通信原理指導書(最終)

1、通信原理實驗指導書實驗一 數(shù)字信號發(fā)生實驗 一、實驗?zāi)康?1了解多種時鐘信號的產(chǎn)生方法； 2了解PCM編碼中的收、發(fā)幀同步信號的產(chǎn)生過程； 3掌握3級、4級、5級偽隨機碼的編碼方法和偽隨機碼性質(zhì)。二、實驗儀器與設(shè)備1THEXZ-2B型實驗箱、數(shù)字信號發(fā)生模塊；220MHz雙蹤示波器。三、實驗原理時鐘信號乃是數(shù)字通信各級電路的重要組成部分，在數(shù)字通信電路中，若沒有時鐘信號，則電路基本工作條件將得不到滿足而無法工作。 （一）電路組成 時鐘與偽碼發(fā)生實驗是供給PCM、PSK、FSK、HDB3等實驗所需時鐘和基帶信號，由以下電路組成： 1內(nèi)時鐘信號源，圖18-1。 2多級分頻及脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)收、發(fā)幀

2、同步信號產(chǎn)生電路，圖18-1。3三級偽隨機碼發(fā)生電路，圖18-2；4四級偽隨機碼發(fā)生電路，圖18-3；5五級偽隨機碼發(fā)生電路，圖18-4。圖18-1 時鐘及多級分頻及脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)收、發(fā)幀同步信號產(chǎn)生電原理圖圖18-2 三級偽碼發(fā)生電原理圖圖18-3 四級偽碼發(fā)生電原理圖18-4 五級偽碼發(fā)生電原理圖（二）電路工作原理 1時鐘信號源時鐘信號源由鐘振Y1提供，若電路加電后，在CLK測試點輸出一個比較理想的方波信號，輸出振蕩頻率為4.096MHz，經(jīng)過D觸發(fā)器進行二分頻，輸出為2.048MHz方波信號。2三級基準信號分頻及PCM編碼調(diào)制收發(fā)幀同步信號產(chǎn)生電路 該電路的輸入時鐘信號為2.048MH

3、Z的方波，由可預(yù)置四位二進制計數(shù)器（帶直接清零）組成的三級分頻電路組成，逐次分頻變成1K方波，由第一級分頻電路產(chǎn)生的P128KHZ窄脈沖和由第二級分頻電路產(chǎn)生的Q8KH窄脈沖進行與非后輸出，即為PCM編譯碼中的收、發(fā)分幀同步信號P8K。 3三級偽隨機碼發(fā)生器電路偽隨機序列，也稱作m序列，它的顯著特點是：（a）隨機特性；（b）預(yù)先可確定性；（c）可重復(fù)實現(xiàn)。 本電路采用帶有兩個反饋的三級反饋移位寄存器，示意圖見圖18-5。若設(shè)初始狀態(tài)為111（Q2Q1Q0=111），則在CP時鐘作用下移位一次后，由Q1與Q0模二加產(chǎn)生新的輸入Q=Q0Q1=11=0，則新狀態(tài)為Q2Q1Q0=011。當移位二次時為

4、Q2Q1Q0=001；當移位三次為Q2Q1Q0=100；移位四次后為Q2Q1Q0=010；移位五次后為Q2Q1Q0=101；移位六次后為Q2Q1Q0=110；移位七次后為Q2Q1Q0=111；即又回到初始狀態(tài)Q2Q1Q0=111。該狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況可直觀地用“狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖”表示。見圖18-6。圖18-2是實驗系統(tǒng)中3級偽隨機序列碼發(fā)生器電原理圖。從圖中可知，這是由三級D觸發(fā)器和異或門組成的三級反饋移存器。在測量點PN處的碼型序列為1110010周期性序列。若初始狀態(tài)為全“零”則狀態(tài)轉(zhuǎn)移后亦為全“零”，需增加U8A三輸入與非門“破全零狀態(tài)”。圖18-5 具有兩個反饋抽頭的3級偽隨機序列碼發(fā)生器 圖18

5、-6 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4四級偽隨機碼發(fā)生電路 圖18-3是實驗系統(tǒng)中4級偽隨機序列碼發(fā)生器電原理圖。從圖中可知，這是由4級D觸發(fā)器和異或門組成的4級反饋移位寄存器。本電路是利用帶有兩個反饋抽頭的4級反饋移位寄存器，其示意圖見圖18-7，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見表18-1，在測量點PN處的碼序列為111100010011010。圖18-7 具有兩個反饋抽頭的4級偽隨機序列碼發(fā)生器 5五級偽隨機碼發(fā)生電路 圖18-4是實驗系統(tǒng)中5級偽隨機序列碼發(fā)生器電原理圖，從圖中可知，這是由5級D觸發(fā)器和異或門組成的5級反饋移位寄存器。本電路是利用帶有兩個反饋抽頭（注意，反饋點是Q0與Q2）的5級反饋移位寄存器，其示意圖見圖1

6、8-8，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見表18-1，在測量點PN處的碼序列為1111100011011101010000100101100。圖18-8 具有兩個反饋抽頭的5級偽隨機序列碼發(fā)生器表18-1 3級、4級、5級偽隨機碼、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖三級偽隨機碼四級偽隨機碼五級偽隨機碼Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q4Q3Q2Q1Q01111111111110110111011110010011001111000001000110101000100011010100110001100010011001111001101101100110110110111011011011100101101111010010111101101

