、K解調(diào)單元）的比較器輸出信號(hào)中提取位同步信號(hào)。8. 幀同步單元該單元從信源的NRZ信號(hào)或從2DPSK解調(diào)單元（或2FSK解調(diào)單元）解調(diào)輸出的NRZ信號(hào)中提取幀同步信號(hào)。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，并用發(fā)光二極管顯示。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。時(shí)分復(fù)用PCM信號(hào)碼速率為2.048MB，幀結(jié)構(gòu)類似于PCM基群信號(hào)，但只傳輸兩路數(shù)字音頻信號(hào)，其中一路信號(hào)放在第2個(gè)時(shí)隙，另一路可放在第1、2、5、7任何一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第0個(gè)時(shí)隙中有7位

7、幀同步碼，其余29個(gè)時(shí)隙為全0碼。11. 兩人通話單元該單元包含音頻放大和衰減電路，與PCM編譯碼單元連接可進(jìn)行兩人時(shí)分復(fù)用通話實(shí)驗(yàn)。12. 計(jì)算機(jī)串行通信單元該單元提供了一個(gè)89C51單片機(jī)電路和一個(gè)RS232串行通信口，此單元獨(dú)立于其他單元，可進(jìn)行PC機(jī)與該單片機(jī)之間的串行通信實(shí)驗(yàn)，。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1、6、7、8單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道數(shù)字基帶通信系統(tǒng)。利用TX-3型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可開設(shè)數(shù)字基帶信號(hào)、數(shù)字調(diào)制、模擬鎖相環(huán)與載波同步、數(shù)字解調(diào)、數(shù)字鎖相環(huán)與位同步、幀同步、時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)、時(shí)分復(fù)用2DPSK/ 2FSK通信系統(tǒng)、PCM編

8、譯碼、時(shí)分復(fù)用通話以及計(jì)算機(jī)串行通信等十一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以獲得數(shù)字通信時(shí)分復(fù)用技術(shù)及傳輸技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)、鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)。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。5目 錄實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶信號(hào) 1實(shí)驗(yàn)二 PCM編譯碼 10實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字調(diào)制 18實(shí)驗(yàn)四 時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 23實(shí)驗(yàn)五 時(shí)分復(fù)用2DPSK、2FSK通信系統(tǒng) 28參考文獻(xiàn) 30實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶信號(hào)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號(hào)波形特點(diǎn)。 2、掌握AMI、HDB

9、3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號(hào)中提取位同步信號(hào)的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。5、了解HDB3（AMI）編譯碼集成電路CD22103。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、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。 2、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。3、用示波器觀察HDB3、AMI譯碼輸出波形。三、 基本原理 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊和HDB3編譯碼模塊。 1、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

10、1-1所示。本單元產(chǎn)生NRZ信號(hào)，信號(hào)碼速率約為170.5KB，幀結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。幀長為24位，其中首位無定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號(hào)，每路8位。此NRZ信號(hào)為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)，實(shí)驗(yàn)電路中數(shù)據(jù)碼用紅色發(fā)光二極管指示，幀同步碼及無定義位用綠色發(fā)光二極管指示。發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄狀態(tài)表示0碼。 本模塊有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： CLK晶振信號(hào)測試點(diǎn) BS-OUT信源位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)（2個(gè)） FS信源幀同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測試點(diǎn) NRZ-OUT(AK)NRZ信號(hào)(絕對(duì)碼)輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)（4個(gè)） 圖1-1中各單元與電路

11、板上元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 晶振CRY：晶體；U1：反相器7404 分頻器U2：計(jì)數(shù)器74161；U3：計(jì)數(shù)器74193；U4：計(jì)數(shù)器40160 并行碼產(chǎn)生器K1、K2、K3：8位手動(dòng)開關(guān)，從左到右依次與幀同步碼、數(shù)據(jù)1、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) 八選一U5、U6、U7：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 三選一U8：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 倒相器U20：非門74HC04 抽樣U9：D觸發(fā)器74HC74圖1-1 數(shù)字信源方框圖圖1-2 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)一步說明。 （1）分頻器 74161進(jìn)行13分頻，輸出信號(hào)頻率為341kHz。74161是一個(gè)

12、4位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。 74193完成2、4、8、16運(yùn)算，輸出BS、S1、S2、S3等4個(gè)信號(hào)。BS為位同步信號(hào)，頻率為170.5kHz。S1、S2、S3為3個(gè)選通信號(hào)，頻率分別為BS信號(hào)頻率的1/2、1/4和1/8。74193是一個(gè)4位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)CPD= PL =1、MR=0時(shí)，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分別輸出上述4個(gè)信號(hào)。 40160是一個(gè)二一十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，預(yù)置在7狀態(tài)，完成3運(yùn)算，在Q0和Q1端分別輸出選通信號(hào)S4、S5，這兩個(gè)信號(hào)的頻率相等、等于S3信號(hào)頻率的1/3。 分頻器輸出的S1、S2、S3、S4、S5等5個(gè)信號(hào)的波形如圖1-3（a）和1-3（b）

