中南大学通信原理实验报告(截图完整)

中南大学《通信原理》实验报告学生姓名指导教师学院专业班级完成时间数字基带信号1、实验名称数字基带信号2、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。3、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（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。（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。4、基本原理（简写）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终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所示，电原理图如图1-3所示（见附录）。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2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，实验电路中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。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（2个）FS信源帧同步信号输出点/测试点NRZ-OUT(AK)NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个）图1-1中各单元与电路板上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：计数器74193；U4：计数器40160并行码产生器K1、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74HC742.HDB3编译码原理框图如图1-6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。本单元有以下信号测试点：NRZ译码器输出信号BS-R锁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DET（AMI）HDB3整流输出信号(AMI)HDB3编译码器单—双变换双—单变换相加器锁相环限幅放大带通+H-OUTBS-IN-H-OUTNRZ-INHDB3(AMI)+H-HNRZ（AMI）BS-RBPFDET整流器图1-6HDB3编译码方框图本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边A（AMI端）选择AMI码，位于右边H（HDB3端）选择HDB3码。图1-6中各单元与电路板上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带通滤波器U13、U14：运放UA741限幅放大器U15：运放LM318锁相环U16：集成锁相环CD4046信源部分的分频器、三选一、倒相器、抽样以及(AMI)HDB3编译码专用集成芯片CD22103等电路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，说明见附录四。下面简单介绍AMI、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τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是τ=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-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；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。设信息码为00000110000100000，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1-9所示，它不含有离散谱fS成份（fS=1/TS，等于位同步信号频率）。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，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）。这种信号的功率谱也在图1-9中给出。由于整流后的AMI、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。图1-8NRZ、AMI、HDB3关系图可以用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+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。整流后的DET信号含有位同步信号频率离散谱。本单元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；而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，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（关于锁相环的基本原理将在实验三中介绍）。本单元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，它可以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。CD22103的引脚详细说明如下：（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码型选择端：接TTL高电平时，选择HDB3码；接TTL低电平时，选择AMI码；（4）NRZ-OUTHDB3译码后信码输出端；（5）CRX译码时钟（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）AISAIS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）CKRHDB3码的汇总输出端；（11）+HDB3-INHDB3译码器正码输入端；（12）LTFHDB3译码内部环回控制端，接高电平时为环回，接低电平时为正常；（13）-HDB3-INHDB3译码器负码输入端；（14）-HDB3-OUTHDB3编码器负码输出端；（15）+HDB3-OUTHDB3编码器正码输出端；（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，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5、实验结果与分析（包括输入、输出信号波形及说明）下方是信源的时钟信号，上方是信源输出的NRZ码波形，可以看出它是一个周期信号，图中两线之间的是一个周期，一个周期有24bit。它只有正脉冲，脉冲宽度等于码元宽度，码元宽度等于时钟周期。上方时NRZ码，下方是NRZ码编成的HDB3码，三个1码对应三个HDB3码的三个脉冲，编码器的输出滞后于输入信号，读出序列为-100+1-1+100-1+100+10-1+1-1000-1+1000+1000-1+1-1000+1-1原始码为10011100100000111000100000011100011这个是AMI码，AMI码与HDB3码有不同，它会有长连零。上面是信源输出的NRZ码，下面是AMI编码器输出的NRZ码，可以看出译码器的输出滞后于编码器的输入。将信源1的个数逐渐减小。减小到只有一个1码，这时译码器的输出不正常。因为长连零影响了译码。将模式换到HDB3码，输出波形变稳定。数字调制1.实验名称数字调制2.实验目的1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与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。3.实验内容1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。4.基本原理（简写）本实验用到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（NRZ码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。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。调制模块内部只用+5V电压。数字调制单元的原理方框图如图2-1所示，电原理图如图2-2所示（见附录）。晶振放大器÷2(A)滤波器2PSK调制射随器CAR÷2(B)滤波器2FSK调制2ASK调制码变换BK2ASK2FSKNRZBSAKKKKK2DPSKCARCAR/2图2-1数字调制方框图本单元有以下测试点及输入输出点：CAR2DPSK信号载波测试点BK相对码测试点2DPSK2DPSK信号测试点/输出点，VP-P0.5V2FSK2FSK信号测试点/输出点，VP-P0.5V2ASK2ASK信号测试点，VP-P0.5V用2-1中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对应关系如下：2（A）U8：双D触发器74LS742（B）U