通信系统原理A实验指导书

1、 同济大学电子与信息工程学院实验中心 1同济大学电子与信息工程学院同济大学电子与信息工程学院实实 验验 指指 导导 书书课课 程程 名名 称：称：_通信系统原理通信系统原理 A_ 实实 验验 学学 时：时： 10 学学 时时适适 用用 专专 业：业：通信工程、电子信息工程通信工程、电子信息工程 实验项目名称实验项目名称1、信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验 2 学时学时2、脉冲编码调制与解调（脉冲编码调制与解调（PCM）实验）实验 2 学时学时3、数字基带传输实验数字基带传输实验 2 学时学时 4、数字调制与解调实验数字调制与解调实验 2 学时学时 5

2、、时分复用与话路通信综合实验时分复用与话路通信综合实验 2 学时学时 信息与通信实验室信息与通信实验室2011-9-8目目 录录概述2一：概述一：概述.4电子与通信原理实验系统介绍.4一、电子与通信原理实验系统总方框.4二、系统单元电路组成的认识:.4三、通信系统实验项目的总体认识:.5四、电子与通信原理实验系统元器件总体布局分布.6实验一实验一 信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验.7一、实验目的.7三、实验仪器仪表.7四、实验装置的实验电路工作原理.7五、实验装置熟悉的实验内容.10六、实验注意事项：.10七、信号源实验电路工作原理.10八、信号源认

3、识实验内容.131、CPLD 可编程数字信号发生器.132、简易正弦信号发生器.13九、信号源认识实验注意事项.13十、观察信号的波形和分析正弦和方波的数字频谱，并记录.13十一、讨论思考题.13十二、实验报告要求.13实验二实验二 脉冲编码调制与解调（脉冲编码调制与解调（PCM）实验）实验.14一、实验目的.14二、实验预习要求.14三、实验所用仪表.14四、实验电路工作原理.14五、实验内容.181、PCM编码电路.182、PCM解码电路.18八、讨论思考题.19九、实验报告要求.19实验三实验三 数字基带传输实验数字基带传输实验.20一、实验目的.20二、预习要求.20三、实验仪器.20

4、四、实验电路及基本原理.20五、实验内容.241、HDB3、AMI编码规则实验.242、HDB3、AMI译码实验.25六、实验注意事项及主要波形说明：.25七、观察信号的波形：.25八、实验报告要求.25实验四（实验四（1） FSK 调制解调实验调制解调实验.27一、实验目的:.27 同济大学电子与信息工程学院实验中心 3二、预习要求:.27三、实验仪器仪表:.27四、实验电路工作原理.27五、实验内容.301、FSK调制实验.302、FSK解调实验.30六、实验注意事项及主要波形说明：.31七、观察信号的波形：.31八、讨论思考题.31九、实验报告要求.31实验四（实验四（2） 二相二相 P

5、SK（DPSK）调制实验）调制实验 .32一:实验目的.32二:预习要求.32三:实验仪器仪表.32四:实验电路工作原理.32五:实验内容.361、伪随机码的设置.362、二相调制器.373、二相 调制器.37六:实验注意事项及主要波形说明.37七、观察信号的波形.38八、 实验讨论思考题.38九、实验报告要求.38实验四（实验四（3） 二相二相(PSK,DPSK)解调及系统实验解调及系统实验.39一、实验目的.39二、预习要求.39三、实验仪器材.39四、实验电路工作原理.39五、实验内容.42六、实验注意事项及主要波形说明.42七 观察信号的波形：参考波形的跳线为：S8001-2、S804

6、1-2、S8051-2、S8501-2、S8501-2、S8521-242八、讨论思考题.42九、实验报告要求.42实验五实验五 时分复用与话路通信综合实验时分复用与话路通信综合实验.43一 实验目的.43二 预习要求.43三 实验仪器仪表.43四 实验电路工作原理.43五 实验内容.45六 实验注意事项及主要波形说明.45七 观察信号的波形.46八 讨论思考题.46九 实验报告要求.46概述4一：概述一：概述电子与通信原理实验系统介绍电子与通信原理实验系统介绍本通信原理实验系统将单片计算机技术、电子技术和通信原理等基础知识灵活地运用在实验教学环节中。本系统可以独立、组合、综合完成 26 项实

7、验或示教。实验电路原理清楚、设计新颖，重点突出，实验内容丰富、波形测量点的选择准确具有代表性。同时理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理为目标，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立通信系统完整的概念。一、电子与通信原理实验系统总方框一、电子与通信原理实验系统总方框二、系统单元电路组成的认识二、系统单元电路组成的认识:本系统由下列 15 个模块组成：1、 电源2、 中央集中控制器系统单元3、 信号发生单元4、 脉冲振幅调制（PAM）系统单元5、 脉冲编码调制编码、译码（PCM）系统单元6、 增量调制编码系