13、所示。 （2）八選一 采用8路數(shù)據(jù)選擇器4512，它內(nèi)含了8路傳輸數(shù)據(jù)開關(guān)、地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信號(hào)輸入端A、B、C并連在一起并分別接S1、S2、S3信號(hào)，它們的8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端x0 x7分別K1、K2、K3輸出的8個(gè)并行信號(hào)連接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7輸出信號(hào)都是碼速率為170.5KB、以8位為周期的串行信號(hào)。（3）三選一 三選一電路原理同八選一電路原理。S4、S5信號(hào)分別輸入到U8的地址端A和B，U5、U6、U7輸出的3路串行信號(hào)分別輸入到U8的數(shù)據(jù)端x3、x0、x1，U8的輸出端即是一個(gè)碼速率為170.5KB的2路時(shí)分復(fù)用

14、信號(hào)，此信號(hào)為單極性不歸零信號(hào)（NRZ）。圖1-3 分頻器輸出信號(hào)波形 （4）倒相與抽樣 圖1-1中的NRZ信號(hào)的脈沖上升沿或下降沿比BS信號(hào)的下降沿稍有點(diǎn)遲后。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。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NRZ-OUT及BS-OUT信號(hào)滿足碼變換電路的要求。表1-1 4512真值表CBAINHDISZ00000x000100x101000x201100x310000x410100x511000x611100x71001高阻 FS信號(hào)可

15、用作示波器的外同步信號(hào)，以便觀察2DPSK等信號(hào)。FS信號(hào)、NRZ-OUT信號(hào)之間的相位關(guān)系如圖1-4所示，圖中NRZ-OUT的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。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NRZ-OUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼元。圖1-4 FS、NRZ-OUT波形 2. HDB3編譯碼 原理框圖如圖1-5所示。本模塊內(nèi)部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7905變換得到。 本單元有以下信號(hào)測試點(diǎn)： NRZ譯碼器輸出信號(hào) BS-R鎖相環(huán)輸出的位同步信號(hào) （AMI）HDB

16、3編碼器輸出信號(hào) BPF帶通濾波器輸出信號(hào)（AMI-D）HDB3-D（AMI）HDB3整流輸出信號(hào)圖1-5 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。 圖1-5中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： HDB3編譯碼器U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A 單/雙極性變換器U11：模擬開關(guān)4052 雙/單極性變換器U12：非門74HC04 相加器U17：或門74LS32 帶通U13、U14：運(yùn)放UA741 限幅放大器U15：運(yùn)放LM318 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

17、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。 下面簡單介紹AMI、HDB3碼編碼規(guī)律。 AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1，1的符號(hào)交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對(duì)應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關(guān)系是=0.5TS。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?/p>

18、有符號(hào)的1碼即+1或-1；HDB3碼中1、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；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。 設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖1-6所示。分析表明，AMI碼及HDB3碼的功率譜如圖1-7所示，它不含有離散譜fS成份（fS =1/TS，等于位同步信號(hào)頻率）。在通信的終端需將它們譯碼為NRZ碼才能送給數(shù)字終端機(jī)或數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。在做譯碼時(shí)必須提供位同步信號(hào)。工程上，一般將AMI或HDB3碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到占空比為0.5的單極性歸零碼（RZ|=0.5

19、TS）。這種信號(hào)的功率譜也在圖1-7中給出。由于整流后的AMI、HDB3碼中含有離散譜fS ，故可用一個(gè)窄帶濾波器得到頻率為fS的正弦波，整形處理后即可得到位同步信號(hào)。圖1-6 NRZ、AMI、HDB3關(guān)系圖圖1-7 AMI、HDB3、RZ|=0.5TS頻譜 本單元用CD22103集成電路進(jìn)行AMI或HDB3編譯碼。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。編碼時(shí)，需輸入NRZ碼及位同步信號(hào)，它們來自數(shù)字信源單元，已在電路板上連好。CD22103編碼輸出兩路并行信號(hào)+H-OUT和-H-OUT，它們都是半占空比的正脈沖信號(hào)，分別與AMI或HDB3碼的

