《通信原理试验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理试验报告（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、通信原理实验报告 实验一 数字基带信号一、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 AMI、HDB 3码的编码规则。3、掌握从 HDB3码信号中提取位同步信号的方法。4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。5、了解 HDB3（AMI）编译码集成电路 CD22103。二、实验内容1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ） 、传号交替反转码（AMI） 、三阶高密度双极性码（HDB 3） 、整流后的 AMI 码及整流后的 HDB3码。2、用示波器观察从 HDB3码中和从 AMI 码中提取位同步信号的电路中有关波形。3、用示波器观察 HDB3、AMI 译
2、码输出波形。三、基本原理本实验使用数字信源模块和 HDB3编译码模块。1、数字信源本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V 电压，其原理方框图如图1-1 所示，电原理图如图 1-3 所示（见附录） 。本单元产生 NRZ 信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图 1-2 所示。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。此 NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示 1 码，熄
3、状态表示 0码。本模块有以下测试点及输入输出点： CLK 晶振信号测试点 BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2 个） FS 信源帧同步信号输出点/测试点 NRZ-OUT(AK) NRZ 信号(绝对码)输出点/测试点（4 个）图 1-1 中各单元与电路板上元器件对应关系如下： 晶振 CRY：晶体；U1：反相器 7404 分频器 U2：计数器 74161；U3：计数器 74193；U4：计数器40160 并行码产生器 K1、K2、K3：8 位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据 1、数据 2 相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的 24 位代码相对应 八选一 U5、U6、U7：8 位数
4、据选择器 4512 三选一 U8：8 位数据选择器 4512 倒相器 U20：非门 74HC04 抽样 U9：D 触发器 74HC74BSS5S4S3S2S1BS-OUT NRZ-OUTCLK并 行 码 产 生 器 八 选 一八 选 一八 选 一分 频 器 三 选 一 NRZ抽 样晶 振 FS倒 相 器图 1-1 数字信源方框图01011 数 据 2数 据 1帧 同 步 码无 定 义 位图 1-2 帧结构下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。（1）分频器74161 进行 13 分频，输出信号频率为 341kHz。74161 是一个 4 位二进制加计数器，预置在 3 状态。74193
5、完成2、4、8、16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。BS 为位同步信号，频率为 170.5kHz。S1、S2、S3 为 3 个选通信号，频率分别为 BS 信号频率的 1/2、1/4 和 1/8。74193 是一个 4 位二进制加/减计数器，当 CPD= PL =1、MR=0时，可在 Q0、Q 1、Q 2及 Q3端分别输出上述 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，这两个信号的频率相等、等于 S3 信号频率的 1/3。分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如
6、图 1-4（a）和 1-4（b）所示。（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，其真值表如表 1-1 所示。U5、U6 和 U7 的地址信号输入端 A、B、C 并连在一起并分别接 S1、S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端 x0 x7 分别 K1、K2、K3 输出的 8个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出 U5、U6、U7 输出信号都是码速率为 170.5KB、以 8 位为周期的串行信号。（3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5 信号分别输入到 U8 的地址端 A 和B，U5、U6、U7 输出的 3 路串行信
7、号分别输入到 U8 的数据端 x3、x0、x1，U8 的输出端即是一个码速率为 170.5KB 的 2 路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ） 。S3S2S1 (a)S5S4S3 (b)图 1-4 分频器输出信号波形（4）倒相与抽样图 1-1 中的 NRZ 信号的脉冲上升沿或下降沿比 BS 信号的下降沿稍有点迟后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求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，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使 NRZ-OUT 及 BS-OUT 信号满足码变换电路的要求。表 1