8、统单元7、 增量调制译码系统单元 CPU 中央处理控制单元 基本锁相环 频率合成器 PAM 通信系统 增量调制编码电路 (CVSD 调制方式) 增量调制译码电路 (CVSD 解调方式) PSK 调制器 PSK 解调器 FSK 调制解调器系统 PCM 通信系统 同济大学电子与信息工程学院实验中心 58、 基本锁相环与锁相式数字频率合成器（VCO）系统单元9、 二相 PSK 数字相位调制系统单元10、二相 PSK 数字相位解调系统单元11、FSK 调制解调系统单元12、HDB3/AMI 码型变换单元13、通信口单元14、RS232 接口单元15、扩展模块单元三、通信系统实验项目的总体认识三、通信系

9、统实验项目的总体认识:电子与通信原理实验系统在 CPU 中央控制单元的管理与控制下，由实验者根据实验基本内容与基本原理，在人工操作与 CPU 自动控制相结合下，可以独立进行或综合完成 26 个实验项目：1、 中央集中控制器系统实验2、 信号发生器系统实验3、 PAM 调制实验4、 脉冲振幅调制（PAM）系统实验5、 PCM 编码实验6、 脉冲编码解调（PCM CODEC）系统实验7、 时分复用 PCM 实验8、 话路通信实验9、 增量调制编码实验10、增量调制系统实验11、VCO 压控振荡器实验12、基本锁相环实验13、锁相式数字频率合成器系统实验14、2PSK 调制实验15、2PSK 解调实

10、验16、2DPSK 调制实验17、2DPSK 解调实验18、眼图实验19、位同步信号恢复实验20、FSK 调制实验21、FSK 解调实验22、HDB3 编码和解码实验23、AMI 编码和解码实验24、通信系统综合实验25、通信接口实验26、扩展实验四、电子与通信原理实验系统元器件总体布局分布四、电子与通信原理实验系统元器件总体布局分布电子与通信原理实验系统布局分布图：见实验箱及下图：。概述6 系统布局图通信系统原理 同济大学电子与信息工程学院实验中心 7实验一实验一 信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验信号源与频谱分析实验，实验装置认识实验一、实验目的一、实验目的 1、 了解单片微型计算机在

11、通信电路系统中的应用2、 了解该系统单元对其它实验系统中的管理、控制与检测过程3、 熟悉键盘操作方法4、 了解多种时钟信号的产生方法；5、 掌握用数字电路产生伪随机序列码的方法；6、 了解 PCM 编码中的收、发帧同步信号的产生过程；二二、实验预习要求实验预习要求 阅读本实验原理部份内容，理解信号发生器系统的原理、熟悉各芯片的功能。预习单片微型计算机原理及其应用，通信系统原理等相应教材。三、实验仪器仪表三、实验仪器仪表1、 双踪示波器 一台2、 通信原理实验箱 一台3、 万用表一块4、 频率计 一台四、实验装置的实验电路工作原理四、实验装置的实验电路工作原理中央集中控制器是该综合实验系统中的中

12、心控制部分，它控制着各部分实验电路的工作，采用 MCS-51 单片机技术，对全部系统实现集中管理与控制，学生上机作某项实验或综合实验时，由辅助键盘进行操作，可选择各种方式的实验。（一）电路组成图 1-1 是通信原理实验系统中央控制单元原理框图图 1-2 是通信原理实验系统中央控制单元电原理图（二）电路基本工作原理 图 1-1 中央控制单元原理框图CPU中央控制单元8031系统显示电路（液晶）键盘输入电路控制接口电路驱动电路各实验模块扩展模块实验一/2 信号发生器系统实验8图 1-2 中央控制单元电路通信系统原理 同济大学电子与信息工程学院实验中心 91、键盘输入电路 在扩展 AT89C51 单

13、片计算机系统时，除了配置扩展外部存储器外，也要对I/O 口的扩展进行考虑，这主要使单片机能按照要求工作，就必须将必要的命令和数据输入到单片机中。这就需要配置一定的输入设备。在本实验系统中，输入设备选用的是键盘，键盘是单片机中一个关键的部件，它能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段，其键盘与单片机系统接口电路框图如图 1-2 所示。本实验箱有四个功能键，他们与各实验单元及代码的对应关系如下表 1-1：表 1-1PAM：脉冲振幅调制单元PCM：脉冲编码调制单元：增量调制编码单元MVCO：基本锁相环单元PSK：移相键控调制解调单元FSK：移频键控调制解调单元EYE：眼图实