20、正極性信號(hào)及負(fù)極性信號(hào)相對(duì)應(yīng)。這兩路信號(hào)經(jīng)單/雙極性變換后得到AMI碼或HDB3。 雙/單極性變換及相加器構(gòu)成一個(gè)整流器。整流后的（AMI）HDB3-D信號(hào)含有位同步信號(hào)頻率離散譜。由于位同步頻率比較低，很難將有源帶通濾波器的帶寬做得很窄，它輸出的信號(hào)BPF是一個(gè)幅度和周期都不恒定的正弦信號(hào)。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。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）。本單元中采用電荷泵鎖相環(huán)構(gòu)成一個(gè)Q值約為35的的窄帶帶通濾波器，它輸出一個(gè)符合

21、譯碼器要求的位同步信號(hào)BS-R。 譯碼時(shí)，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第11、第13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來完成。 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。這也是HDB3碼優(yōu)于AMI碼之處。HDB3碼及經(jīng)過隨機(jī)化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設(shè)備中。在實(shí)用的HDB3編譯碼電路中，發(fā)端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動(dòng)門限控制和整流電路完成，本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆誋DB3編碼規(guī)則，及位同步提取方法，故對(duì)極性變換

22、電路作了簡化處理，不一定符合實(shí)用要求。 CD22103的引腳及內(nèi)部框圖如圖1-8所示，詳細(xì)說明如下：圖1-8 CD22103的引腳及內(nèi)部框圖（1）NRZ-IN編碼器NRZ信號(hào)輸入端；（2）CTX編碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；（3）HDB3/ AMI碼型選擇端：接TTL高電平時(shí)，選擇HDB3碼；接TTL低電平時(shí)，選擇AMI碼；（4）NRZ-OUTHDB3譯碼后信碼輸出端；（5）CRX譯碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；（6）RAIS告警指示信號(hào)（AIS）檢測電路復(fù)位端，負(fù)脈沖有效；（7）AISAIS信號(hào)輸出端，有AIS信號(hào)為高電平，無ALS信號(hào)時(shí)為低電平；（8）VSS接地端；（9）ERR不符合HDB3

23、/AMI編碼規(guī)則的誤碼脈沖輸出端；（10）CKRHDB3碼的匯總輸出端；（11）+HDB3-INHDB3譯碼器正碼輸入端；（12）LTFHDB3譯碼內(nèi)部環(huán)回控制端，接高電平時(shí)為環(huán)回，接低電平時(shí)為正常；（13）-HDB3-INHDB3譯碼器負(fù)碼輸入端；（14）-HDB3-OUTHDB3編碼器負(fù)碼輸出端；（15）+HDB3-OUTHDB3編碼器正碼輸出端；（16）VDD接電源端（+5V） CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s10Mb/s。兩部分功能簡述如下。 發(fā)送部分： 當(dāng)HDB3/ AMI 端接高電平時(shí)，編碼電路在編碼時(shí)鐘CTX下降沿的作用下，將NRZ碼編成H

24、DB3碼（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT兩路輸出）；接低電平時(shí)，編成AMI碼。編碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。 接收部分： （1）在譯碼時(shí)鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼（或AMI碼）譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。 （2）HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CKR端輸出，供時(shí)鐘提取等外部電路使用； （3）可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測，檢測出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時(shí)鐘的一個(gè)周期，可用此進(jìn)行誤碼計(jì)數(shù)。 （4）可檢測出所接收的AIS碼，檢測周期由外部RAIS決定。據(jù)CCITT規(guī)定，在RAIS信號(hào)的一個(gè)周期（500s）內(nèi)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)少于3，則AIS

25、端輸出高電平，使系統(tǒng)告警電路輸出相應(yīng)的告警信號(hào)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號(hào)正常。（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。1、 熟悉數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理，檢查直流穩(wěn)壓電源輸出正常的+5V，+12V、-12V電壓，關(guān)直流穩(wěn)壓電源。將與直流穩(wěn)壓電源相連(若未連好請(qǐng)通知指導(dǎo)教師)的實(shí)驗(yàn)專用的電源四芯插頭正確地插入實(shí)驗(yàn)板左上角的四芯插座中。打開直流穩(wěn)壓電源,實(shí)驗(yàn)中不要再改變電源輸出參數(shù)。（以后的實(shí)驗(yàn)中接通電源步驟均照此操作?。?、 用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號(hào)波形。 用信源單元的FS作為示波器的外

26、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NRZ-OUT和BS-OUT，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），K2、K3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)。3、 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。仍用信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)。（1）示波器的兩個(gè)探頭CH1和CH2分別接信源單元的NRZ-OUT和HDB3單

