通信原理课程设计

重庆交通大学综合设计性实验报告班级：通信工程2010级1班姓名：学号：实验项目名称：两路话音+两台计算机数据综合传输系统实验实验项目性质：综合设计性实验实验所属课程：通信原理实验室(中心)：语音楼1楼通信实验室指导教师：许登元实验完成时间：2013年1月3日

教师评阅意见：教师评阅意见：签名：年月日实验成绩：引言：随着通信技术的发展，人们对通信业务的要求不满足于语音业务，提出了额数据、图像等传输的业务要求，本实验以语音+计算机数据业务，通过时分复用的方式来完成语音+计算机数据业务传输设计题目两路话音信号+两路计算机数据综合传输系统实验实验内容及要求=1\*GB3①实验类容：1、将语音信号进行PCM编码。2、将PCM编码数据和计算机串口数据进行复用。3、将复用的数据解复用。然后将串口数据送入计算机，将PAM数据送入到PCM译码模块。最后，使得两路话音能实时通话，两台计算机能实时通信。=2\*GB3②实验要求：分析实验电路的工作原理，叙述其中的工作过程。根据实验测试记录，在坐标纸上画出各个测量点的波形，分析实验现象。写出本次课程设计性实验的心得体会以及对实验的改进。实验过程(详细设计)实验的总的思想：该实验的基本原理就是利用多路信号在一个帧中占用不同的时隙，进而实现多路信号进行传输，实验总体的框图如下：脉冲编码调制（PCM）部分1、实验原理脉冲编码调制是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式，主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号装换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端采用二进制码重建模拟信号。PCM调制原理框图2、实验箱实现方法介绍与PCM编译码相关模块为试验箱上模块2.其采用大规模集成电路W681512对语音信号进行PCM编码、解码。在实验中选择的编码速率为2.048MHz，每一时隙数据为8位，帧同步信号为8kHz。PCM编码芯片采用A律13折线的压扩特性进行量化编码（注:试验中可自由选择A律、μ律）。采用逐次比较型编码方式，结果一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其它时隙编译码器没有输出，即对一个编译码电路来说，它在一个PCM帧（32个时隙里），只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器，放大器后输出。3)计算机数据串口通信部分1、实验原理串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串行通信是在一根数据线上一位一位的传输信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，因此特别适合远距离传送。串行通信抓主要有三个特点：1、在一根线上既传送数据信息，又传送联络控制信息。2、它的信息格式有固定要求。3、串行通信中对信息的逻辑定义与TTL不兼容，因此需要进行逻辑电平转换。在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传送速率，它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。计算机串口通信原理图实验箱实现方法介绍实现计算机数据通信主要应用到实验箱上模块8.其上含有两个9针连接器。采用RS-2332转换芯片MAX202将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。计算机通过串口通信软件可输入要发送的相关信息，设置波特率。串行接口电路的接收波特率和发送波特率分别设置，但接收方的接收波特率必须与发送方的发送波特率相同，且与实验箱上所设置的波特率一致。在串行传输过程中，二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现。发送器的发送时钟和接收器的接收时钟是保证正确收发数据的重要工具。采用同步串行通信方式，由一个统一的时钟控制发送端的发送和空间字符用一个代码。接收端当然是应该能够识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，就把此后的数位作为实际传输信息来处理。串口传输数据只要有接收数据针脚和发送数据针脚就能够实现:接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相连。本实验中，PC机1和PC机2发送出来的数据经过MAX202进行RS-232电平转换，再送入CPLD进行变速率时分复用，复用后码速率为2.048Mbps。时分复用与解复用部分1、实验原理所谓复用就是多路信号（语音、数据或图像信号）利用同一个信道进行独立的传输。时分复用（TDM）的主要特点是利用不同的时隙来传递各路不同的信号，时分复用是建立在抽样定理的基础上的，因为抽样定理是模拟的基带信号有可能在被时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留下了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其它信号的抽样值。因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号，并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。解复用是通过帧同步提取模块提取的帧同步信号和位时钟提取模块控制计数器产生帧同步信号，然后再通过帧同步信号将复用信号分离开。时分复用原理框图实验箱实现方法介绍时分复用应用到实验箱的模块2和模块8。其通过FPGA产生的帧同步信号使W681512产生的数据分别在不同的时隙。所有的时隙都是采用8位二进制码。主时钟频率为2.048MHz，每个帧分为32个时隙，其中TS0是帧同步时隙，TS16是信令时隙。帧同步码组成为*0011011,它是在偶数帧中TS0的固定码组，接收端根据此码组建立正确的路序，即实现帧同步。在本实验中，两路话音信号和两台计算机发出的信号各占1个时隙，即共占4个时隙。