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通信原理实验指导书1实验一HDB3码型变换实验一、实验目的1、了解二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法；2、掌握HDB3码的位同步码的提取方法。二、实验内容1、观察HDB3编译码的各种波形；2、观察全0码和全1码时的HDB3码的编码波形；3、观察从HDB3编码信号中提取位同步信号的过程。三、实验原理AMI码编码原理：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仍为0码。因此，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τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）Ts的关系是τ=0.5Ts。AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。HDB3码的编码原理：HDB3码主要解决AMI码在连0过多时同步提取困难的问题。编码时，将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码时取代节码000V；有偶数个信息1码（包括0个）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码。这样，信息码的1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。因此，HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。设信息码为0000011000010000，则NRZ码、AMI码、HDB3码如图2-1所示。信息代码0000011000010000NRZ波形AMI码000001-1000010000AMI波形HDB3码B00V0-11-B00-V1000VHDB3波形图1-1NRZ、AMI、HDB3关系图分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图1-2所示，它不含有离散谱fs成分（fs=1/T,等于位同步信号的频率）。在通信的终端需将它们译码成为NRZ码才能送到数字终端机或数模转换电路。因此，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|τ=0.5Ts),该信号的功率谱如图1-2所示。由于整流后的AMI、HDB3码中含有离散谱fs，故采用一个窄带滤波器可以通信原理实验指导书2得到频率为fs的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。RZHDB3AMI(P1=P0=1/2)fs0.5fs2fsf图1-2TsRZHDBAMI5.03、、频谱HDB3码的编译码原理框图及其电路原理图分别如图1-3、图1-4所示。本单元采用集成电路CD22103对HDB3进行编译码，其第3脚接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。编码时，HDB3编码器的输入信号NRZ码及位同步信号BS来自数字信号源单元，通过HDB3编译码器输出两路并行信号+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HDB3码。NRZ-INBS-INHDB3编译码器+H-H单双变换双单变换+H-H相加器NRZ-OUTBS-RBFHDB3-DK1带通2带通1图1-3HDB3编译码方框图欲对HDB3信号译码得到NRZ信号，必须从HDB3信号中提取位同步。由于HDB3信号本身不含有位同步频率成分，故不能从HDB3信号中提取位同步。双/单极性变换器及相加器构成一个整流器，HDB3整流后得到的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的很窄。因此，带通1输出信号BF是一个幅度和周期都不恒定的正弦信号，此信号经过LM318限幅放大、整形后得到幅度稳定、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，需经CD4046滤波后才能得到恒定的周期位同步信号，该信号即可作为HDB3译码器的时钟信号。CD4046是一个电荷泵锁相环，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滤波器。本单元中通过CD4046构成一个Q值约为35的窄带滤波器，从而输出一个符合译码器要求的位同步信号。译码时，将位同步信号BS-R、HDB3码变换成的两路单极性信号分别送到CD22103的第通信原理实验指导书35、11、13脚，即可得到译码输出信号NRZ。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，这是提取高质量的位同步信号是有利的。这也是HDB3码优于AMI码之处。因此，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。本实验的目的是掌握HDB3编码的规则，及位同步提取方法，故对极性变换电路做了简化处理，不一定符合应用要求。四、实验步骤用TP012作为示波器的外同步信号，进行以下测量。1、接通电源，按下开关K1、K2、K100，使电路工作；2、拨动波码开关SW001、SW002、SW003，使数字信号源产生相应的NRZ码；3、调节W101，使TP109处输出稳定的频率为170.5KHz的、占空比为50%的方波；4、观察TP101-TP110各点的波形；5、将SW001、SW002、SW003的每一位都置1，观察此时的HDB3编码波形；再将这三个拨码开关的每一位都置0，观察此时的HDB3编码的波形，记录下来。五、实验仪器仪表1、20M双踪示波器1台2、现代通信原理实验系统实验箱1台3、三用表1块六、实验思考1、编码输出组件输出什么极性的脉冲？若为相反极性是否可以？比较两者的优缺点。2、用滤波法由信码中提取位定时信息，对于HDB3码要做哪些变换？电路中如何实现？七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程；2、拨码开关SW001、SW002、SW003的设置为10000000、11000000、11100000时，画出TP101-TP110各点的波形；3、调测实验时，若遇到故障，请将故障现象及排除故障的过程详细说明；4、详细分析HDB3编译码器CD22103的用法；5、画出信源代码为全0、全1时的HDB3码信号波形。