27、元的（AMI）HDB3，將信源單元的K1、K2、K3每一位都置1，觀察全1碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼；再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。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、HDB3碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼。編碼輸出HDB3（AMI）比輸入NRZ-OUT延遲了4個(gè)碼元。（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置A（AMI）端再置H（HDB3）端，CH1接信源

28、單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的（AMI-D）HDB3-D、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號(hào)波形。觀察時(shí)應(yīng)注意： HDB3單元的NRZ信號(hào)（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號(hào)（編碼輸入）8個(gè)碼元。 AMI-D、HDB3-D是占空比等于0.5的單極性歸零碼。 BPF信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不恒定的正弦信號(hào)，BS-R是一個(gè)周期基本恒定（等于一個(gè)碼元周期）的TTL電平信號(hào)。 信源代碼連0個(gè)數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實(shí)現(xiàn)），而HDB3碼則不存在這種問題。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

29、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。一般將信源代碼置成只有1個(gè)“1”碼的狀態(tài)來觀察譯碼輸出）。若24位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI信號(hào)（亦是全0信號(hào)）得到正確的位同步信號(hào)。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？（2）與信源代碼中的“1”碼相對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？ 2. 設(shè)代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。 3. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號(hào)的原理。 4. 試根據(jù)占空

30、比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)，而HDB3碼則不存在此問題。5. 根據(jù)公式， 計(jì)算環(huán)路自然諧振頻率n，阻尼系數(shù)和等效噪聲帶寬BL 。式中IP=0.05A，Ko=8103 rad/s.v ，R36=10，C17=100F。再用Q= foBL計(jì)算鎖相環(huán)等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)，式中fo=170.5KHZ。實(shí)驗(yàn)二 PCM編譯碼 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握PCM編譯碼原理。 2. 掌握PCM基帶信號(hào)的形成過程及分接過程。3. 掌握語音信號(hào)PCM編譯碼系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性的定義及測量方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 用示波器觀察兩路

31、音頻信號(hào)的編碼結(jié)果，觀察PCM基群信號(hào)。 2. 改變音頻信號(hào)的幅度，觀察和測試譯碼器輸出信號(hào)的信噪比變化情況。3. 改變音頻信號(hào)的頻率，觀察和測試譯碼器輸出信號(hào)幅度變化情況。 三、基本原理 1. 點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理 脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)與增量調(diào)制(M)技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)信道噪聲比較小時(shí)一般用PCM，否則一般用M。目前速率在155MB以下的準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)中，國際上存在A解和律兩種PCM編譯碼標(biāo)準(zhǔn)系列，在155MB以上的同步數(shù)字系列(SDH)中，將這兩個(gè)系列統(tǒng)一起來，在同一個(gè)等級(jí)上兩個(gè)系列的碼速率相同。而M在國際上無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但它在通信環(huán)境比較惡劣時(shí)

32、顯示了巨大的優(yōu)越性。 點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理可用圖2-1表示。對(duì)于基帶通信系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質(zhì)、收濾波器、發(fā)濾波器等。對(duì)于頻帶系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質(zhì)、調(diào)制器、解調(diào)器、發(fā)濾波器、收濾波器等。圖2-1 點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理框圖 本實(shí)驗(yàn)?zāi)K可以傳輸兩路話音信號(hào)。采用TP3057編譯器，它包括了圖2-1中的收、發(fā)低通濾波器及PCM編譯碼器。編碼器輸入信號(hào)可以是本實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部產(chǎn)生的正弦信號(hào)，也可以是外部信號(hào)源的正弦信號(hào)或電話信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中不含電話機(jī)和混合電路，廣義信道是理想的，即將復(fù)接器輸出的PCM信號(hào)直接送給分接器。 2. PCM編譯碼模塊原理本模塊的原理方框圖圖2-2所示

33、，模塊內(nèi)部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)7905變換得到。圖2-2 PCM編譯碼原理方框圖該模塊上有以下測試點(diǎn)和輸入點(diǎn)： BSPCM基群時(shí)鐘信號(hào)(位同步信號(hào))測試點(diǎn) SL0PCM基群第0個(gè)時(shí)隙同步信號(hào) SLA信號(hào)A的抽樣信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)測試點(diǎn) SLB信號(hào)B的抽樣信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)測試點(diǎn) SRB信號(hào)B譯碼輸出信號(hào)測試點(diǎn) STA輸入到編碼器A的信號(hào)測試點(diǎn) SRA信號(hào)A譯碼輸出信號(hào)測試點(diǎn) STB輸入到編碼器B的信號(hào)測試點(diǎn) PCMPCM基群信號(hào)測試點(diǎn) PCM-A信號(hào)A編碼結(jié)果測試點(diǎn) PCM-B信號(hào)B編碼結(jié)果測試點(diǎn) STA-IN外部音頻信號(hào)A輸入點(diǎn) STB-IN外部音頻信號(hào)B輸