14、验设置键SET PN：设置伪随机码0 键用于设置伪随机码的 0（低）电平1 键用于设置伪随机码的 1（高）电平确认键用于确认各实验模块复位键系统复位说明：(1)按设置键设置键选择相应的各实验模块，然后按确认键确认键进入此模块，即送出该实验所必须的控制信号。(2)0 和 1 键只在伪随机码功能下才能使用。本实验系统提供的是 16 位的伪随机码。(3)复位键：系统复位，但不改变当前设置的伪随机码。如需初值则应上电复位。 (4)按下复位键后在液晶上将会显示 * AEDKSCE * 然后进入各项功能。WWWAEDKCOM2、 液晶显示电路在对单片机扩展应用时，有时单片机对数据的运算或处理的结果，也要通

15、过一定的方式输出，这就需要一定的输出设备，在本实验系统中，采用了字符型的液晶显示模块。3、 驱动与控制电路在通信原理实验系统中，PCM 系统单元，FSK 系统单元，PSK 调制解调系统单元，增量调制编译码系统以及基本锁相环与锁相式频率合成器系统单元，这些系统能否正常工作，取决于 CPU 中央控制单元的管理与控制。图 2-2 是它的原理图。例如在做脉冲编码调制 PCM 实验时，控制输入 PCM 实验系统所需的工作时钟2.048MHz，PCM 编码与译码所需的收发分帧同步信号 8KHz，以及 PCM 系统的集成芯片所需的控制电压都应加到 PCM 系统电路中，这样 PCM 系统才能正常工作。7、 键

16、盘输入与液晶显示扩展电路用 8031 的 I/O 口直接控制。8、 系统复位电路当中央集中控制器系统出现不正常或软件不工作时，则只需要重新复位，重新启动电路来运行程序，这时只要按一下键盘上的功能键“复位”键即可。实验一/2 信号发生器系统实验10五、实验装置熟悉的实验内容五、实验装置熟悉的实验内容1、熟悉键盘的功能键与使用方法。（1）按下设置键 1 下与确认键，进入 PAM 实验。（2）按下设置键 2 下与确认键，进入 PCM 实验。（3）按下设置键 3 下与确认键，进入实验。M（4）按下设置键 4 下与确认键，进入 VCO 实验。（5）按下设置键 5 下与确认键，进入 PSK 实验。（6）按

17、下设置键 6 下与确认键，进入 FSK 实验。（7）按下设置键 7 下与确认键，进入 EYE 实验。（8）按下设置键 8 下与确认键，进入 SET PN 实验。此时可按自己要求按 0 或 1 键设置 16 位伪随机码。六、实验注意事项：六、实验注意事项：1、 打开开关，按键盘的“复位键” ，使系统复位，以便与程序重新开始工作。2、 该中央集中控制器系统单元电原理总图见图 1-2 并作分析。并作简要叙述。3、 当发现某些电路不正常时，应先关掉电源开关，再作静态检查，禁止带电插拔集成块电路。4、 GND 为接地点，测量各模块的控制信号时，示波器应注意接地。七、信号源实验电路工作原理七、信号源实验电

18、路工作原理 时钟信号是其他各级电路的重要组成部分，在通信电路及其他电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。因此，我们在做电子与通信原理各项实验时，必须先对所有的时钟信号加以了解、熟悉，以便能顺利的进行后面的各项实验。（一）电路组成：信号发生器单元的电路图如图 2-2，信号发生器单元的布局图如图 2-3信号发生器由以下电路组成：1、内时钟信号源；2 多级分频及脉冲编码调制系统收、发帧同步信号产生电路；3、简易正弦信号发生器电路。图 2-1 XC95108 内信号发生器原理框图通信系统原理 同济大学电子与信息工程学院实验中心 11 图 2-2 音频信号和数字信号发生实验一

19、/2 信号发生器系统实验12图 2-3 信号发生器面板图（一）电路工作原理1、CPLD 可编程数字信号发生电路CPLD 可编程模块可用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。本实验箱选用的是 Xilinx 公司的 XC95108，通过下载接口电路和一些外部晶振构成。内部时钟信号源电路由晶振，电阻、电容和非门组成，若电路加电工作后，在输出端输出一个比较理想的 4.096MHz 方波信号，经开关 S0012-3选择后到XC95108 内进行一系列的分频电路，产生所需的信号，分配给各个实验模块。其原理框图见图 2-1。外部时钟信号源可通过 IN1 接入同时将短路套置于开关 S0011-2，