7、0111100101011110010100010000011000001000001001001001001101001101001101001101001111001111001111011111通過以上三個個例的介紹，我們可將偽隨機碼的特性歸納如下：偽隨機碼是數(shù)字通信中重要信碼之一，常作為數(shù)字通信中的基帶信號源，應(yīng)用于擾碼、誤碼測試、擴頻通信、保密通信等領(lǐng)域。偽隨機碼又稱m序列，簡稱nrz。偽隨機碼的特性包括四個方面：1由n級移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機序列，其周期為2n -1；2信碼中“0”、“1”出現(xiàn)次數(shù)大致相等，“1”碼只比“0”碼多一個；3在周期內(nèi)共有2n -1個游程，“1”的游程和“

8、0”的游程個數(shù)相等；4具有類似白噪聲的自相關(guān)函數(shù)，其自相關(guān)函數(shù)為：-=221)12NNNNNN(101nn / () 其中n是偽隨機序列的寄存器級數(shù)。例如：用4個D觸發(fā)器和一個異或門構(gòu)成的偽碼發(fā)生器具有以下特性：1) 周期為21-1=15；2) 在周期內(nèi)“0”出現(xiàn)24 -1-1=7次，“1”出現(xiàn)24 -1=8次；3) 周期內(nèi)共有24 -1=8個游程；“1”的游程個數(shù)是4，“0”的游程個數(shù)亦是4。4) 具有雙值自相關(guān)特性，其自相關(guān)系數(shù)為： 四、實驗步驟 1電路通電，用20MHz雙蹤示波器觀察CLK、2048K、1024K、512K、256K、128K、64K、32K、16K、8K、2K、1K、P

9、8K、P128K、Q8K各測試點波形并記錄之。2用20MHz雙蹤示波器（直流檔）觀察“0”（全零碼）、“1”（全一碼）測試點的波形，并作記錄。3用一號導線連接64K及NRZ3CLK，用雙蹤示波器觀察NRZ3CLK及NRZ3測試點，記錄三級偽碼波形。4同步驟3，連接64K及NRZ4CLK，觀察NRZ4CLK及NRZ4測試點，記錄四級偽碼波形。同上，測試五級偽碼并記錄。 5按照3級、4級、5級偽隨機碼的反饋移位寄存器示意圖推算偽隨機碼碼序，并與測量值作比較。 6驗證偽隨機碼的四個特性。五、實驗報告1分析實驗電路的工作原理，敘述其工作過程。2根據(jù)實驗測試記錄，畫出各測量點的波形圖。3按照反饋移位寄存

10、器推算3級、4級、5級偽隨機碼的碼序，并與測量值作比較。4驗證偽隨機碼的四個特性。實驗二 抽樣定理和脈沖調(diào)幅及解調(diào)實驗 一、實驗?zāi)康?學習PAM脈沖幅度解調(diào)的原理和方法；2進一步驗證抽樣定理；2觀察了解PAM信號形成過程，了解抽樣定理的必要性。二、實驗儀器與設(shè)備1THEXZ-2B型實驗箱、PAM雙路抽樣脈沖發(fā)生實驗?zāi)K、抽樣定理和脈沖調(diào)幅實驗?zāi)K、PAM脈沖幅度解調(diào)實驗220MHz雙蹤示波器、萬用表三、實驗原理在通信技術(shù)中為了獲取最大的經(jīng)濟效益，就必須充分利用信道的傳輸能力，擴大通信容量。因此，采取多路化制式是極為重要的通信手段。最常用的多路復(fù)用體制是頻分多路復(fù)用（FDM）通信系統(tǒng)和時分多路復(fù)

11、用(TDM)通信系統(tǒng)。頻分多路技術(shù)是利用不同頻率的正弦載波對基帶信號進行調(diào)制，把各路基帶信號頻譜搬移到不同的頻段上，在同一信道上傳輸。而時分多路系統(tǒng)中則是利用不同時序的脈沖對基帶信號進行抽樣，把抽樣后的脈沖信號按時序排列起來，在同一信道中傳輸。利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為“抽樣”，抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅（PAM）信號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復(fù)出原信號。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)的。在工作設(shè)備中，抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步。抽樣性能的優(yōu)

12、劣關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能指標。圖20-1 單路PCM系統(tǒng)示意圖作為例子，圖20-1示意地畫出了傳輸一路語音信號的PCM系統(tǒng)。從圖中可以看出要實現(xiàn)對語音的PCM編碼，首先就要對語音信號進行抽樣，然后才能進行量化和編碼。因此，抽樣過程是語音信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)，也是一切模擬信號數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)。為了讓實驗者形象地觀察抽樣過程，加深對抽樣定理的理解，本實驗提供了一種典型的抽樣電路。除此，本實驗還模擬了兩路PAM通信系統(tǒng)，從而幫助實驗者初步了解時分多路的通信方式。（一）抽樣定理抽樣定理指出，一個頻帶受限信號m(t)如果它的最高頻率為fH（即m(t)的頻譜中沒有fH以上的分量），可以唯一地由頻率等于或大于