34、入點(diǎn) 本模塊上有三個(gè)開關(guān)K5、K6和K8，K5、K6用來選擇兩個(gè)編碼器的輸入信號(hào)，開關(guān)手柄處于左邊(STA-IN、STB-IN)時(shí)選擇外部信號(hào)、處于右邊(STA-S、STB-S)時(shí)選擇模塊內(nèi)部音頻正弦信號(hào)。K8用來選擇SLB信號(hào)為時(shí)隙同步信號(hào)SL1、SL2、SL5、SL7中的某一個(gè)。 圖2-2各單元與電路板上元器件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 晶振U75：非門74LS04；CRY1：4096KHz晶體 分頻器1U78:A：U78:D：觸發(fā)器74LS74；U79：計(jì)數(shù)器74LS193 分頻器2U80：計(jì)數(shù)器74LS193；U78:B：U78:D：觸發(fā)器74LS74 抽樣信號(hào)產(chǎn)生器U81：單穩(wěn)74LS12

35、3；U76：移位寄存器74LS164 PCM編譯碼器AU82：PCM編譯碼集成電路TP3057（CD22357） PCM編譯碼器BU83：PCM編譯碼集成電路TP3057（CD22357） 幀同步信號(hào)產(chǎn)生器U77：8位數(shù)據(jù)產(chǎn)生器74HC151；U86:A：與門7408 正弦信號(hào)源AU87：運(yùn)放UA741 正弦信號(hào)源BU88：運(yùn)放UA741 復(fù)接器U85：或門74LS32 晶振、分頻器1、分頻器2及抽樣信號(hào)（時(shí)隙同步信號(hào)）產(chǎn)生器構(gòu)成一個(gè)定時(shí)器，為兩個(gè)PCM編譯碼器提供2.048MHz的時(shí)鐘信號(hào)和8KHz的時(shí)隙同步信號(hào)。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，譯碼器的時(shí)鐘信號(hào)(即位同步信號(hào))及時(shí)隙同步信號(hào)(即幀同步信號(hào)

36、)應(yīng)從接收到的數(shù)據(jù)流中提取，方法如實(shí)驗(yàn)五及實(shí)驗(yàn)六所述。此處將同步器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)直接送給譯碼器。 由于時(shí)鐘頻率為2.048MHz，抽樣信號(hào)頻率為8KHz，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2.048MB，一幀中有32個(gè)時(shí)隙，其中1個(gè)時(shí)隙為PCM編碼數(shù)據(jù)，另外31個(gè)時(shí)隙都是空時(shí)隙。 PCM信號(hào)碼速率也是2.048MB，一幀中的32個(gè)時(shí)隙中有29個(gè)是空時(shí)隙，第0時(shí)隙為幀同步碼(1110010)時(shí)隙，第2時(shí)隙為信號(hào)A的時(shí)隙，第1(或第5、或第7 由開關(guān)K8控制)時(shí)隙為信號(hào)B的時(shí)隙。 本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的PCM信號(hào)類似于PCM基群信號(hào)，但第16個(gè)時(shí)隙沒有信令信號(hào)，第0時(shí)隙中的信號(hào)與PCM基群的

37、第0時(shí)隙的信號(hào)也不完全相同。 由于兩個(gè)PCM編譯碼器用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，因而可以對(duì)它們進(jìn)行同步復(fù)接(即不需要進(jìn)行碼速調(diào)整)。又由于兩個(gè)編碼器輸出數(shù)據(jù)處于不同時(shí)隙，故可對(duì)PCM-A和PCM-B進(jìn)行線或。本模塊中用或門74LS32對(duì)PCM-A、PCM-B及幀同步信號(hào)進(jìn)行復(fù)接。在譯碼之前，不需要對(duì)PCM進(jìn)行分接處理，譯碼器的時(shí)隙同步信號(hào)實(shí)際上起到了對(duì)信號(hào)分路的作用。 3. TP3057簡介 本模塊的核心器件是A律PCM編譯碼集成電路TP3057，它是CMOS工藝制造的專用大規(guī)模集成電路，片內(nèi)帶有輸出輸入話路濾波器，其引腳及內(nèi)部框圖如圖2-4、圖2-5所示。引腳功能如下：圖2-4 TP3057引腳圖(1