20、这样就可产生你所需的时钟信号。2、简易正弦信号发生器简易正弦信号发生由 ICL8038 信号发生芯片产生，除了能产生正弦波外也能产生三角波、方波。测试点分别为 T054、T055、T056，它们的频率、占空比、失真可以通过电位器 RP001，RP002、RP003 调节。通信系统原理 同济大学电子与信息工程学院实验中心 13八、信号源认识实验内容八、信号源认识实验内容1、CPLD 可编程数字信号发生器可编程数字信号发生器1、用内部时钟信号源产生的信号作为总时钟输入 S001 开关接 2、3，分别分析各级电路，并测出各测量点波形。2、简易正弦信号发生器、简易正弦信号发生器1、 分析该实验电路的电

21、原理图 2-1，并理解其工作过程。2、 调节 RP001， 、RP002，RP003 电位器，观测 T054、T055、T056 输出变化。九、信号源认识实验注意事项九、信号源认识实验注意事项1、 接好电源，打开电源开关，相对应的指示发光二极管亮，使电路工作。2、 该实验单元的元器件位置结构见图 2-2 所示十、观察信号的波形和分析正弦和方波的数字频谱，并记录十、观察信号的波形和分析正弦和方波的数字频谱，并记录1：参考波形跳线：S0012-3， T000&T001 波形；2：T011&T012 波形；3：T006&T007 波形；4：T008&T009 波形；5：T013 波形；6：T002&

22、T003 波形7：T005&T004 波形8：T017&T018 波形9：T019&T016 波形10：T016&T015 波形11：T054&T055 波形12：T054&T056 波形十一、讨论思考题十一、讨论思考题1、实验电路中内时钟信号源产生是由两级非门、晶振、电阻电容元件组成反馈式振荡器，分析其原理。能否用其他形式的电路产生时钟信号，举例说明。2、时钟信号得分频电路能否用其他方法产生，要求电路尽量简要、清楚。有哪些方法？画出原理图。13 分频，2.5 分频如何实现？3、理解并分析正弦波测试信号发生器电路后，试用其他方法产生正弦波信号，举例说明，并画出电路图。十二、实验报告要求十二、实

23、验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程2、根据实验测试纪录，画出各个测量点的波形图3、对实验讨论思考题加以分析，并做出原理图与工作波形图4、写出本实验的心得体会，对本实验有什么要求与意见提出来。实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验14实验二实验二 脉冲编码调制与解调（脉冲编码调制与解调（PCM）实验）实验一、实验目的一、实验目的1、加深对 PCM 编码工作过程的理解。2、掌握 PCM 编、译码的时序关系。3、熟悉 PCM 编、译码专用集成芯片的使用方法及其要求。4、了解 PCM 系统的工作过程。二、实验预习要求二、实验预习要求1、预习通信原理教材中关于脉冲编码调制 PC

24、M 原理的有关章节，2、在阅读本实验内容，详细阅读 TP3067 芯片资料。三、实验所用仪表三、实验所用仪表1、双踪示波器 一台2、通信原理实验箱一台3、低频信号源 一台四、实验电路工作原理四、实验电路工作原理（一）电路组成脉冲编码调制电原理图如图 41 所示。脉冲编码调制面板图如图 42 所示。（二）实验电路工作原理1、TP3067 芯片资料简介：该电路是 NATIONAL SEMICONDCTOR 公司生产的单片串行接口的 PCM 编解码和滤波器，它能够将模拟话音进行 A 律的 PCM 编码，并可对 A 律PCM 数字码流进行解码， 同 TP3057 相比增加了功率放大器，因而能提供推挽输

25、出能力，适用于程控交换系统与电话通信设备中。表 41 TP3067 编译码集成电路引出端排列和功能框图 脚号符号功能脚号符号功能1VPO功放正向输出11MCLKx编码主时钟输入2GNDA模拟地12BCLKx编码位时钟输入3VPO功放反向输出13Dx PCM 数据输出4VPI功放反向输入14FSx编码端帧同步脉冲输入5VFRO解码端滤波器输出15TSX 指示信号输出，在编码时隙为低电平6VCC正电源(十 5V)16ANLB反馈控制输入7FSR解码端帧同步脉冲17GSx话音放大器输出8DRPCM 数据输入18VFx话音放大器的反向输入9BLKR/CLKSEL解码端位时钟输入19VFx+话音放大器的