13、2fH的樣值序列所決定。因此，對于一個最高頻率為3400Hz的語音信號m(t)，可以用頻率大于或等于6800Hz的樣值序列來表示。抽樣頻率fs和語音信號m(t)的頻譜如圖20-2和圖20-3所示。由頻譜可知，用截止頻率為fH的理想低通濾波器可以無失真地恢復(fù)原始信號m(t)，這就說明了抽樣定理的正確性。實際上，考慮到低通濾波器特性不可能理想，對最高頻率為3400Hz的語音信號，通常采用8KHz抽樣頻率，這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶，見圖20-4。如果fs2fH，就會出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖20-5所示。圖20-2 語音信號的頻譜 圖20-3 語言信號的抽樣頻譜和抽樣信號的頻譜圖20-4 留出

14、防衛(wèi)帶的語音信號的抽樣頻譜 圖20-5 fs2fH時語音信號的抽樣頻譜在驗證抽樣定理的實驗中，我們用單一頻率fH的正弦波來代替實際的語音信號，采用標準抽樣頻率fs=8KHz，改變音頻信號的頻率fH，分別觀察不同頻率時，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號，體會抽樣定理的正確性。驗證抽樣定理的實驗方框如圖20-6所示。多路抽樣脈沖調(diào)幅實驗框圖如圖20-7所示，圖20-8是調(diào)制部分的實驗電原理圖，在圖20-8中，BG1和BG2完成抽樣定理調(diào)制部分的實驗電路。抽樣電路采用場效應(yīng)晶體管開關(guān)電路。抽樣門在抽樣脈沖的控制下以每秒八千次的速度開關(guān)。BG1為結(jié)型場效應(yīng)晶體管，BG2為驅(qū)動三極管。當抽樣脈沖沒來時，驅(qū)

15、動三極管處于截止狀態(tài)，-5V電壓加在場效應(yīng)晶體管柵極G，只要G極電位負于源極S的電位，并且|UGS|UP|，則場效應(yīng)晶體管處于夾斷狀態(tài)，輸出信號為“0”。抽樣脈沖來時，驅(qū)動三極管導通，發(fā)射極+5V電壓加到驅(qū)動二極管，使之反向偏置。從截止到導通的跳變電壓經(jīng)跨接在二極管兩端的電容加到場效應(yīng)晶體管的G極。使柵極、源極之間的電壓迅速達到場效應(yīng)晶體管導通的數(shù)值，并一直達到使源極電壓等于漏極上的模擬電壓。這樣，抽樣脈沖期間模擬電壓經(jīng)場效應(yīng)晶體管開關(guān)加到負載上。由于抽樣電路的負載是一個電阻，因此抽樣的輸出端能得到一串脈沖信號。此脈沖信號的幅度與抽樣時輸入信號的瞬時值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的寬度相同。

16、這樣，脈沖信號就是脈沖調(diào)幅信號。當抽樣脈沖寬度遠小于抽樣周期時，電路輸出的結(jié)果接近于理想抽樣序列。由圖20-6可知，用一低通濾波器即可實現(xiàn)模擬信號的恢復(fù)。為便于觀察，解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器組成，低通濾波器的截止頻率為3400Hz。圖20-6 抽樣定理實驗方框圖（二）抽樣定理和脈沖調(diào)幅實驗電原理圖圖20-8 抽樣定理和脈沖調(diào)幅實驗電原理圖（三）PAM脈沖幅度解調(diào)電路及原理圖PAM時序信號經(jīng)過分路選通電路選通后，即可進入脈沖幅度解調(diào)電路。解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器組成低通濾波器的截止頻率為3400Hz。PAM脈沖幅度解調(diào)實驗的實驗電原理圖如圖22-1所示。圖22-1的左半部分為

17、分路選通電路，J1輸入PAM時序信號。BG1為射極跟隨器，J4輸入選通脈沖，通常為調(diào)制端的選通脈沖經(jīng)適當延遲得到。BG3為選通脈沖驅(qū)動級。BG2為選通信號輸出，C3為展寬電容；圖22-1的右半部分為脈沖幅度解調(diào)電路，J5輸入PAM時序信號，BG4為射極跟隨器，U1A和U1B組成截止頻率為3400Hz的低通濾波器，BG5為放大電路，J7輸出恢復(fù)后的模擬音頻信號。圖22-1 PAM脈沖幅度解調(diào)實驗電原理圖四、實驗步驟（一）準備工作驗證抽樣定理只需要一路音頻信號和一路抽樣脈沖，多路脈沖調(diào)幅需要兩路音頻信號和兩路抽樣脈沖。1準備“PAM雙路抽樣脈沖發(fā)生實驗”模板，用20MHz雙蹤示波器觀察TP2，用示

18、波器和頻率計測出抽樣脈沖的頻率、脈寬和時延。2調(diào)整信號源實驗?zāi)０?，要求調(diào)整到輸出頻率為1KHz，輸出幅度為2VP-P的正弦波。（注意：2VP-P指的是峰峰值為2V）（二）驗證抽樣定理1正弦信號（從信號源輸出）從J8輸入，fH=1KHz（fS2 fH）幅度2VP-P，連接抽樣脈沖J2到J9。2以TP8作為雙蹤同步示波器的比較信號，觀察TP10抽樣后形成的PAM信號。計算在一個信號周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，核對信號頻率與抽樣頻率的關(guān)系。3在脈沖幅度解調(diào)實驗的J5輸入單路抽樣時序信號（連接抽樣定理和脈沖調(diào)幅實驗的J10和PAM脈沖幅度解調(diào)實驗的J5），用20MHz雙蹤示波器分別觀察抽樣定理和脈沖調(diào)幅實驗的J