38、) V一接-5V電源。(2) GND接地。(3) VFRO接收部分濾波器模擬信號(hào)輸出端。(4) V+接+5V電源。(5) FSR接收部分幀同信號(hào)輸入端，此信號(hào)為8KHz脈沖序列。(6) DR接收部分PCM碼流輸入端。(7) BCLKR/CLKSEL接收部分位時(shí)鐘(同步)信號(hào)輸入端，此信號(hào)將PCM碼流在FSR上升沿后逐位移入DR端。位時(shí)鐘可以為64KHz到2.048MHz的任意頻率，或者輸入邏輯“1”或“0”電平器以選擇1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主時(shí)鐘，此時(shí)發(fā)時(shí)鐘信號(hào)BCLKX同時(shí)作為發(fā)時(shí)鐘和收時(shí)鐘。(8) MCLKR/PDN接收部分主時(shí)鐘信號(hào)輸入端，此信

39、號(hào)頻率必須為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz?？梢院蚆CLKX異步，但是同步工作時(shí)可達(dá)到最佳狀態(tài)。當(dāng)此端接低電平時(shí)，所有的內(nèi)部定時(shí)信號(hào)都選擇MCLKX信號(hào)，當(dāng)此端接高電平時(shí)，器件處于省電狀態(tài)。(9) MCLKX發(fā)送部分主時(shí)鐘信號(hào)輸入端，此信號(hào)頻率必須為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKR異步，但是同步工作時(shí)可達(dá)到最佳狀態(tài)。(10) BCLKX發(fā)送部分位時(shí)鐘輸入端，此信號(hào)將PCM碼流在FSX信號(hào)上升沿后逐位移出DX端，頻率可以為64KHz到2.04MHz的任意頻率，但必須與MCLKX同步。圖2-5 TP3057內(nèi)部方框圖(11) DX發(fā)送部分

40、PCM碼流三態(tài)門輸出端。(12) FSX發(fā)送部分幀同步信號(hào)輸入端，此信號(hào)為8KHz脈沖序列。(13) TSX漏極開路輸出端，在編碼時(shí)隙輸出低電平。(14) GSX發(fā)送部分增益調(diào)整信號(hào)輸入端。(15) VFXi-發(fā)送部分放大器反向輸入端。(16) VFXi發(fā)送部分放大器正向輸入端。 TP3057由發(fā)送和接收兩部分組成，其功能簡述如下。 發(fā)送部分： 包括可調(diào)增益放大器、抗混淆濾波器、低通濾波器、高通濾波器、壓縮A/D轉(zhuǎn)換器。抗混淆濾波器對(duì)采樣頻率提供30dB以上的衰減從而避免了任何片外濾波器的加入。低通濾波器是5階的、時(shí)鐘頻率為128MHz。高通濾波器是3階的、時(shí)鐘頻率為32KHz。高通濾波器的輸

41、出信號(hào)送給階梯波產(chǎn)生器(采樣頻率為8KHz)。階梯波產(chǎn)生器、逐次逼近寄存器（SAR）、比較器以及符號(hào)比特提取單元等4個(gè)部分共同組成一個(gè)壓縮式A/D轉(zhuǎn)換器。SAR輸出的并行碼經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換后成PCM信號(hào)。參考信號(hào)源提供各種精確的基準(zhǔn)電壓，允許編碼輸入電壓最大幅度為5VP-P。 發(fā)幀同步信號(hào)FSX為采樣信號(hào)。每個(gè)采樣脈沖都使編碼器進(jìn)行兩項(xiàng)工作：在8比特位同步信號(hào)BCLKX的作用下，將采樣值進(jìn)行8位編碼并存入逐次逼近寄存器；將前一采樣值的編碼結(jié)果通過輸出端DX輸出。在8比特位同步信號(hào)以后，DX端處于高阻狀態(tài)。 接收部分： 包括擴(kuò)張D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器。低通濾波器符合AT&T D3/D4標(biāo)準(zhǔn)和CCI

42、TT建議。D/A轉(zhuǎn)換器由串/并變換、D/A寄存器組成、D/A階梯波形成等部分構(gòu)成。在收幀同步脈沖FSR上升沿及其之后的8個(gè)位同步脈沖BCLKR作用下，8比特PCM數(shù)據(jù)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)寄存器(即D/A寄存器)，D/A階梯波單元對(duì)8比特PCM數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A變換并保持變換后的信號(hào)形成階梯波信號(hào)。此信號(hào)被送到時(shí)鐘頻率為128KHz的開關(guān)電容低通濾波器，此低通濾波器對(duì)階梯波進(jìn)行平滑濾波并對(duì)孔徑失真(sinx)/x進(jìn)行補(bǔ)嘗。 在通信工程中，主要用動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性來說明PCM編譯碼器的性能。動(dòng)態(tài)范圍的定義是譯碼器輸出信噪比大于25dB時(shí)允許編碼器輸入信號(hào)幅度的變化范圍。PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于圖2-6所