26、同向输入10MCLKR/PDN解码端主时钟输入或掉电控制输入20+6VBB负电源(5V) 通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 15图 4-1 PCM 编码译码电路实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验16图 4-2 编码、译码电路面板图TP3067 编译码集成电路引出端排列和功能框图 图 4-3 TP3067 引出端排列图 图 4-4 TP3067 内部功能框图电路的功能说明：TP3067 可以组成模拟用户线与程控交换设备间的接口，包含有话音 A 律编解码器、自调零逻辑、话音输入放大器、RC 滤波器、开关电容低通滤波器、话音推动功放等功能。TP3067 具有完整的话音

27、到 PCM 和 PCM 到话音的 A 律压扩编解码功能。它的编码和解码工作既可同时进行，也可异步进行。（1）同步工作时，主时钟加到 MCLKx 端上，移位时钟加到 BCLKx 端上，主时钟的频率通过 BCLKR/CLKSEL 选择。如果 BCLKR/CLKSEL0，主时钟为 1.536MHz 或 1.544MHz通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 17如果 BCLKR/CLKSEll，主时钟为 2.048MHz。移位时钟可以从 64k1Iz 到 2.048MHz，需和主时钟同步。在这种方式下，编解码主时钟和移位时钟相同。（2）异步工作时，MCLKR 和 MCLKx 上均需 2

28、.048MHz 时钟，两者可以不同步，但若要性能最佳，两者应该同步，同样 BCLKx 和 BCLKR/CLKSEL 端上也要加入编码和译码时钟,分别用作编码输出与译码输入的 PCM 码流的移位时钟，两者均可以从 64kHz 到 2.048MHz。FSx 和 FSR分别为编码和解码的帧同步脉冲。FSx 和 FSR的频率均为 8KHz。TP3067 模拟语音输入部分含有可用电阻调节的运算放大器，RC 滤波器、八级开关电容带通滤波器和采样保持电路，A/D 变换器(具有 A 律压缩特性)。译码部分是通过具有 A律扩张特性的 D/A 变换器、五级开关电容低通滤波器等完成，通过功率放大器输出，可以直 接驱

29、动线路变压器，第一功放可将从译码滤波器输出的2.5V 电压提升到3.3V(负载为 300 欧姆)，第二级功放可对平衡负载再提高 6dB。TP3067 采用的是 A 律并带有偶位取反的编码方法。即：V1N十 2.5V， 编码为：10101010VIN0V， 编码为：11010101 或 01010101VIN一 2.5V， 编码为：001010102、PCM 基本工作原理众所周知，脉冲调制通信就是把一个时间上连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中进行传输。所谓脉冲编码调制：就是对模拟信号先进行抽样后，再对采样值的幅度进行量化、编码的过程。所谓抽样，就是对模拟信号进行

30、周期性扫描，从而把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也成为模/数变换，可记作 A/D。由此可见，脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。PCM 的原理如图 41 所示。输入的语音信号先经防混叠低通滤波器，

31、得到限带信号（3003400Hz） ，进行脉冲抽样，变成 8KHz 重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM 信号） ，然后将幅度连续的 PAM 信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话，CCITT 规定抽样率为 8KHz，每次抽样编8 位码，即共有 256 个量化值，因而每话路 PCM 编码后的标准数码率是 64Kbps。编码后通过开关选择解码方式，是在 PCM1 解码还是在 PCM2 解码。有两路 PCM 电路：PCM1 和 PCM2。它们的工作原理基本相同，只是在进行编解码的同步时钟脉冲 PCM1 和 PCM2 有一相位差，这样就可以进行时分

32、多路复用，时分多路复用将在实验五中讲到。下面以 PCM1 为例：语音信号输入有两种方式选择：语音信号输入有两种方式选择：S3021-2：为 D301D 和 D301C 的输入放大电路，S3022-3：为通过话机经用户接口电路输入。解码方式有两种：解码方式有两种：S3001-2：将 PCM1 编码信号送本芯片的解码，同时开关 SA300 往上拨。S3002-3： 将 PCM1 编码信号和 PCM2 编码信号组成一路信号送解码开关 SA300，当开实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验18关往上拨，此时在本单元解码。当开关往下拨，此时在另一单元解码。本模块解调后的信号可通过 PAM 单元的

33、功率放大模块，使解调后的语音信号通过喇叭传出。S3401-2 ：PCM1 解调输出的信号。S3402-3 ：PCM2 解调输出的信号。五、实验内容五、实验内容1、PCM 编码电路编码电路1、在不加信号的情况下，用双踪示波器测量 T301-T306 各测量点处的波形，仔细观察。2、S3021-2从实验二信号发生器系统单元中输入 1KHz 单音频正弦信号至 SIN300 中，再测量 T301T306 各点波形，画出各点波形并分析其相位关系。3、从外加信号发生器中输入一正弦信号至 SIN300 中，重复上述“2”的过程及步骤。2、PCM 解码电路解码电路1、PCM 解码系统实验将 S3001-2连接