19、8和脈沖幅度解調(diào)實驗的TP5TP7。4改變fH，令fH=4Hz（fS=2 fH），重復(fù)1、2、3項內(nèi)容，驗證抽樣定理。5改變fH，令fH=6KHz（fS2 fH），重復(fù)1、2、3項內(nèi)容，驗證抽樣定理。五、實驗報告1整理實驗數(shù)據(jù)，分別畫出fH=1K Hz、fH=4Hz、fH=6KHz時各測試點波形。2分析當fH=1K Hz、fH=4Hz、fH=6KHz，抽樣脈沖fS=8KHz時PAM輸出與抽樣定理的關(guān)系。實驗三 PCM脈沖編譯碼實驗 一、實驗?zāi)康?學習PCM編碼原理；2了解幾種常用PCM編譯碼芯片；3掌握測試方法。二、實驗儀器與設(shè)備1THEXZ-2B型實驗箱、數(shù)字信號發(fā)生模塊、PCM脈沖編譯碼實

20、驗?zāi)K；220MHz雙蹤示波器。三、實驗原理（一）PCM基本工作原理PCM基群作為數(shù)字微波通信和光纖通信系統(tǒng)的終端設(shè)備，在目前通信系統(tǒng)中占有很重要地位。本實驗主要學習PCM30/32路基群系統(tǒng)的PCM編譯碼器、并對PCM編譯碼器進行自環(huán)測試，加深對PCM終端設(shè)備的了解。脈沖編碼調(diào)制通信就是把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中進行傳輸。而脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先進行抽樣后，再對樣值的幅度進行量化、編碼的過程。所謂抽樣，就是利用抽樣脈沖對模擬信號進行周期性掃描，從而把時間上連續(xù)的信號變成變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當包含原信號中所有信

21、息，也就是說能無失真地恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率下限是由抽樣定理確定的。在該實驗中，抽樣速率采用8Kbit/s。模擬信號抽樣示意圖如圖23-1所示。圖23-1 模擬信號抽樣示意圖所謂量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。一個模擬信號，經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號，它僅為有限個數(shù)值。所謂編碼，就是用一組二進制碼來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作A/D。在幅度與時間上連續(xù)變化的模擬信號經(jīng)抽樣后，雖然在時間軸上變?yōu)殡x散量，但在幅度上每一采樣仍為連

22、續(xù)量，為了使每一采樣用數(shù)字代碼表示，就必須將幅度用有限個電平來表示，實現(xiàn)這個過程稱作幅度量化。由此可見，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號的數(shù)字通信方式。PCM的原理如圖23-2所示。話音信號先經(jīng)防混迭低通濾波器，得到限帶信號（300 3400Hz），進行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進制碼。對于電話CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標準數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大、音

23、質(zhì)差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密、量化間隔小，而在大信號時分層疏、量化間隔大，如圖23-3所示。圖23-2 PCM的原理框圖圖23-3 A律與u律的壓縮特性在實際中廣泛使用的是兩種對數(shù)形式的壓縮特性：A律和律。對壓縮器而言，其輸入輸出歸一化特性表示式為：式中A、為壓縮系數(shù)，CCITT規(guī)定它們?nèi)≈凳茿=87.6與=255。A律PCM主要用于歐洲，律主要用于北美和日本，我國采用歐洲體制。圖23-4 PCM編碼方式它們的編碼規(guī)律如圖23-4所示。圖中給出了信號抽樣編碼字與輸入電壓的關(guān)系，其中編碼方式（1）為符號/幅度數(shù)據(jù)格式，Bit7表示符號位，

24、Bit60表示幅度大小；（2）為A律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是（1）的ADI（偶位反相）碼；（3）為律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是由（1）的Bit60反相而得到，通常為避免00000000碼出現(xiàn)，將其變成零抑制碼00000010。（二）PCM編譯碼電路MT8965芯片介紹： 1）編譯碼器的簡單介紹模擬信號經(jīng)過編譯碼器時，在編碼電路中，它要經(jīng)過取樣、量化、編碼，如圖22-5（a）所示。到底在什么時候被取樣，在什么時序輸出PCM碼則由AD控制來決定，同樣PCM碼被接收到譯碼電路后經(jīng)過譯碼低通、放大，最后輸出模擬信號到話機，把這兩部分集成在一個芯片上就是一個單路編譯碼器，它只能為一個用戶服務(wù)，即在同一時刻只能為一個用

25、戶進行A/D及D/A變換。編碼器把模擬信號變換成數(shù)字信號的規(guī)律一般有兩種，一種是律十五折線變換法，它一般用在PCM24路系統(tǒng)中，另一種是A律十三折線非線性變換法，它一般應(yīng)用于PCM30/32路系統(tǒng)中，這是一種比較常用的變換法。模擬信號經(jīng)取樣后進行A律十三折線變換，最后變成8位PCM碼，實用的A 87.56/13 折線編碼器對每個樣值編8位碼，即 a1 a2 a8，其碼位安排如下： a1：極性碼。a1 =1 表示正極性，a1=0 表示負極性。 a2 a3 a4：段落碼，用來確定信號所在的段，例如a2 a3 a4為“000”表示第1段。 a5 a6 a7 a8：段內(nèi)電平碼，用來確定信號在某一大段內(nèi)

