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1、通信原理实验指导书通信工程教研室实验一 数字基带信号实验一、 实验目的 l、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、HDB3码的编码规则。（ 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(AMT)、三阶高 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送端，其原理方框图如图11所示。本单元产生NRZ信
2、号，信号速率约为170.5KB，帧结构如图12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。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示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FS： 信源帧同步信号输出点测试点NRZ-OUT： NRZ信号输出点测试点 图13位数字信源模块的电原理图。图11中各单元与图13中的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
3、器74193； U4：计数器40160并行码产生器 K4、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74HC74 图13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完成除2、除4、除8、除16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率为1
4、70.5KHZ。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的12、14和18。74193是一个4位二进制加减计数器，当CPDPL1、MR0时，可在Q0、Q1、Q2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，完成除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13。分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图14（a）和14（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11所示。U5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并
5、联在一起分别接S1、S2、S3信号，他们的8个数据信号输入端x0x7分别与K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表11可以分析出U5、U6和U7输出的信号都是码速率为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170.5KHZ的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ）。（4）倒相与抽样图11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，由一个将绝对码变
6、为相对码的电路，要求输入的绝对码信号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设计的，他们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足变换电路的要求。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15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，其上升沿比NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。2、HDB3编译码原理框图、电原理图分别如图16和17
7、所示。本单元有以下测试点及输出点： NRZ 译码器输出信号 BS-R 所相环输出的位同步信号 （AMI）HDB3 编码器输出信号 BPF 带通滤波器输出信号 （AMI）HDB3D （AMI）HDB3整流输出信号本模块上的开关K1用于选择码型，K1位于左边（A端）选择AMI码，位于右边（H端）选择HDB3码。图16中各单元与图17各单元器件的对应关系如下： HDB3编译码器 U10：HDB3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 U13、U14：运放UA741 限幅放大器 U15：
8、运放LM318 锁相环 U16：集成锁相环CD4046下面简单介绍AHI、HDB3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)Ts的关系是=0.5Ts。HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节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l码（包括0个信息l码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的l码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转
9、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：HDB3是占空比为05的双极性归零码。设信息码为0000 0110 000l 0000 0，则NRZ码、AMI码，HDB3码如图1-8所示：分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图19所示，它不含有离散谱fs成分（fs=1/Ts，等与位同步信号频率）。在通信的终端须将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或模数转换电路。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（RZ0.5Ts）。这种信号的功率谱也在图19中给出。由于整流后AMI、HDB3码中含有离
10、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。本单元用CD22103集成电路进行AMI或HDB3编译码。当他的第脚（HDB3AMI）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编译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（AMI）HDB3-D信号含有位同步信号频率离散谱。由于位同步信
11、号频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做得很窄，它的输出信号BPF是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号。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，它输出一个符合译码要求的位同步信号BS-R。译码时，须将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步信号是有利的。这也是HDB
12、3优于AMI码之处。HDB3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，即为同步提取方法，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110所示，引脚功能如下： 图110（1）NRZ-IN 编码器NRZ信号输入端；（2）CTX 编码时钟（位同步信号）输入端；（3）AMI 码型选择端：接TTL高电平时，选HDB3码；接TTL低电平时，选择AMI码；（4）NRZ-OUT
13、 HDB3译码后信码输出端（5）CRX 码时钟（位同步信号）输入端（6）RAIS 告警指示信号（AIS）检测电路复位端，负脉冲有效；（7）AIS AIS信号输出端，有AIS信号为高电平，无AIS信号为低电平；（8）Vss 接地端（9）ERR 不符合HDB3/AMI编码规则的误码脉冲输出端；（10）CKR HDB3码的汇总输出端；（11）HDB3-IN HDB3译码器正码输入端；（12）LTF HDB3译码器内部环回控制端，接高电平时为环回，接低电平时为正常；（13）HDB3-IN HDB3译码器负码输出端；（14）HDB3-OUT HDB3编码器负码输出端；（15）HDB3-OUT HDB3编
14、码器正码输出端；（16） 接电源端（5V）CD22103主要由发送编码和接受译码两部分组成，工作速率为50Kb/s100Mb/s。两部分功能简介如下：发送部分：当HDB3/AMI端接收高电平时，编码电路在编码时钟CTX下降沿作用下，将NRZ码编成HDB3码（HDB3-OUT、HDB3-OUT两路输出）；接低电平时，编成AMI码。编码输出比输入码沿迟4个时钟周期。接收部分：（1） 在译码时钟CRX的上升沿作用下，将HDB3码（或AMI码）译成NRZ码。译码输出比输入码延迟4个时钟周期。（2） HDB3码经逻辑组合后从CKR端输出，公司中提取等外部电路使用；（3） 可在不断业务的情况下进行误码检测，检测出的误码脉冲从ERR端输出，其脉宽等与收时钟的一个周期，可用此进行误码计数。（4） 可检测出所接收的AIS码，检测周期由外部RAIS决定。据CCITT规定，在RAIS信号的一个周期（500s）内，若接收信号中“0”码个数少于3，则AIS端输出高电平，使系统告警电路输出相应的告警信号，若接收信号中“0”码个数不少于3，AIS端输出低电平，表示接收信号正常。（5） 具有环回功能。四、实验步骤 l、熟悉信源模块和HDB3编译码模块的工作原理。 2、示波器的两个通道探头分别接NRZ