34、，开关 SA300 往上拨，在上述“1” 、 “2” 、 “3”的基础上，继续测量 T301T306 个测量点处的波形。并画出波形，作详细分析。2、在 PAM 模块 S3401-2，测量 T200 信号，同时拨动开关 203，喇叭将发音。六六、实验注意事项及主要波形说明实验注意事项及主要波形说明1、实验注意事项(1) +5V、5V、48V 工作；(2) 拨动开关 S301 至 ON 位置，HL300 发光管亮。(3) 按设置键直到液晶的下行显示 PCM，再按下确认键，会在旁边显示：，即表明已进入 PCM 模块。这样就给 PCM 系统中送上四组信号，即：a)2048KHz 主时钟信号b)8KHZ

35、1 收发分帧同步信号c)8KHZ2 收发分帧同步信号d)选通 4066 的高电平信号。2、跳线开关放置：S3001-2：PCM1 编码信号S3002-3：PCM1 和 PCM2 编码信号。S3201-2：PCM2 编码信号S3202-3：PCM1 和 PCM2 编码信号选择S3021-2：输入外接信号S3022-3：输入话音信号。S3031-2：输入外接信号S3032-3：输入话音信号SA300 上：本单元进行解码SA300 下：另一单元解码SA320 上：本单元进行解码SA300 下：另一单元解码3、PCM 系统实验电路波形说明如下：（以 PCM1 为例）T301：为正弦波形，幅值较低，若幅

36、度过大，则会被限幅电路限幅成方波，可通过调节 RP301。T302：PCM 编码数字信号。T303：频率为 8KHZ 的编码帧同步信号。T304：PCM 解码数字信号输入，由开关 S300 和 SA300 决定。T305：频率为 8KHZ 的解码帧同步信号，由开关 S300 和 SA300 决定。通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 19T306：解码输出的模拟信号。T311 和 T312：话机的语音信号。T313：话机摘挂机信号。七七、观察信号的波形观察信号的波形参考波形跳线：S3001-2，S3021-2，SA300 往上拨，SIN300 接入 1K 左右的正弦波。（或者

37、S3031-2，S3201-2，SA320 往上拨） 。SIN320 接入 1K 左右的正弦波。1：T301&T306 波形2：T304&T305 波形八八、讨论思考题、讨论思考题1、TP3067 PCM 编码器输出的 PCM 数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给TP3067 提供 2.048MHz 的时钟？2、认真分析 TP3067 主时钟与 8KHz 分帧收、发同步时钟的相位关系？九、实验报告要求九、实验报告要求1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。2、画出试验过程中各测量点的波形图，注意对应相位关系。3、写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。实验四(2)

38、 二相 PSK（DPSK）调制实验20实验三实验三 数字基带信号数字基带信号传输实验传输实验一、实验目的一、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、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、预习要求二、预习要求认真预习通信系统原理中数字基带信号的有关内容。三、实验仪器三、实验仪器1、 示波器一台2、 万用表一台3、 通信原理实验箱一台四、实验电路及基本原理四、实验电路及基本原理（一）电路组

39、成HDB3/AMI 编译码模块原理图如图 14-2 所示。HDB3/AMI 编译码模块面板图如图 14-3 所示。（二）实验电路工作原理1、 HDB3 专用集成芯片介绍： CD22103 的引脚及内部框图台图 14-1 所示，引脚功能如下：图 14-1 CD22103 的引脚及内部框图通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 21图 14-2 HDB3/AMI 编/解码原理图实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验22图 14-3 HDB3/AMI 面板图（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）HDB3/AMI 码型选

40、择端；接 TTL 高电平时，选择 HDB3码；接 TTL 低电平时，选择 AMI 码；（4）NRZ-OUT HDB3译码后信码输出端；（5）CRX 译码时钟（位同步信号）输入端；（6） 告警指示信号（AIS）检测电路复位端， 负脉冲有效；RAIS（7）AIS AIS 信号输出端，有 AIS 信号为高电平，无 ALS 信号时为低电平；（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译码内部环回控制端，接高电平为环回，接低电平为正常；（13）-