26、的那一小段，每一大段內(nèi)又均分16小段。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個時隙中被發(fā)送出去，這個時序號是由AD控制電路來決定的，而在其它時隙時編碼器是沒有輸出的，即對一個單路編譯碼器來說，它在一個PCM幀里只在一個由它自己的AD控制電路決定的時隙里輸出8位PCM碼，同樣在一個PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個由它自己的DA控制電路決定的時序里，從外部接收8位PCM碼。其實單路編譯碼器的發(fā)送時序和接收時序還是可由外部電路來控制的，編譯碼器的發(fā)送時序由AD控制電路來控制，而AD控制電路還是受外部控制電路的控制，同樣在譯碼電路中DA控制電路也受外部控制電路的控制，這樣，我們只要向AD控制電

27、路或DA控制電路發(fā)某命令即可控制單路編碼器的發(fā)送時序和接收時序號，從而也可以達到總線交換的目的，但各種單路編碼器對其發(fā)送時序和接收時序的控制方式都有所不同，象有些編碼器就有兩種方式，一種是編程法，即給它內(nèi)部的控制電路輸進一個控制字，令其在某某時隙干什么工作，另一種是直接控制，這時它有兩個控制端，我們定義為FSx和FSr，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都為125s，這樣，每來一個FSx，其Codec就輸出一個PCM碼，每來一個FSr，其Codec就從外部輸入一個PCM碼。（a） AD電路 （b） DA電路圖23-5 A/D以及D/A電路框圖圖23-5（b）是PC

28、M的譯碼電路方框圖，它的工作過程同圖23-5（a）的工作過程完全相反，因此這里就不再討論了。2）本實驗系統(tǒng)編譯碼器電路的設(shè)計我們所使用的編譯碼器是把Codec和Filter集成在一個芯片上，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖見圖23-6所示。 它的外部接口可分兩部分：一部分是模擬接口電路，它與編譯碼器中的Filter發(fā)生聯(lián)系，這一部分控制模擬信號的放大倍數(shù)，另一部分是與處理系統(tǒng)和交換網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字接口，它與編譯碼器中的Codec發(fā)生聯(lián)系，我們對Codec的控制主要通過這些數(shù)字接口線來達到目的。常用引腳用途：VFT(13)：音頻輸入 AZ（14）：自動調(diào)零，接電容到地 OUTpcm(4)：編碼輸出 DIc(1)：控

29、制數(shù)據(jù)輸入，本電路接地 MS(7)：模式選擇，本電路接-5V FS(6)：時分脈沖輸入 CP(3)：時鐘信號（2.048M）輸入 INpcm(2)：解碼輸入VFR(15)：音頻輸出V+(5)：+5V電源輸入V-(12)：-5V電源輸出VREF(17)：+2.5V基準電壓GNDA(16)：模擬地GNDD(18)：數(shù)字地整個電路由三部分構(gòu)成：發(fā)送部分、接收部分和控制部分。圖23-6 MT8965內(nèi)部原理框圖發(fā)送部分包括發(fā)送濾波器，PCM編碼器和輸出寄存器。需要發(fā)送的音頻信號從VFT 端輸入后首先進到發(fā)送濾波器，完成防混疊和音頻限帶功能。發(fā)送濾波器的增益可由外部編程控制為0dB、1dB.7dB共8級

30、，其性能符合CCITT G 712建議和AT & T D3/D4標準。從發(fā)送濾波器輸出的抽樣后（抽樣率為8KHz）階梯信號進入編碼器完成A-D變換和偶位反相，產(chǎn)生符合CCITT數(shù)據(jù)格式的ADI碼，經(jīng)輸出寄存器變?yōu)榇行盘栍蒓UTpcm輸出。接收部分由輸入寄存器、PCM解碼器和接收濾波器組成。總線上的PCM數(shù)據(jù)在一幀開始后由CP信號同步送到輸入寄存器，變位并行信號后輸入解碼器進行D-A變換?；謴?fù)的音頻模擬信號經(jīng)接收濾波器進行平滑、限帶和頻率補償后由VFR端輸出。接收濾波器增益可由外部編程控制。為0dB，-1dB，.-7dB，共8級?？刂撇糠钟煽刂七壿?、兩個8位控制器A和B及輸出寄存器組成。MT8

31、965以同步方式工作。（三）PCM編譯碼電路TP3067芯片介紹：PCM編譯碼器TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是用CMOS工藝制造的單片PCM A/律編譯碼器，并且片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器。TP3067的管腳如圖23-7所示，內(nèi)部組成框圖如圖23-8所示。TP3067的管腳定義簡述如下： 符號 功能（1）VPO+：接收功放的同向輸出（2）GNDA：模擬地，所有信號均以該引腳為參考點 （3）VPO-：接收功放的反向輸出 （4）VPI ：將輸入轉(zhuǎn)換到接收功放（5）VFRO：接收濾波器的模擬輸出 （6）Vcc：正電源引腳，Vcc=+5V5% 圖23-7 TP3067管腳排列圖 （7）FSR：接