43、示的CCITT建議框架（樣板值）。 當(dāng)編碼器輸入信號(hào)幅度超過其動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，出現(xiàn)過載噪聲，故編碼輸入信號(hào)幅度過大時(shí)量化信噪比急劇下降。TP3057編譯碼系統(tǒng)不過載輸入信號(hào)的最大幅度為5VP-P。由于采用對(duì)數(shù)壓擴(kuò)技術(shù)，PCM編譯碼系統(tǒng)可以改善小信號(hào)的量化信噪比，TP3057采用A律13折線對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓擴(kuò)。當(dāng)信號(hào)處于某一段落時(shí)，量化噪聲不變(因在此段落內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行均勻量化)，因此在同一段落內(nèi)量化信噪比隨信號(hào)幅度減小而下降。13折線壓擴(kuò)特性曲線將正負(fù)信號(hào)各分為8段，第1段信號(hào)最小，第8段信號(hào)最大。當(dāng)信號(hào)處于第一、二段時(shí)，量化噪聲不隨信號(hào)幅度變化，因此當(dāng)信號(hào)太小時(shí)，量化信噪比會(huì)小于25dB，這就是動(dòng)態(tài)范

44、圍的下限。TP3057編譯碼系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的輸入信號(hào)最小幅度約為0.025Vp-p。常用1KHz的正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)來測量PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍。圖2-6 PCM編譯碼系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍樣板值語音信號(hào)的抽樣信號(hào)頻率為8KHz，為了不發(fā)生頻譜混疊，常將語音信號(hào)經(jīng)截止頻率為3.4KHz的低通濾波器處理后再進(jìn)行A/D處理。語音信號(hào)的最低頻率一般為300Hz。TP3057編碼器的低通濾波器和高通濾波器決定了編譯碼系統(tǒng)的頻率特性，當(dāng)輸入信號(hào)頻率超過這兩個(gè)濾波器的頻率范圍時(shí)，譯碼輸出信號(hào)幅度迅速下降。這就是PCM編譯碼系統(tǒng)頻率特性的含義。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 熟悉PCM編譯碼單元工作原理，開關(guān)K8接通SL1(

45、或SL5、SL7)，開關(guān)K5、K6分接置于STA-S、STB-S的方向，檢查電源無誤后實(shí)驗(yàn)板電源。 2. 用示波器觀察STA、STB，調(diào)節(jié)電位器R19(對(duì)應(yīng)STA)、R20(對(duì)應(yīng)STB)，使正弦信號(hào)STA、STB波形不失真(峰峰值小于5V)。 3. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號(hào)。 示波器CH1接SL0，（調(diào)整示波器掃描周期以顯示至少兩個(gè)SL0脈沖，從而可以觀察完整的一幀信號(hào)）CH2分別接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，觀察編碼后的數(shù)據(jù)所處時(shí)隙位置與時(shí)隙同步信號(hào)的關(guān)系以及PCM信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)（注意：本實(shí)驗(yàn)的幀結(jié)構(gòu)中有29個(gè)時(shí)隙是空時(shí)隙，SL0、SLA及SLB的脈沖寬度等于一個(gè)時(shí)

46、隙寬度）。 開關(guān)K8分別接通SL1、SL2、SL5、SL7，觀察PCM基群幀結(jié)構(gòu)的變化情況。 4. 用示波器觀察PCM譯碼輸出信號(hào) 示波器的CH1接STA，CH2接SRA，觀察這兩個(gè)信號(hào)波形是否相同(有相位差)。 5. 用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍。 開關(guān)K5置于STA-IN端，將低失真低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的1KHz正弦信號(hào)從STA-IN輸入到TP3057(U82)編碼器。示波器的CH1接STA（編碼輸入），CH2接SRA（譯碼輸出）。將信號(hào)幅度分別調(diào)至大于5VP-P、等于5VP-P，觀察過載和滿載時(shí)的譯碼輸出波形。再將信號(hào)幅度分別衰減10dB、20dB、30dB、40dB、45dB

47、、50dB，觀察譯碼輸出波形(當(dāng)衰減45dB以上時(shí)，譯碼輸出信號(hào)波形上疊加有較明顯的噪聲)。 也可以用本模塊上的正弦信號(hào)源來觀察PCM編譯碼系統(tǒng)的過載噪聲(只要將STA-S或STB-S信號(hào)幅度調(diào)至5VP-P以上即可)，但必須用專門的信號(hào)源才能較方便地觀察到動(dòng)態(tài)范圍。 6. 定量測試PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性。圖2-7為動(dòng)態(tài)范圍測試方框圖。開關(guān)K5置于STA-IN端，音頻信號(hào)發(fā)生器(最好用低失真低頻信號(hào)發(fā)生器)輸出1KHz正弦信號(hào)，將幅度調(diào)為5Vp-p（設(shè)為0dB），測試S/N，再將信號(hào)幅度分別降低10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，測試各種信號(hào)幅度下的S/N，將測試數(shù)據(jù)填