41、HDB3-IN HDB3译码器负码输入端；（14）-HDB3-OUT HDB3译码器负码输出端；（15）+HDB3-OUT HDB3译码器正码输入端；（16）VDD 接电源端（+5V）CD22103 主要由发送编码和接收译码两部分组成，工作速率为 50Kb/s-10Mb/s。两部分功能简述如下。发送部分：当 HDB3/AMI 端接高电平时，编码电路在编码时钟 CTX 下降沿的作用下，将 NRZ码编成 HDB3码（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT 两路输出） ；接低电平时，编成 AMI 码。编码输出比输入码延迟 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 H

42、DB3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 CRX 端输出，供时钟提取等外部电路使用。 （3） 、可在不断业务的情况下进行误码监测，检测出的误码脉冲从 ERR 端输出，其脉宽等于收时钟的一个周期，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 端通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 23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

43、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。2、 HDB3编译码基本工作原理原理框图、电原理图分别如图 14-5 和图 14-1 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。本单元的编译码框图如下所示：图 14-4 HDB3编译码方框图图 14-1 中各单元元器件的对应关系如下：HDB3编译码器 D1：HDB3编译码集成电路 CD22103A单/双极性变换器 D2：模拟开关 4052双/单极性变换器 D7：非门 74HC04相加器 D8：或门 74LS32带通 D3、D4：运放 UA741限幅

44、放大器 D5：运放 LM318锁相环 D6：集成锁相环 CD4046本模块上的开关 XB1 用于选择码型，XB1 位于下边（AMI 端）选择 AMI 码，位于上边（HDB3 端）选择 HDB3码。3、 AMI、HDB3 码编码规律。AMI 码的全称：传号交替反转码。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。由于 AMI 码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而 0 电

45、位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从 AMI 码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为 1B1T 码型。但是当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。HDB3码的全称：三阶高密度码。HDB3码保留了 AMI 码所有的优点（如前所述） ，还可将连码限制在 3 个以内，克服了AMI 码如果长连“0”过多对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的编码规律是：

46、4 个连续 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 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-单-双变换双-单变换相加器带通限幅放大锁相环(AMI)HDB3编译码器NRZ-INBS-IN+H-OUT-H-OUTHDB3(AMI)+HNRZ(AMI)-H整流器(AMI-D)HDB3-D实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验241；HDB3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

47、原则，但相邻 V 码的符号又是交替反转的；HDB3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、HDB3码如图 14-6 所示图 14-5 HDB3 编码示意图本单元用 CD22103 集成电路进行 AMI 或 HDB3编译码。当它的第 3 脚（HDB3 /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+HDB3OUT 和-HOUT，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与 AMI 或

48、 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（AMI）HDB3-D 信号含有位同步信号频率离散谱。由于位同步频率比较低，很难将有源带通滤波器的带宽做得很窄，它输出的信号是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号（T09） 。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，再经过锁相环（关于锁相环的基本原理已在实验七中介绍）输出一个符合译码器要求的位同步信号（T10） 。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

49、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信号是有利的。这也是 HDB3码优于 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，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。五、实验内容五、实验内容1、HDB3

50、、AMI 编码规则实验编码规则实验（1）用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。连接 T11（M 序列）或 T22（1000 序列）到 T01-IN。（2）测量 T08，比较用 HDB3 和 AMI 编码的区别。观察相应的波形并将它记录下来。通过开关 XB1 选择编码方式。本实验中若 4 位信源代码中只有 1 个“1”码，则无法从 AMI 码中得到一个符合要求的位同步信号，因此不能完成正确的译码。若 4 位信源代码全为“0”码，则更不可信息编码 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 NRZ 波形 AMI 代码 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0

51、 0 0AMI 波形HDB3 代码 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 VHDB3波形通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 25能从 AMI 信号（亦是全 0 信号）得到正确的位同步信号。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器的 Q 值越高，因而越难于实现） 。而 HDB3码则不存在这种问题。2、HDB3、AMI 译码实验译码实验（1）用示波器观察 HDB3 编译单元的各种波形。（2）用示波器观察单极性非零码（NRZ） 、信号交替反转码（AMI） 、三阶高密度双极性码（HDB3） 、整流后的 AMI 码

52、及整流后的 HDB3 码。（3）用示波器观察从 HDB3 码中和从 AMI 码中提取门同步信号的电路中有关波形。六、实验注意事项及主要波形说明：六、实验注意事项及主要波形说明：1、 实验注意事项（1）+5V，+12V，-12V 电压（2）拨动开关 S01 为 ON；相应的 HL01 发光两极管亮。2、 各测量点波形简要说明如下：T11：信源位同步信号输出点/测试点（M 序列输出）T22：信源帧同步信号输出点/测试点（1000 序列输出）T01-IN：信号输入端。T03：负码输出端。T04：正码输出端。T08：编码器输出信号（正负） 。T05：正码输入端。T06：负码输入端。T07：正负码合成信

