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【DOC】通信指导书 通信指导书=本实实验1.1实验目的1数字基带信号与AMI/HDB3编译码 1、掌握单极性码、双极性码、归零码、非归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3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同步时分复用信号的帧结构特点。 1.2基本原理本实验使用数字信源模块和AMI/HDB3编译码模块。 1、数字信源模块本模块是整个实验系统的发终端，模块内部使用+5V电压，其原理方框图如图1.1所示，电原理图如图1.2所示。 本模块产生NRZ信号，信号速率约为170.5kbps，帧结构如图1.3所示。 信号的帧长为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同步时分复用信号。 实验设备上，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，熄状态表示“0”码。 图1.1数字信源方框图67图1.2数字信源模块电原理图图1.3信源输出信号帧结构本模块有以下信号测试点及输出点CLK晶振信号测试点信源位定时信号测试点/输出点信源帧定时信号测试点BS-OUTFSNRZ-OUT(AK)NRZ信号(绝对码AK)测试点/输出点图1.1中各单元与图1.2所示电路图上元器件对应关系如下晶振CRY晶体；U1反相器7404K 1、K 2、K38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U 5、U 6、U78位数据选择器4512并行码产生器而分频器、三选 一、倒相器、抽样等单元由一片CPLD（Altera公司的EPM7064芯片或其全兼容芯片ATMEL公司的ATF1504AS）完成。 下面对其工作过程进一步说明。 （1）分频器首先完成13分频，输入信号频率为4433KHz，输出信号频率为341KHz。 然后进行16分频，由16分频器提供BS、S 1、S 2、S3等4个信号，分别是2分频、4分频、8分频及16分频信号。 2分频产生的BS位定时信号，频率为170.5kHz。 S 1、S 2、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。 再对S3信号作3分频，分别输出选通信号S 4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3对应帧时钟频率。 分频器输出的S 1、S 2、S 3、S 4、S5等5个信号的波形如图1.4所示。 8 （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，表中表示任意值。 U 5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S 1、S 2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0x7分别与K 1、K 2、K3输出的8个并行信号连接。 由表1.1可以得出U 5、U 6、U7的输出信号，它们都是速率为170.5kbps、以8位为周期的串行信号。 表1.14512真值表C00001111B00110011A01010101INH000000001DIS0000000001Z x0x1x2x3x4x5x6x70高阻 （3）三选一三选一电路原理同八选一电路，不过是利用CPLD实现。 S 4、S5信号作为选通信号，控制输入到CPLD的三个八选一单元的串行数据不同时段输出。 这样NRZ输出端即是一个速率为170.5kbps的同步时分复用信号，此信号为单极性非归零信号（NRZ）。 S1S2S3S3S4S5图1.4分频器输出信号波形9 （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。 在数字调制模块中，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定时信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。 倒相与抽样就是为此而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足数字调制模块中码变换电路的要求。 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信号的低电平和高电平持续时间分别为16个和8个数字信号码元周期，其上升沿与第一组信息码中第8位的起始时间对齐。 FS图1.5FS、NRZ-OUT波形FS信号可用作示波器的外同步触发信号，以便观察实验1实验8中的有关信号。 2.AMI/HDB3编译码模块本模块的原理框图如图1.6所示，电原理图如图1.7所示，图中NRZ-IN接信源模块的输出信号NRZ-OUT，BS-IN接信源模块的输出位定时信号BS-OUT，它们已在印刷电路板上连通。 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。 本模块有以下信号测试点NRZBS-R译码器输出信号测试点锁相环输出的位同步信号测试点编码器输出信号测试点带通滤波器输出信号测试点AMI-HDB3BPF10DET整流器输出信号测试点图1.6AMI/HDB3编译码方框图本模块上的开关K4用于选择编译码对应的码型，K4置于左边时选择AMI码，置于右边选择HDB3码。 本模块核心单元AMI/HDB3编译码器是和信源部分单元共用一片CPLD完成的，其设计实现方法在附录中有详细介绍。 图1.6中其他单元与图1.7所示电路图上元器件的对应关系如下单双极性变换器双单极性变换器相加器U11模拟开关74HC4052U12非门74HC04U17或门74LS32带通滤波器限幅放大器锁相环U 13、U14运放UA741U15运放LM318U16集成锁相环CD4046下面简单介绍AMI码及HDB3码编码规律。 