48、入表2-1。圖2-7 動(dòng)態(tài)范圍測量框圖表2-1信號(hào)幅度(dB)0-10-20-30-40-45-50S/N(dB)頻率特性測試框圖如圖2-8所示。將輸入信號(hào)電壓調(diào)至2Vp-p左右，改變信號(hào)頻率，測量譯碼輸出信號(hào)幅度，將測試結(jié)果填入表2-2。圖2-8 頻率特性測試框圖表2-2輸入信號(hào)頻率(KHz)43.83.63.43.02.52.01.51.00.50.30.20.1輸出信號(hào)幅度(V) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫出量化信噪比與編碼器輸入信號(hào)幅度之間的關(guān)系曲線以及譯碼輸出信號(hào)幅度與編碼輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系曲線。2. 設(shè)PCM通信系統(tǒng)傳輸兩路話音，每幀三個(gè)時(shí)隙，每路話音各占一個(gè)時(shí)隙

49、，另一個(gè)時(shí)隙為幀同步時(shí)隙，使用TP3057編譯碼器。求： (1) 編碼器的抽樣信號(hào)頻率及時(shí)鐘信號(hào)頻率，以及兩個(gè)抽樣信號(hào)之間的相位關(guān)系。 (2) 時(shí)分復(fù)用信號(hào)碼速率、幀結(jié)構(gòu)。 (3) 采用PCM基帶傳輸，線路碼為HDB3碼，設(shè)計(jì)此通信系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。(4) 采用PCM/2DPSK頻帶傳輸，設(shè)計(jì)此通信系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字調(diào)制一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的方法。 3、掌握相對(duì)碼波形與2PSK信號(hào)波形之間的關(guān)系、絕對(duì)碼波形與2DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。4、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的

50、頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、用示波器觀察絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形。 2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號(hào)波形。3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號(hào)頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜。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。信源模塊向調(diào)制模塊提供數(shù)字基帶信號(hào)（NRZ碼）和位同步信號(hào)BS（已在實(shí)驗(yàn)電路板上連通，不必手工接線）。調(diào)制模塊將輸入的絕對(duì)碼AK（NRZ碼）變?yōu)橄鄬?duì)碼BK、用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)。調(diào)制模塊內(nèi)部只用+5V電壓。數(shù)字調(diào)制單元的原理方框圖如圖3-1所示。圖3-1 數(shù)字調(diào)制方框圖 本單元有以下測試

51、點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： CAR2DPSK信號(hào)載波測試點(diǎn) BK相對(duì)碼測試點(diǎn) 2DPSK2DPSK信號(hào)測試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，VP-P0.5V 2FSK2FSK信號(hào)測試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，VP-P0.5V 2ASK2ASK信號(hào)測試點(diǎn)，VP-P0.5V 用2-1中晶體振蕩器與信源共用，位于信源單元，其它各部分與電路板上主要元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 2（A）U8：雙D觸發(fā)器74LS74 2（B）U9：雙D觸發(fā)器74LS74 濾波器AV6：三極管9013，調(diào)諧回路 濾波器BV1：三極管9013，調(diào)諧回路 碼變換U18：雙D觸發(fā)器74LS74；U19：異或門74LS86 2ASK調(diào)制U22：三路二選一模擬開關(guān)4053 2FSK調(diào)制

52、U22：三路二選一模擬開關(guān)4053 2PSK調(diào)制U21：八選一模擬開關(guān)4051 放大器V5：三極管9013 射隨器V3：三極管9013將晶振信號(hào)進(jìn)行2分頻、濾波后，得到2ASK的載頻2.2165MHZ。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個(gè)頻率相等、相位相反的信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)就是2PSK、2DPSK的兩個(gè)載波，2FSK信號(hào)的兩個(gè)載波頻率分別為晶振頻率的1/2和1/4，也是通過分頻和濾波得到的。 下面重點(diǎn)介紹2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖3-3所示。圖3-3 2PSK、2DPSK波形 圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍。2PSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時(shí)，2PSK信號(hào)相位變化180，相同時(shí)2PSK信號(hào)相位不變，可簡稱為“異變同不變”。2DPSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位變化180。