32、收部分的8KHz幀同步時隙信號，可輸入P8K（8）DR：PCM碼流解碼輸入（9）BCLKRCLKSESL：在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入DR的位時鐘，其頻率可從64KHz變化至2.048MHz，另一方面它也可能是一個邏輯輸入，以此為在同步模式中的主時鐘選擇頻率1.536MHz1.544MHz或2.048MHz，BCLKR用在發(fā)送和接收兩個方向（10）MCLKRPDN：接收主時鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。它允許與MCLKx異步，但為了獲得最佳性能應(yīng)當與MCLKx同步，當MCLKR連續(xù)聯(lián)在低電位時，CLKx被選用為所有內(nèi)部定時，當MCLKR連續(xù)工作在高電位時，

33、器件就處于掉電模式。（11）MCLKx：發(fā)送主時鐘，其頻率可以是1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz，它允許與MCLKR異步，同步工作能實現(xiàn)最佳性能。（12）BCLKx：把PCM數(shù)據(jù)從DX上移出的位時鐘，其頻率可從64KHz變至2.048MHz，但必須與MCLKx同步。（13）Dx：由FSx啟動的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。（14）FSx：發(fā)送部分的8KHz幀同步時隙信號（15）TSX：編碼時的消耗輸出（16）ANLB：模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時必須置為邏輯“0”，當拉到邏輯“1”時，發(fā)送濾波器和發(fā)送前置放大器輸出的連接線被斷開，而改為和接收功率放大器的VCO+輸出連接。 （17

34、）GSx ：發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調(diào)節(jié)增益。 （18）VFXI- ：發(fā)送輸入放大器的反向輸入。 （19）VFXI+ ：發(fā)送輸入放大器的同向輸入。 （20）VBB：負電源引腳，VBB=-5V5%圖23-8 TP3067的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖四、實驗步驟本實驗項目采用的實驗電原理圖如圖23-9所示。 圖23-9 PCM脈沖編譯碼實驗電原理圖 實驗所需的時鐘（2048KHz）和時分脈沖（Q8KHz）取自“數(shù)字信號發(fā)生模塊”。（一）觀察PCM時隙信號：(PCMOUT)在J8輸入2048KHz時鐘，在J7輸入Q8KHz窄脈沖（脈寬7.8us），在J6輸入1KHz音頻信號，幅度2VP-P，在TP13

35、可觀察到如圖23-10所示的PCM時隙信號（PCMOUT）。圖23-11是PCM時隙信號展寬后的數(shù)字碼，由于八位數(shù)字碼隨時在變化的，因此，最好用數(shù)字存儲示波器將數(shù)字碼隨機存儲后觀察。圖23-10 單路PCM時隙信號圖23-11 展寬后的單路PCM時隙信號 （二）短接J5-J9，將PCM時隙信號（PCMOUT）導入譯碼器，在譯碼輸出端TP14可觀察到經(jīng)過譯碼后的1KHz音頻信號。五、實驗報告1闡述PCM編譯碼的過程和工作原理。2整理測量得到的各種數(shù)據(jù)和觀察到的波形。3寫出實驗心得。實驗四 AMI/HDB3編譯碼實驗 一、實驗?zāi)康?掌握AMI/HDB3碼的編碼規(guī)則及其特性；2了解采用CD22103

36、專用芯片實現(xiàn)的編譯碼電路。二、實驗儀器與設(shè)備1THEXZ-2型實驗箱、數(shù)字信號發(fā)生模塊、AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K；220MHz雙蹤示波器。三、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中，有時不經(jīng)過數(shù)字基帶信號與信道信號之間的變換，只由終端設(shè)備進行信息與數(shù)字基帶信號之間的變換，然后直接傳輸數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶信號的形式有許多種，在基帶傳輸中經(jīng)常采用AMI碼(符號交替反轉(zhuǎn)碼)和HDB3碼(三階高密度雙極性碼)。 1傳輸碼型在數(shù)字復(fù)用設(shè)備中，內(nèi)部電路多為一端接地，輸出的信碼一般是單極性非歸零信碼。這種碼在電纜上長距離傳輸時，為了防止引進干擾信號，電纜的兩根線都不能接地(即對地是平衡的)，這里就要選用一種適合線

37、路上傳輸?shù)拇a型，通常有以下幾點考慮：(1) 在選用的碼型的頻譜中應(yīng)該沒有直流分量，低頻分量也應(yīng)盡量少。這是因為終端機輸出電路或再生中繼站都是經(jīng)過變壓器與電纜相連接的，而變壓器是不能通過直流分量和低頻分量的。(2) 傳輸型的頻譜中高頻分量要盡量少。這是因為電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重，當碼型頻譜中高頻分量較大時，限制了信碼的傳輸距離或傳輸質(zhì)量。 (3) 碼型應(yīng)便于再生定時電路從碼流中恢復(fù)位定時。若信號連“0”較長，則等效于一段時間沒有收脈沖，恢復(fù)位定時就困難，所以應(yīng)該使變換后的碼型中連“0”較少。 (4) 設(shè)備簡單，碼型變換容易實現(xiàn)。(5) 選用的碼型應(yīng)使誤碼率較低。雙極性基帶信號波