AMI码的编码规律是将二进制信息码的“1”码交替编码为“+1”码和“-1”码，而“0”码编码后仍为“0”码。 1112图1.7AMI/HDB3编译码模块电原理图HDB3码的编码规律是4个连“0”二进制信息码用取代节“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“1”码（包括0个信息“1”码）时取代节为“B00V”；其它的信息码中“0”码编码后仍为“0”码；信息码的“1”码编码后变为“+1”码或“-1”码。 HDB3码中“1”、“B”的符号与其前一个非“0”码的符号相反，符合交替反转原则；而“V”的符号与其前一个非“0”码的符号相同，破坏了符号交替反转原则；但相邻V码的符号又是交替反转的。 AMI码与HDB3码波形的占空比为0.5，即“+1”码、“+B”码和“+V”码对应正脉冲，“-1”码、“-B”码和“-V”码对应负脉冲，而正脉冲和负脉冲的宽度与码元周期TS的关系是=0.5TS。 设信息码为100001100000100000000010，则NRZ码、AMI码，HDB3码及其波形如图1.8所示。 图1.8NRZ码、AMI码及HDB3码波形图28图1.9AMI码、HDB3码、RZ码(=0.5TS)频谱示意图分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图1.9所示，它不含有离散谱fS成份（fS=1/TS，等于位定时信号频率）。 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，可以将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。 这种信号的功率谱也在图1.11中给出。 由于整流后的AMI码、HDB3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。 当然，也可以将整流后的AMI码或HDB3码直接送给数字锁相环，从而提取位同步信号。 下面简单说明模块的工作过程CPLD对输入信号NRZ以BS为时钟进行分析处理（详细处理方法和过程见附录2），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码。 双单极性变换及相加器构成一个整流器。 整流后的AMI或HDB3（即DET）信号含有位定时信号频率离散谱。 本模块中带通滤波器实际是一个正反馈放大器。 当无输入信号时，它工作在自激状态，输入信号将放大器的自激信号频率向码速率方向牵引。 它的输出信号（即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，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，对其输入信号可等效为窄带带通滤波器。 本模块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29以减小其输入脉冲的周期变化，从而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码的正脉冲和负脉冲变换成两路单极性信号送到CPLD，此任务由双单极性变换电路来完成。 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信号是有利的。 这也是HDB3码优于AMI码之处。 在实际工程中的AMI与HDB3编译码电路里，单双极性变换器一般由变压器完成；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。 1.3实验内容及实验步骤 1、熟悉数字信源模块和AMI/HDB3编译码模块的工作原理，接好电源线，打开实验设备电源开关。 2、用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。 将示波器置于外同步触发状态，用信源模块的FS信号作为示波器的外同步触发信号。 示波器探头的地线接在信源模块的GND点，进行下列观察 （1）示波器的两个通道探头分别接信源模块的测试点NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源模块是否已正常工作（“1”码对应的发光管亮，“0”码对应的发光管灭）； （2）用开关K1产生代码1110010（为任意代码，1110010为7位帧同步码），K 2、K3产生任意信息代码，观察NRZ码特点（只有正脉冲且“1”码的脉冲宽度等于位时钟周期）以及集中插入帧同步码同步时分复用信号帧结构特点（帧同步码被集中插入到每一帧的固定位置，各路数据占有各自固定的时隙）。 3、用示波器观察AMI/HDB3编译码模块的各种波形。 30 （1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源模块的测试点NRZ-OUT和AMI/HDB3模块的测试点AMI-HDB3，将信源模块的K 1、K 2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。 再将K 1、K 2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码波形。 观察时应注意AMI码和HDB3码波形的占空比为0.5；编码输出信号AMI-HDB3比输入信号NRZ-OUT滞后了约4个码元。 （2）将K 1、K 2、K3置于011100100000110000100000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。 （3）将K 1、K 2、K3置于任意状态，CH1接信源模块的NRZ-OUT。 K4先置左方AMI端，CH2依次接AMI/HDB3模块的DET、BPF、BS-R和NRZ，观察这些信号波形；再将K4置右方HDB3端，再次观察DET、BPF、BS-R和NRZ等信号波形。 观察时应注意AMI/HDB3模块的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）约8个码元。 DET是占空比等于0.5的单极性归零信号。 BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的准正弦信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的TTL电平信号。 信源代码连“0”个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），而HDB3码则不存在这种问题。 本实验中若24位信源代码中连“0”很多时，则难以从AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号，因此不能完成正确的译码（由于分离参数的影响，各实验设备所能观察到的现象可能不同。 一般可将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察上述现象）。 311.4实验思考题1集中插入帧同步码同步时分复用信号的帧结构有何特点？2.根据实验观察和纪录回答 （1）非归零码和归零码的特点是什么？ （2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？3.设信源代码为全“1”码或全“0”码或011100100000110000100000，给出对应的AMI码及HDB3码的代码和波形。 4.总结用滤波法从HDB3码中提取位同步信号的原理。 5.占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式为Ps(f)fsP(1P)G(f)fP22s2mG(mf)(fmf)2ss式中fs=1/Ts，P为“1”码的概率，G(f)=0.5TsSa(0.5f/fs)。 试用此公式说明为什么信息代码中的连“0”码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。 32实验2数字调制2.1实验目的 1、掌握绝对码(AK)、相对码(BK)的概念以及它们之间的关系。 2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。 3、掌握BK与2PSK信号波形之间的关系、AK与2DPSK信号波形之间的关系。 4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。 2.2实验原理验使用数字信源模块和数字调制模块。 信源模块向调制模块提供数字基带信号和位定时信号。 调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。 调制模块内部使用+5V电源。 数字调制模块的原理方框图如图2.1所示，电原理图如图2.2所示。 图中CLK-IN接信源模块晶振的输出信号CLK，NRZ-IN(AK)接信源模块的输出信号NRZ-OUT（AK），BS-IN接信源模块的输出位定时信号BS-OUT，它们已在印刷电路板上连通。 数字调制模块上有以下信号测试点CARBK2DPSK和2ASK的载波信号测试点相对码测试点2DPSK2FSK2ASK2DPSK信号测试点，VP-P0.5V2FSK信号测试点，VP-P0.5V2ASK信号测试点，VP-P0.5V33图2.1数字调制方框图图2.2数字调制模块电原理图34图2.1中各单元与图2.2中元器件的对应关系如下2（A）2（B）滤波器A滤波器B码变换器U18B双D触发器74LS74U9B双D触发器74HC74V1三极管9013，电感L1，电容C7V6三极管9013，电感L2，电容C2U18A双D触发器74LS74；U19A异或门74LS86U22三路二选一模拟开关4053U22三路二选一模拟开关4053U21八选一模拟开关4051V5三极管9013V3三极管90132ASK调制器2FSK调制器2PSK调制器放大器射随器数字调制模块将数字信源模块晶振的输出信号CLK进行2分频、滤波后，得到2ASK和2DPSK的载波信号，频率为2.2165MHz。 放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号分别被BK的“0”码和“1”码选通。 2FSK信号有两个载波信号，一个是2ASK信号的载波，另一个是将CLK信号进行4分频、滤波得到的。 2PSK、2DPSK信号波形与信息代码的关系如图2.3所示。 图中假设码元宽度等于载波周期的1.5倍。 2PSK信号的相位与信息代码的关系是前后码元相异时，2PSK信号相位变化180；相同时，2PSK信号相位不变，可简称为异变同不变。 2DPSK信号的相位与信息代码的关系是码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180；码元为“0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1”变“0”不变。 图2.32PSK、2DPSK信号波形示意图35应该说明的是，此处所说的相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码元信号的初相进行比较。 实际工程中，2PSK和2DPSK信号的载波频率与码速率之间可能是整数倍关系也可能是非整数倍关系。 但不管是那种关系，上述结论总是成立的。 本数字调制模块用码变换2PSK调制方法产生2DPSK信号，原理方框图及波形图如图2.4所示。 相对于绝对码AK，2PSK调制器的输出就是2DPSK信号；相对于相对码BK、2PSK调制器的输出是2PSK信号。 图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位与AK的关系是“1”变“0”不变，与BK的关系是异变同不变，由AK到BK的变换也符合“1”变“0”不变规律。 图2.4中已调制信号波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。 (b)波形图图2.42DPSK调制器方框图及波形图2PSK解调器输出信号存在相位模糊现象，而2DPSK解调器输出信号则不存在此现象，故实际通信中一般采用2DPSK而不用2PSK，此问题将在数字解调实验中再详细介绍。 