53、号。T09：带通滤波器输出信号T10：锁相环输出的位同步信号（256KHZ）T02：译码器输出信号，波形同 T01，稍有延时。七、观察信号的波形：七、观察信号的波形： 参考波形连线：将 T11 与 T01-IN1： T01-IN&T08(HDB3)&T08(AMI)2： T08&T04 波形3： T08&T03 波形4： T08&T06 波形5： T08&T05 波形6： T08&T07 波形7： T09&T10 波形8： T01-IN&T02(M 序列)波形9： T01-IN&T02(1000 序列)波形八、实验报告要求八、实验报告要求1、 根据实验观察和记录回答：（1）不归零码和归零码的特

54、点是什么？实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验26（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？2、 设代码为全 1，全 0 及 0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出 AMI 及 HDB3 码的代码和波形。3、 总结从 HDB3 码中提取位同步信号的原理。4、 试根据占空比为 0.5 的单极性归零码的功率谱密度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。5、 根据公式，计算环路自然1702/CKIPnnCR217362418nLB谐振频率 n，阻尼系数

55、和等效噪声带宽 BL。式中IP=0.05A，K0=8103rad/s.v。再用计算锁相环等效带通滤波器的品质因LBfQ/0数，式中=170.5KHz。0f将 C17改为 1000f，重新计算锁相环等效带通滤波器的品质因数。通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 27实验四（实验四（1） FSK 调制解调实验调制解调实验一、实验目的一、实验目的:1、 理解 FSK 调制工作原理及电路组成。2、 理解利用锁相环解调 KSK 的原理和实现方法。二、预习要求二、预习要求:实验前预习通信原理关于二进制频率键控 FSK 及解调有关章节。三、实验仪器仪表三、实验仪器仪表:1、 示波器一台2、

56、通信实验系统实验箱一台3、 万用表一个四、实验电路工作原理四、实验电路工作原理（一）电路组成FSK 调制的电原理图如图 13-1 所示。FSK 解调的电原理图如图 13-2 所示。FSK 调制解调的面板图如图 13-3 所示。（二）实验电路的工作原理 数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性较强，因此在中低速数据传输中得到了较为广泛的应用。数字调频又可称作移频键控 FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别有不同的独立振荡器提供，他们之间相位互不相关，这叫相位离散的数字调频

57、信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。本实验电路中，由实验二提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。1、FSK 调制的工作原理由图 13-1 可知，输入的基带信号由转换开关 S902 转接后分成两路，一路控制f1=32KHz 的载频，另一路经倒相去控制 f2=16KHz 的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关 1 打开，模拟开关 2 关闭，此时输出 f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1 关闭，模拟开关 2 开通。此时输出 f2=16KHz，于是可在输出端得

58、到已调的 FSK 信号。电路中的两路载频(f1，f2)由内时钟信号发生器产生，经过开关 S900，S901 送入。两路载频分别经过射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关 D900A、D900B(4066)。可通过调节 RP901 和 RP900 来改变载波的幅值。2、FSK 解调的工作原理。实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验28FSK 解调采用集成电路模拟锁相环解调器。FSK 集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在 FSK 的一个载频 f1 上，对应输出高电平，而另一载频 f2 失锁，对应输出低电平，那么在锁相环滤波器输出端就可以得到调节的基带

59、信号序列。FSK 锁相环解调器中的集成锁相环选用了 MC14046，其芯片简介见实验七。MC14046 集成电路内有两个数字鉴相器（PD1，PD2） 、一个压控振荡器（VCOUT） ，还有输入放大电路等，环路低通滤波器接在集成电路的外部。通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 29图 13-1 FSK 调制原理图实验四(2) 二相 PSK（DPSK）调制实验30图 13-2 FSK 解调原理图通信系统原理实验 同济大学电子与信息工程学院实验中心 31图 13-3 FSK 调制解调面板图压控振荡器的中心频率设计在 32KHz 。图 13-2 中 R1(R951、RP950)、R2(

60、R952、RP951)、C1(CA951)主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R954、C951 构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提，尽量减小环路低通滤波器的宽带。由图 13-2 可知，当输入信号为 32KHZ 时，环路锁定，环路对输入信号中的 32KHZ 载波处于跟踪状态。此时鉴相器 PC2 输出端（13 脚）为低电平，锁定指示输出 PCP（1 脚）为高电平，鉴相器 PC1 输出（2 脚）为低电平，PC1 输出和锁定指示输出经或非门D