6、写出本次实验的心得体会，以及对本次实验有何改进意见。通信原理实验指导书4NRZ-IN1CTX2HDB3/AMI3NRZ-OUT4CRX5-H-IN11+H-IN12LET12+H-OUT15-H-OUT14VCC16GND8U101CD22103B9A10VCC16X114Y15INH6Y22X215VEE7X012Y01X311Y34GND8X13Y3U1024052AIN14BIN3VCOUT4CA6CB7R111INH5VCC16GND8VCIN9PC213U1084046C101104C102104C10336PC10436PC105100PC107104C108104C109104R1015KR1021KR1035KR1041KR1054.7KR1064.0KR1074.0KR10810KR1095KR11082KR1115KR1125KR113100R11440KR1151KC10610412U103A74F0434U103B74F0456U103C74F04123U104A74F3223674U105UA74123674U106UA74123674U107LM318E10110uFE102100uFW101104D401LEDK100+5+5+5VCC-5HDB3BSTP101TP102TP103TP104TP105TP106TP107TP108TP109图1-4HDB3电原理图通信原理实验指导书5实验二脉冲编码（PCM）及系统实验一、实验目的1．加深对PCM编码工作过程的理解；2．掌握PCM编码、译码的时序关系；3．熟悉PCM编、译码专用集成电路的使用方法及其要求；4．了解PCM系统的工作过程。二、实验内容1．用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察PCM基群信号；2．改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化的情况。三、实验原理1．点到点PCM通信原理脉冲调制通信就是把一个时间连续、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。而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。抽样是对模拟信号进行周期性扫描，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的信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。抽样速率的下限由抽样定理确定，在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。量化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，把瞬时抽样值用最近的电平值来表示。编码是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。实际上，量化是在编码过程中同时完成的，故编码的过程也称为模/数变换，记作A/D。目前，脉冲编码调制（PCM）技术与增量调制PCM(ΔM)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ΔM。速率在155MB以下的准同步数字系列（PDH）中，国际上存在A律和律两种PCM编译标准系列，在155MB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码速率相同。点到点PCM通信原理如图2－1所示。话音信号先经过低通滤波器后得到与人的声音频率相近的限带信号（300~3400Hz），进行脉冲抽样，变为频率为8KHz的抽样信号（即离散的脉冲幅度调制PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”的办法量化为有限个幅度取值的信号，再经过编码转化为二进制码。对于电话，CCITT规定抽样取值速率8Hz，每个抽样值被编成8位码，即共有2n＝256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准码速为64Kb/s。为了解决均匀量化时信号量化误差大、音质差的问题，实际中一般采用不均匀量化的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，在大信号时分层疏、量化间隔大。2．PCM编译码原理本实验采用PCM编译码专用大规模集成电路TP3057来完成PCM的编译码，实验原理框图及其电路原理图分别如图2－2、图2－3所示。拨码开关SW201用来改变基带信号（正弦波）抽样信号的相位（PCM编码时隙，开关K203用来选择基带信号，接1、2脚时，使用内部信号源提供的正弦波信号，接2、3脚时，外加基带信号从TP206输入）。信号发生器部分为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8Kz时隙同步通信原理实验指导书6信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信（即位同步信号）和时隙同步信号（即帧同步信号）应从接收到的数据流中提取，本实验中将信号源产生的时钟信号及时隙信号直接送给译码器。由于时钟频率为2.048MHz，抽样信号频率为8KHz，故PCM编码速率为2.048MHz一帧中有32个时隙，其中29个时隙为空时隙，第0时隙为帧同步时隙，第二时隙为信号A的时隙，第1(或者5、或7--由拨码开关SW201控制)时隙为信号B的时隙。话音输入低通滤波抽样（发送）量化编码PCM编码再生（接收）解码低通滤波话音输出广义信道解调图2-1点到点PCM通信原理本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群中的第0时隙的信号也不完全相同。由于两个PCM编译码器使用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接（即不需要进行码速调整）。又由于两个编译码器输出数据处在不同的时隙，故可以对PCM-A和PCM-B进行线或。本实验中用或门74LS32对PCM-A和PCM-B及帧同步信号进行复接。本实验中是将复接前的PCM编码信号直接送入解码电路，故不需要对PCM进行分接处理。信号源抽样信号产生器PCM编译码器APCM编译码器B帧同步信号产生器复接器SL7SL5SL18KHz2048KHz正弦波T1T2T3SL0图2-2PCM