实验电路及连线说明实验连线在电源关闭的状态下，将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；7号板S2应拨为“0000”，然后按下表进行连线：源端口目的端口连线说明信号源：CLK1（2048K）模块8：CLKS4拨为“0100”,时钟输入信号源：CLK2(2048K)模块2：MCLK;BSXS5拨为“0100”，时钟输入模块2：MICOUT1模块2：SININ-AA路语音信号输入模块2：MICOUT2模块2：SININ-BB路语音信号输入模块8：FS3模块2：FSXAA路PCM编码帧同步输入模块8：FS_SEL模块2：FSXBB路PCM编码帧同步输入模块2：PCMOUT-A模块8：PCMAINA路PCM编码输入信号模块2：PCMOUT-B模块8：PCMBINB路PCM编码输入信号模块8：输出1模块8：COMRXAPC机A串口数据输出模块8：输入2模块8：COMRXBPC机B串口数据输出模块8：FJOUT模块8：FJIN;模块7：DIN解复用输入；同步提取输入模块7：BS模块8：BSIN;模块2：BSR提取的位同步输入模块7：FS模块8：FSIN提取的帧同步输入模块8：PCMOUTA模块2：PCMIN-AA路PCM解码输入信号模块8：PCMOUTB模块2：PCMIN-BB路PCM解码输入信号模块8：TS3模块2：FSRAA路PCM解码帧同步输入模块8：TS_SEL模块2：FSRBB路PCM解码帧同步输入模块2：SINOUT-A模块2：EARIN2解码后A路语音信号输入模块2：SINOUT-B模块2：EARIN1解码后B路语音信号输入模块8：COMTXB模块8：输入1PC机B串口数据输入模块8：COMTXA模块8：输入2PC机A串口数据输入连线完成后将两副耳麦分别插入相应位置，进行两人通话实验。在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，观察接收数据与发送数据比较是否一致。注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件一致。2、主要测试点说明SININ-A：A路话音原始模拟信号输入端。PCMOUT-A：A路语音信号PCM编码后输出端。FS3：A路语音信号的帧同步信号。SINOUT-A：A路话音解复用译码后恢复的模拟信号。FJOUT：四路信号时分复用后合信号。FS:提取的复用后信号的帧同步信号。BS:提取的复用后信号的位同步信号。测试结果及设计分析1、实验连接结果图如下:A路语音编码后结果及其帧同步结果分析:图1显示的是多次语音信号抽样后PCM编码及对应的帧同步信号，图2显示的是单次语音信号抽样后的PCM编码及对应的帧同步信号。实验箱采用A律13折线的压扩特性来进行PCM编码，编码后为8位二进制码。由于硬件原因，编码输出结果有的可正常显示为8位规整的二进制序列，有的在尾部会出现逐渐衰减的趋势。3、四路信号复用后合信号及帧同步信号结果分析：图1和图2为复用后的合信号的波形和帧同步信号波形，测试点为FJOUT和FS，由图可知，在检测到一个7位巴克码时便产生一个帧同步信号脉冲，表示一个帧的开始。一个帧共32个时隙，两路话音和两台电脑分别占用其中的4个时隙（除TS0为帧同步时隙，TS16为信令时隙）。实验箱上设置的A路信号在3时隙，其它信号时隙可选择。四路信号复用后合信号及位同步信号结果分析:图1和图2为复用后合信号和位同步信号波形，对应的测试点为FJOUT和BS。位同步信号每一个脉冲对应合信号的一位数据。位同步信号是将FJOUT信号输入到位同步信号提取电路通过锁相环法来提取的。数字锁相环（DPLL）是一种相位反馈控制系统，它根据输入信号与本地估算时钟之间的相位误差对本地估算的相位进行连续不断的反馈调节，从而使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目的。A路语音信号复用前与解复用之后比较结果分析：图为A路语音信号原始信号与解复用解码后波形图，测试点为SININ-A和SINOUT-A。模拟的语音信号经过PCM编码后经时分复用传输，再通过解复用、解码，恢复出模拟信号，从两路信号的对比可以看出，解码后信号基本可以恢复出原始信号，但有与原信号有一定差异，即不能完整的表达出原始信号的所有信息。通过耳麦的通话质量可以检测信道的通信质量。计算机串口通信结果结果分析：由图看出，两台计算机之间可正常通信。计算机数据的传输电路与语音的传输电路是一致的，在此不做详细介绍。需要注意的是软件的波特率设置必须与实验箱设置的波特率一致。五、心得体会通过本次课程设计，我对语音信号的PCM编码、信号的时分复用与解复用、计算机串口有了更加深入的了解，对帧同步和位同步的提取有了新的认识。对现实生活中通信系统的工作方式有了直观的认识。虽然各测试点的测试结果波形与理想状况下有一定差异，但其更接近实际，更值得我们去思考和解决相应的问题。实验起初，按照实验教程书上的相关介绍进行了连线，结果发现连线完成后两台计算机通信不可实现，后经检查并未查出原因，于是打电话问厂家相关情况。在厂家的提醒下，我们静下心来，按部就班重新一步步连线，由于话音信号和计算机信号复用后在一条线路上传输，所以我们通过检查语音信号是否可以传输来检测主电路是否连通。经过检测，主干路连接无误，于是检查计算机串口问题。最后终于发现是计算机主机处串口损坏，换了一台电脑过后才正常通信。虽然这只是一个小的插曲，但却让我获益匪浅，问题出现在本来我认为最不可能出现的地方。这也告诫我们，在实验过程中要细致操作，遇到问题要认真思考加以解决，并在可能的情况下通过其他途径来检测错误所在。在检查错误时不要单纯凭自己的主观臆断，而要考虑到没一个细节，做到严谨、细致。在电路连接完成后，电路实现了通信的功能，于是我们便考虑加入码型变换、载波调制等其它模块。在加入码型变换的时候，由于PCM编码结果输出并非规整的01序列，所以在码型变换的时候经常会在每一个PCM编码尾部出错。在加入载波的时候，发现在信源未发出任何信息的情况下，信宿却一直可以接收到信息，为一串乱码。后经思考和讨论，认为应该是帧同步和位同步出现了问题。关于帧同步和位同步的相关知识在日常学习中较少涉及，在matlab编程中也少有考虑，但它却是数字通信系统在实际传输中不可忽视的重中之重。于是我们便开始了解位同步和帧同步的相关知识，并深入了解实验箱上载波提取模块和位同步、帧同步提取电路。在此过程中也学习到了巴克码和滤波法与锁相环法提取同步信息的原理和实现方法。已学的知识得到了巩固，同时也拓宽了自己的知识面。通过做完实验教程上的所有实验后，我们对实