2PSK信号的时域表达式为S(t)=m(t)Cosct（2.1）式中m(t)为双极性非归零码(BNRZ)，当“0”、“1”等概时m(t)中无直流分量，S(t)中无载频分量，2DPSK信号的时域表达式与2PSK相同，只是式中的m(t)36为相对码对应的基带信号。 2ASK信号的时域表达式与2PSK相同，但m(t)为单极性非归零码(NRZ)，NRZ中有直流分量，故2ASK信号中有载频分量。 相位不连续2FSK信号可看成是用AK和AK调制不同载频信号形成的两个2ASK信号相加，时域表达式为S(t)m(t)cosc1tm(t)cosc2t（2.2)式中m(t)为NRZ码。 设码元宽度为TS，fS=1TS在数值上等于码速率，2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK的功率谱密度如图2.5所示。 可见，2ASK、2PSK（2DPSK）的功率谱是数字基带信号m(t)功率谱的线性搬移，故常称2ASK、2PSK（2DPSK）为线性已调信号。 而2FSK的功率谱与m(t)的功率谱之间不是线性搬移关系，称为非线性已调信号。 在多进制数字已调信号中，MASK、MPSK、MDPSK、及MQAM信号是线性已调信号，MFSK信号是非线性已调信号。 应特别说明的是，在现代通信中，常将矩形数字基带信号进行低通滤波器处理后与载波信号相乘，从而构成二进制或多进制线性已调信号，低通滤波器的频率特性为余弦滚降特性或其开平方。 为了方便用示波器观察已调信号波形，HUST TX系列实验设备中仍采用矩形信号作为调制器的基带信号。 另外在本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK也具有离散谱。 37图2.52ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK信号功率谱2.3实验内容及实验步骤 1、熟悉数字调制模块的工作原理。 接通电源，打开实验箱电源开关。 将数字调制模块单刀双掷开关K7置于左方N端，使信源输出周期性NRZ信号（而非m序列信号）作为调制器的基带信号。 2、将示波器置于外同步触发状态，用数字信源模块的FS信号作为示波器的外同步触发信号。 示波器CH1接信源模块的NRZ-OUT(AK)，CH2接数字调制模块的BK，信源模块的K 1、K 2、K3置于任意状态（非全0），观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律。 3、示波器CH1接2DPSK，CH2分别接AK及BK，观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号相位变化与相对码的关系（此关系即是2PSK信号相位变化与信源代码的关系）。 观察时应注意若用20MHz模拟示波器观察，可将时基扩展MAG开关置于X10档，以便更清晰地观察到多个码元周期内2PSK信号或2DPSK信号波形。 若用模拟示波器观察，带衰减探头的灵敏度应置于X10档，以减小探38头输入电容对信号波形的影响。 接已调信号的示波器探头(CH1)的地线应接在数字调制模块的GND点，以免已调信号相位不连续处出现较大的毛刺。 几种已调信号幅度远小于基带信号的幅度，观察时要适当调节示波器CH1通道的幅度旋钮，增加此通道的灵敏度。 4、示波器CH2接AK、CH1依次接2FSK和2ASK；观察这两个信号与AK的关系（“1”码与“0”码对应的2FSK信号的幅度可能略有不同）。 5、用频谱议观察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱（条件不具备时可不进行此项观察）。 2.4实验思考题 1、设绝对码为全 1、全0或10011010，求相对码。 2、设相对码为全 1、全0或10011010，求绝对码。 3、设信息代码为10011010，假定载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2DPSK及2PSK信号波形。 4、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律，设计一个由相对码至绝对码的变换电路。 5、总结2DPSK信号的相位变化与信息代码(即绝对码)之间的关系以及2DPSK信号的相位变化与相对码之间的关系（即2PSK的相位变化与信息代码之间的关系）。 实验4数字解调与眼图4.1实验目的1.掌握2DPSK相干解调原理。 2.掌握2FSK过零检测解调原理。 4.2实验原理可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。 在相39位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。 在HUST TX系列实验设备中，2DPSK载波频率等于码速率的13倍，两种解调方法都可用。 实际工程中相干解调法用得最多。 2FSK信号的解调方法有包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。 TX系列实验设备采用相干解调法解调2DPSK信号，采用过零检测法解调2FSK信号。 2DPSK模块内部使用+5V、+12V和-12V电压，2FSK模块内部使用+5V电压。 图4.1为两个解调器的原理方框图，其电原理图如图4.2所示，图中2DPSK-IN信号及2FSK-IN信号分别接数字调制模块输出的2DPSK信号及2FSK信号，CAR-IN信号接载波同步模块输出的CAR-OUT信号，它们已在印刷电路板上连通。 图4.1数字解调方框图4035图4.2数字解调模块电原理图21在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。 在TX系列实验设备中为了简化实验设备，方便观察信号波形，数字调制的输出端没有带通滤波器，信道是理想的，解调器输入端也没有带通滤波器。 