38、形的誤碼率比單極性信號低。 根據(jù)這些原則，在傳輸線路上通常采用AMI碼和HDB3碼。 2AMI碼 用“0”和“1”代表空號和傳號。AMI碼的編碼規(guī)則是“0”碼不變，“1”碼則交替地轉(zhuǎn)換為+1和-1。當碼序列是100100011101時，AMI碼為：+100-1000+1-1+9-1。通常脈沖寬度為碼元寬度的一半，這種碼型交替出現(xiàn)正、負極脈沖，所以沒直流分量，低頻分量也很少，它的頻譜如圖31-1所示，AMI碼的能量集中于f0/2處(f0為碼速率)。這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時，只要將信號整流，即可將“-1”翻轉(zhuǎn)為“+1”，恢復(fù)成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經(jīng)常出現(xiàn)的長連“0”的問題。圖

39、31-2所示為4級偽隨機序列的AMI碼及其波形。從AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進制符號序列變成了一個三進制符號序列，而且也是二進制符號變換成一個三進制符號。把一個二進制符號變換成一個三進制符號所構(gòu)成的碼稱為1B/1T碼型。 圖31-1 AMI碼的頻譜示意圖 圖31-2 AMI碼及其波形 AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即當它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。3HDB3碼及變換規(guī)則為了保持AMI碼的優(yōu)點而克服其缺點，人們提出了許多種類的改進AM

40、I碼，HDB3碼就是其中有代表性的碼。HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是這樣的：先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當沒有4個以上連“0”串時，則按AMI規(guī)則編碼，當出現(xiàn)4個連“0”碼時，以碼型取代節(jié)“000V”或“B00V”代替四連“0”碼。選用取代節(jié)的原則是：用B脈沖來保證任意兩個相連取代節(jié)的V脈沖間“1”的個數(shù)為奇數(shù)。當相鄰V脈沖間“1”碼數(shù)為奇數(shù)時，則用“000V”取代，為偶數(shù)個時就用“B00V”取代。在V脈沖后面的“1”碼和B碼都依V脈沖的極性而正負交替改變。為了討論方便，我們不管“0”碼，而把相鄰的信碼“1”和取代節(jié)中的B碼用B1B2.Bn

41、表示，Bn后面為V，選取“000V”或“B00V”來滿足Bn的n為奇數(shù)。當信碼中的“1”碼依次出現(xiàn)的序列為VB1B2B3. BnVB1時，HDB3碼為+ - + -.- - +或為- + - +.+ + -。由此看出，V脈沖是可以辨認的，這是因為Bn和其后出現(xiàn)的V有相同的極性，破壞了相鄰碼交替變號原則，我們稱V脈沖為破壞點，必要時加取代節(jié)B00V，保證n永遠為奇數(shù)，使相鄰兩個V碼的極性作交替變化。由此可見，在HDB3碼中，相鄰兩個V碼之間或是其余的“1”碼之間都符合交替變號原則，而取代碼在整修碼流中不符合交替變號原則。經(jīng)過這樣的變換，既消除了直流成分，又避免了長連“0”時位定時不易恢復(fù)的情況，

42、同時也提供了取代信息。圖31-3給出了HDB3碼的頻譜，此碼符合前述的對頻譜的要求。 圖31-4給出一個特定信碼的HDB3編碼方法。 圖31-3 HDB3碼的頻譜示意圖例如，信碼為：1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1若前一個破壞點為V-，且它至第一個連“0”串前有奇數(shù)個B，則HDB3碼為：若前一個破壞點為V+ ，且它至第一個連“0”串前有偶數(shù)個B，則HDB3碼為：圖31-4 特定信碼的HDB3編碼方法這里B+ 、B-分別表示符合極性交替規(guī)則的正脈沖和負脈沖。V+和V- 分別表示破壞極性交替規(guī)則的正脈沖和負脈沖，由此可見HDB3碼的波形不是唯一的，它與

43、出現(xiàn)四連“0”碼之前的狀態(tài)有關(guān)。由于HDB3碼能較好地滿足傳輸碼型的各項要求，所以常被用于遠端接口電路中。在M編碼、PCM編碼和ADPCM編碼等終端機中或多種復(fù)接設(shè)備中，都需要HDB3碼型變換電路與之相配合。 圖31-5將NRZ碼、HDB3碼和AMI碼編碼方式作一比較。圖31-5 NRZ-HDB3-AMI編碼方式雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必定是連0符號，從而恢復(fù)4個連0碼，再將所有-1變成+1后便得到原消息代碼。H

44、DB3碼保持了AMI碼的優(yōu)點，克服了AMI碼在遇到連“0”長時難以提取定時信息的困難，因而獲得廣泛應(yīng)用。CCITT已建議把HDB3碼作為PCM終端設(shè)備一次群到三次群的接口碼型。 4實際電路本實驗?zāi)K采用了U1（CD22103）專用芯片實現(xiàn)AMI/HDB3的編譯碼，沒有采用復(fù)雜的線圈耦合的方法來實現(xiàn)HDB3碼字的測試，而是采用U2對HDB3的輸出進行變換。輸入的碼流由U1的1腳在2腳時鐘信號的推動下輸入，HDB3與AMI由K1選擇。編碼之后的結(jié)果在U1的14，15腳輸出。而后在電路上直接由U1的11，13腳返回，再由U1進行譯碼。正確譯碼之后TP1與TP3的波形應(yīng)一致，但由于編譯碼的規(guī)則較復(fù)雜，