8、-1 4512 真值表C B A INH DIS Z0 0 0 0 0 x00 0 1 0 0 x10 1 0 0 0 x20 1 1 0 0 x31 0 0 0 0 x41 0 1 0 0 x51 1 0 0 0 x61 1 1 0 0 x7 1 0 0 1 高阻FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便观察 2DPSK 等信号。FS 信号、NRZ-OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 NRZ-OUT 的无定义位为 0，帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为 00001111。FS 信号的低电平、高电平分别为 4 位和 8 位数字信号时间，其上升
9、沿比 NRZ-OUT 码第一位起始时间超前一个码元。FSNRZ-OUT 帧 同 步 码 数 据 1数 据 2图 1-5 FS、NRZ-OUT 波形2. HDB3编译码原理框图如图 1-6 所示。本模块内部使用+5V 和-5V 电压，其中-5V 电压由-12V 电源经三端稳压器 7905 变换得到。 本单元有以下信号测试点： NRZ 译码器输出信号 BS-R 锁相环输出的位同步信号（AMI）HDB 3 编码器输出信号 BPF 带通滤波器输出信号 DET （AMI）HDB 3整流输出信号 (AMI)HDB3 编 译 码 器 单 双 变 换 双 单 变 换 相 加 器 锁 相 环 限 幅 放 大 带
10、 通 +H-OUT BS-IN -HOUT NRZ-IN HDB3 (AMI) +H - NRZ （ AMI） BS-RBPF DET 整 流 器 图 1-6 HDB3编译码方框图本模块上的开关 K4 用于选择码型，K4 位于左边 A（AMI 端）选择 AMI 码，位于右边 H（HDB3 端）选择 HDB3码。图 1-6 中各单元与电路板上元器件的对应关系如下： HDB3编译码器 U10：HDB 3编译码集成电路 CD22103A 单/双极性变换器 U11：模拟开关 4052 双/单极性变换器 U12：非门 74HC04 相加器 U17：或门 74LS32 带通滤波器 U13、U14：运放 U
11、A741 限幅放大器 U15：运放 LM318 锁相环 U16：集成锁相环 CD4046信源部分的分频器、三选一、倒相器、抽样以及(AMI)HDB 3编译码专用集成芯片CD22103 等电路的功能可以用一片 EPLD（EPM7064）芯片完成，说明见附录四。下面简单介绍 AMI、HDB 3码编码规律。AMI 码的编码规律是：信息代码 1 变为带有符号的 1 码即+1 或-1，1 的符号交替反转；信息代码 0 的为 0 码。AMI 码对应的波形是占空比为 0.5 的双极性归零码，即脉冲宽度 与码元宽度（码元周期、码元间隔）T S的关系是 =0.5T S。HDB3码的编码规律是：4 个连 0 信息
12、码用取代节 000V 或 B00V 代替，当两个相邻 V码中间有奇数个信息 1 码时取代节为 000V，有偶数个信息 1 码（包括 0 个信息 1 码）时取代节为 B00V，其它的信息 0 码仍为 0 码；信息码的 1 码变为带有符号的 1 码即+1或-1；HDB 3码中 1、B 的符号符合交替反转原则，而 V 的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻 V 码的符号又是交替反转的；HDB 3码是占空比为 0.5 的双极性归零码。设信息码为 0000 0110 0001 0000 0，则 NRZ 码、AMI 码，HDB 3码如图 1-8 所示。分析表明，AMI 码及 HDB3码的功率谱如图 1-9
13、 所示，它不含有离散谱 fS 成份（f S =1/TS，等于位同步信号频率） 。在通信的终端需将它们译码为 NRZ 码才能送给数字终端机或数模转换电路。在做译码时必须提供位同步信号。工程上，一般将 AMI 或 HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为 0.5 的单极性归零码（RZ|=0.5T S） 。这种信号的功率谱也在图 1-9 中给出。由于整流后的 AMI、HDB 3码中含有离散谱 fS ，故可用一个窄带滤波器得到频率为 fS 的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。图 1-8 NRZ、AMI、HDB 3关系图图 1-9 AMI、HDB 3、RZ| =0.5T S频谱可以用 CD221
14、03 集成电路进行 AMI 或 HDB3编译码。当它的第 3 脚（HDB 3/ AMI）接+5V 时为 HDB3编译码器，接地时为 AMI 编译码器。编码时，需输入 NRZ 码及位同步信号，它们来自数字信源单元，已在电路板上连好。CD22103 编码输出两路并行信号+H-OUT 和-H-OUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与 AMI 或 HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。这两路信号经单/双极性变换后得到 AMI 码或 HDB3。双/单极性变换及相加器构成一个整流器。整流后的 DET 信号含有位同步信号频率离散谱。本单元中带通滤波器实际是一个正反馈放大器。当无输入信号时，它工作在自
15、激状态；而输入信号将放大器的自激信号频率向码速率方向牵引。它的输出 BPF 是一个幅度和周期都不恒定的准周期信号。对此信号进行限幅放大处理后得到幅度恒定、周期变化的脉冲信号，但仍不能将此信号作为译码器的位同步信号，需作进一步处理。当锁相环的自然谐振频率足够小时，对输入的电压信号可等效为窄带带通滤波器（关于锁相环的基本原理将在实验三中介绍） 。本单元中采用电荷泵锁相环构成一个 Q 值约为 35 的的窄带带通滤波器，它可以输出一个符合译码器要求的位同步信号 BS-R。译码时，需将 AMI 或 HDB3码变换成两路单极性信号分别送到 CD22103 的第 11、第13 脚，此任务由双/单变换电路来完
16、成。当信息代码连 0 个数太多时，从 AMI 码中较难于提取稳定的位同步信号，而 HDB3中连 0 个数最多为 3，这对提取高质量的位同信号是有利的。这也是 HDB3码优于 AMI码之处。HDB 3码及经过随机化处理的 AMI 码常被用在 PCM 一、二、三次群的接口设备中。在实用的 HDB3编译码电路中，发端的单/双极性变换器一般由变压器完成；收端的双/单极性变换电路一般由变压器、自动门限控制和整流电路完成，本实验目的是掌握HDB3编码规则，及位同步提取方法，故对极性变换电路作了简化处理，不一定符合实用要求。CD22103 的引脚及内部框图如图 1-10 所示，详细说明如下：图 1-10 CD22103 的引脚及内部框图（1）NRZ-IN 编码器 NRZ 信号输入端；（2）CTX 编码时钟（