2DPSK解调模块上有以下信号测试点及输入输出点MULPFVCCMBK相乘器输出信号测试点低通、运放输出信号测试点比较器比较电压测试点比较器输出信号测试点/输出点解调输出相对码测试点解调输出绝对码测试点/输出点位同步信号输入点AK-OUTBS-IN2FSK解调模块上有以下信号测试点及输入输出点FDLPFCMBS-IN2FSK过零检测器输出信号测试点低通滤波器输出信号测试点比较器输出信号测试点/输出点位同步信号输入点解调输出信号的测试点/输出点AK-OUT图4.1(a)中各单元与图4.2(a)中元器件的对应关系如下相乘器U29模拟乘法器MC1496R31；C2U30运算放大器UA741U31比较器LM311U32:A双D触发器7474U32:B双D触发器7474；U33:A异或门低通滤波器运算放大器比较器抽样器码反变换器748664图4.1(b)中各单元与图4.2(b)中元器件的对应关系如下整形电路1单稳电路1单稳电路2相加器U34:A反相器74HC04U35:A单稳态触发器74123U35:B单稳态触发器74123U36或门7432U37运算放大器LM318；若干电阻、电容U34:B反相器74HC04U38:A双D触发器7474低通滤波器整形电路2抽样器2DPSK相干解调电路中的有关信号波形如图4.3所示，图中假设绝对码为1101011，下面对一些具体问题加以说明。 信源是周期为24bit的周期信号，当24bit的相对码BK中“1”码和“0”码个数不相等时，相乘器U29的输出信号MU及低通滤波器输出信号LPF是正负不对称的信号。 在实际的2DPSK通信系统中，抽样判决器输入信号是一个均值为0且正负对称的信号，因此最佳判决电平为0。 TX系列实验设备中，判决电平VC是可以调节的。 当VC=0而相对码BK中“1”码和“0”码个数差别太大时，可能出现误判决，即解调器出现误码。 因为此时LPF信号的正电平或负电平非常接近0电平，抽样脉冲（位同步信号）稍不理想就会造成误码。 电位器R39用来调节判决电平，当BK中“1”码与“0”码个数差别比较大时出现误码时，可调节R39使VC接近LPF信号的中值。 实际通信系统中的2DPSK相干解调器（或差分相干解调器）是针对随机信号，不需要调节判决电平。 比较器的输出信号CM为TTL电平信号，它不能作为相对码直接送给码反变器，因为它并不是一个标准的单极性非归零码，其单个“1”码对应的正脉冲的宽度和单个“0”码对应的零电平的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。 另外，当LPF中有噪声时，CM中还会出现噪声脉冲（由于在TX系列实验设备中信道是理想的，接收机输入信号中无噪声，故实验时观察不65到此脉冲噪声）。 异或门74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有小的干扰信号，经U34整形后即可去掉。 图4.32DPSK相干解调波形示意图2FSK解调器工作原理及有关问题说明如下。 图4.4为2FSK过零检测解调器各点波形示意图，图中设“1”码载频等于码速率的两倍，“0”码载频等于码速率，信息代码为101。 整形电路1和整形电路2的功能与比较器类似，在74HC04的输入端将均值为0的输入信号叠加在2.5V上。 74HC04的状态转换电平约为2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。 整形电路1将正弦2FSK信号变为TTL电平的2FSK信号。 整形电路2和抽样电路共同构成一个判决电平为2.5V的抽样判决器。 单稳电路 1、单稳电路2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器一起共同对TTL电平的2FSK信号进行微分、整流处理。 电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度（它们应基本相等）。 用R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度，LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码，必须进行抽样判决处理。 66低通滤波器是一个有源滤波器，具有低通滤波和倒相功能。 整形电路2对输入信号进行硬限幅和倒相处理。 图4.42FSK过零检测解调器各点波形示意图4.3实验内容及实验步骤本实验使用数字信源模块、数字调制模块、载波同步模块、2DPSK解调模块及2FSK解调模块，它们之间的信号连接方式如图4.5所示,其中实线是指已在印刷电路板上布好的，虚线是在实验过程中由实验者自己连接的。 实际通信系统中，解调器需要的位同步信号位同步提取模块。 本实验中位同步信号直接数字信源。 在做2DPSK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调模块，做2FSK解调实验时则送到2FSK解调模块。 图4-5数字解调实验连接图1.复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调模块及2FSK解调模块的工作67原理，接通实验箱电源。 将数字调制模块单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。 2.检查数字信源、数字调制及载波同步模块是否工作正常，载波同步模块的锁相环应处于锁定状态。 3.2DPSK解调实验 （1）将数字信源模块的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调模块的BS-IN处。 将示波器置于外同步触发状态，以信源模块的FS信号作为示波器外同步触发信号。 将示波器的CH1接数字调制模块的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调模块的MU。 MU与BK同相或反相，其波形应接近图4.3所示的理论波形。 （2）示波器的CH2接2DPSK解调模块的LPF，可看到LPF与MU同相。 当一帧内BK中“1”码和“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称。 （3）示波器的CH1接VC，调节电位器R39，使VC为LPF的中值电平（当BK中“1”与“0”等概时LPF的中值为0电平）。 （4）观察数字调制模块的BK与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字信源模块中AK信号与2DPSK解调模块的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间的关系。 （5）断开、接通电源若干次，改变数字调制模块的CAR信号与载波同步模块的CAR-OUT信号的相位关系，重新进行步骤 （4）中的观察。 （6）将数字调制模块单刀双掷开关K7置于右方M序列端，此时数字调制器输入的基带信号是m序列。 用示波器观察2DPSK解调模块中的LPF信号，即可看到无噪声时的眼图。 4.2FSK解调实验将数字调制模块单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。 将数字信源模块的BS-OUT用信号连线换接到2FSK解调模块的BS-IN处，示波器探头CH1接数字信源模块中的AK，CH2分别接2FSK解调模块中的FD、LPF、CM及AK-OUT，68观察2FSK过零检测解调器的解调过程（注意低通滤波器及整形电路2都有倒相作用）。 LPF的波形应接近图4.4所示的理论波形。 4.4实验思考题1.设绝对码为1001101，根据实验观察得到的规律，画出当相干载波频率等于码速率的1.5倍，CAR-OUT与CAR同相或反相时，2DPSK相干解调器中MU、LPF、BS、BK、AK等信号的波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。 2.设信息代码为1001101，2FSK的两个载频分别为码速率的四倍和两倍，根据实验观察得到的规律，画出2FSK过零检测解调器输入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK等信号的波形（设低通滤波器及整形电路2都无倒相作用）。 实验9.1实验目的1.掌握PCM编译码原理。 9PCM编译码2.掌握同步时分复用PCM基带信号的复接和分接原理。 3.了解语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 9.2实验原理1.点到点PCM多路电话通信原理脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(M)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。 当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用M。 目前在速率为155Mbps以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在A律和律两个PCM数字复接系列，在155Mbps以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的速率相同。 而M在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。 点到点PCM多路电话通信原理可用图9.1表示。 对于基带通信系统，广69义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。 对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。 图9.1点到点PCM多路电话通信原理框图本实验采用PCM编译码模块传输两路音频正弦信号或两路话音信号。 PCM编译码模块的核心器件是TP3057编译码器，它包括了图9.1中的收端和发端的低通滤波器及PCM编码器和PCM译码器。 编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或话音信号。 本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。 2.PCM编译码模块原理本模块的原理方框图如图9.2所示，电原理图如图9.3所示，模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经7905变换得到。 70图9.2PCM编译码原理方框图该模块上有以下信号测试点和输入点BS PCM基群时钟信号测试点SL0SLASLBSRBSTASRASTBPCMPCM-APCM-B PCM基群第0个时隙同步信号测试点信号A的抽样信号即时隙同步信号测试点信号B的抽样信号即时隙同步信号测试点信号B译码器输出信号测试点输入到编码器A的信号测试点信号A译码器输出信号测试点输入到编码器B的信号测试点时分复用PCM信号测试点信号A编码结果测试点信号B编码结果测试点71STA-INSTB-IN外部音频信号A输入点外部音频信号B输入点本模块有多个设定开关开关K 5、K6用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频正弦信号。 7273图9.2PCM编译码原理方框图67开关K8用来选择SLB信号，它可以为时隙同步信号SL 1、SL 2、SL 5、SL7中的任何一个。 开关K9用来选择抽样频率，可为8KHz、4KHz或2KHz中的任何一种。 图9.2各单元与图9.3中元器件之间的对应关系如下晶振U75非门74LS04；CRY14096KHz晶体U78:AD触发器74LS74；U79计数器74LS193U80计数器74LS193；U78:BD触发器74LS74U91D触发器74LS74U81单稳态触发器74LS123；U76移位寄分频器1分频器2分频器3抽样信号产生器存器74LS164PCM编译码器APCM编译码器B U82PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）U83PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）U778位数据产生器74HC151；U86:D与帧同步信号产生器门7408正弦信号源A正弦信号源B复接器U86:D，U86:A运算放大器LM324U86:B，U86:C运算放大器LM324U85或门74LS32晶振、分频器 1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。 在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即路同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验5及实验6所述。 此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。 由于时钟频率为2.048MHz，故PCM-A及PCM-B的速率都是2.048Mbps。 当抽样信号频率为8KHz时，一帧PCM-A或一帧PCM-B中有32个时隙，其中1个时隙为信号A或信号B的编码数据，另外31个时隙都是空时隙。 时分复用PCM信号速率也是2.048Mbps，当抽样信号频率为8KHz时，一74帧PCM中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(1110010)，第2时隙为信号A的编码结果，第1(或第 5、或第7，由开关K8控制)时隙为信号B的编码结果。 由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。 又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。 本模块中用或门74LS32对PCM-A、PCM-B及帧同步信号进行复接。 在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。 3.TP3057简介本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057，它是CMOS工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出及输入话路滤波器，其引脚及内部框图分别如图9. 4、图9.5所示。 引脚功能如下。 (1)V- (2)GND (3)VFRO (4)V+接-5V电源。 接地。 接收部分滤波器模拟信号输出端。 接+5V电源。 图9.4TP3057引脚图 (5)FSR (6)DR接收部分时隙同步信号输入端。 接收部分PCM码流输入端。 75 (7)BCLKR/CLKSEL (8)MCLKR/PDN (9)MCLKX (10)BCLKX (11)DX (12)FSX (13)TSx (14)GSX (15)VFXi- (16)VFXi接收部分位时钟(位同步)信号输入端，此信号将PCM码流在FSR上升沿后逐位移入DR端。 位时钟可以为64KHz到2.048MHz的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平，以选择1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。 接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。 可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。 当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。 发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。 可以和MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。 发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FSX信号上升沿后逐位移出DX端，频率可以为64KHz到2.04MHz的任意频率，但必须与MCLKX同步。 发送部分PCM码流三态门输出端。 发送部分帧时钟信号输入端。 漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。 发送部分增益调整信号输入端。 发送部分放大器反向输入端。 发送部分放大器正向输入端。 76图9-5TP3057内部方框图TP3057由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。 发送部分包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D转换器。 抗混淆滤波器的带外衰减为30dB以上，从而避免了任何片外滤波器的加入。 低通滤波器是5阶的、时钟频率为128MHz。 高通滤波器是3阶的、时钟频率为32KHz。 高通滤波器的输出信号送给阶梯波产生器。 阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（SAR）、比较器以及符号比特提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D转换器。 SAR输出的并行码经并/串转换后成PCM信号。 参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为5VP-P。 发帧时钟信号FSX为采样信号。 每个采样脉冲都使编码器进行两项工作在8比特位同步信号BCLKX的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端DX输出。 在8比特位同步信77号以后，DX端处于高阻状态。 接收部分包括扩张D/A转换器和低通滤波器。 低通滤波器符合AT&T D3/D4标准和CCITT建议。 D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A阶梯波形成等部分构成。 在收时隙同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKR作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器(即D/A寄存器)，D/A阶梯波形成器对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。 此信号被送到时钟频率为128KHz的开关电