45、當前的輸出HDB3碼字可能與前四個碼字有關(guān)，因而HDB3的編譯碼時延較大。AMI/HDB3的選擇可通過K1設(shè)置，當K1設(shè)置在1-2狀態(tài)時，U1完成HDB3編譯碼過程，設(shè)置在2-3狀態(tài)時，U1完成AMI編譯碼過程。電路原理圖如下：四、實驗步驟 （一）準備“數(shù)字信號發(fā)生模塊”，用示波器檢查“全一碼”、“全零碼”、“3級偽碼”、“4級偽碼”、“5級偽碼”及64K時鐘的輸出狀態(tài)（各級偽碼時鐘確定在64KHz）。（二）“AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K”的K1接2、3即選擇AMI模式， J2輸入64KHz時鐘信號，J1依次輸入“全一碼”、“全零碼”、“3級偽碼”、“4級偽碼”、“5級偽碼”，J3輸入D64

46、K時鐘。1“全一碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“全一碼”和TP7的“全一碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。2“全零碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“全零碼”和TP7的“全零碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合HDB3碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。3“3級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“3級偽碼”和TP7的“3級偽碼”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。4“4級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“4級偽碼”和TP7的“4級偽碼

47、”的HDB3編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。5“5級偽碼”輸入：用20MHz雙蹤示波器檢查TP1的“5級偽碼”和TP7的“5級偽碼”的AMI編碼，編碼應(yīng)符合AMI碼的編碼規(guī)則。再測TP1和TP3的譯碼輸出是否正確。（三）“AMI/HDB3編譯碼實驗?zāi)K”的K1接1、2即選擇HDB3模式，步驟同（二）檢測HDB3的編譯碼，并于AMI相比較。五、實驗報告1寫出AMI碼和HDB3碼的編碼規(guī)則。2結(jié)合AMI碼和HDB3碼的編碼規(guī)則，對以上五種信碼進行編碼（畫在方格紙上），并和測試結(jié)果進行比較。3結(jié)合編碼框圖，對電原理圖各部分電路進行分析。實驗五 振幅鍵控（AS

48、K）調(diào)制與解調(diào)實驗一、實驗?zāi)康?掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK信號的方法。2掌握2ASK非相干解調(diào)的原理。二、實驗儀器與設(shè)備1THEXZ-2型、2ASK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊、數(shù)字信號發(fā)生模塊220MHz以上雙蹤示波器；1號實驗導線。三、實驗原理調(diào)制信號為二進制序列時的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個獨立的可控參量，當用二進制信號分別調(diào)制這三種參量時，就形成了二進制振幅鍵控(2ASK)、二進制移頻鍵控（2FSK）、二進制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號，而每種調(diào)制信號的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。1. 2ASK調(diào)制原理在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號

49、的變化而變化的。使載波在二進制基帶信號1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無來代表信號中的“1”或“0”，這樣就可以得到2ASK信號，這種二進制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK）。2ASK信號典型的時域波形如圖1-1所示，圖1 2ASK信號的典型時域波形其時域數(shù)學表達式為：S2ASKt=anAcosct 1-1式中，A為未調(diào)載波幅度，c為載波角頻率，an為符合下列關(guān)系的二進制序列的第n個碼元：an=0 &出現(xiàn)概率P1 &出現(xiàn)概率為1-P 1-2綜合式1-1和式1-2，令A(yù)1，則2ASK信號的一般時域表達式為：S2ASKt=nangt-nTscosct=Stcosct 1-3式中，Ts為碼元

50、間隔，gt為持續(xù)時間-Ts/2,Ts/2內(nèi)任意波形形狀的脈沖（分析時一般設(shè)為歸一化矩形脈沖），而S(t)就是代表二進制信息的隨機單極性脈沖序列。2ASK信號的產(chǎn)生方法比較簡單。首先，因2ASK信號的特征是對載波的“通斷鍵控”，用一個模擬開關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進制序列S(t)控制門的通斷，St=1時開關(guān)導通；St=0時開關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱為通斷鍵控法。其次，2ASK信號可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實現(xiàn)2ASK調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。2. 2ASK解調(diào)原理2ASK有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），相應(yīng)的

51、接收系統(tǒng)組成方框圖如圖2所示。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個“抽樣判決器”方框，這對于提高數(shù)字信號的接收性能是必要的。（1）非相干解調(diào)方式（2）相干解調(diào)方式圖2 2ASK解調(diào)原理框圖3. 實驗原理1）ASK調(diào)制電路調(diào)制實驗電路采用通斷鍵控法，2ASK調(diào)制的基帶信號和載波信號分別從“S1(t)”和“f(t)”輸入，調(diào)制信號從“2ASK(out)”輸出。其實驗框圖和電路原理圖分別如圖3、圖4所示。圖3 2ASK調(diào)制實驗框圖圖4 2ASK調(diào)制原理圖2）ASK解調(diào)電路解調(diào)實驗電路采用包絡(luò)檢波法，其實驗框圖和電路原理圖分別如圖5、圖6所示。2ASK調(diào)制信號從“2ASK(in)”輸入，經(jīng)C2和R

52、2組成的耦合電路至半波整流器（由D1、D2組成），半波整流后的信號經(jīng)低通濾波器U3（TL082）、電壓比較器U4（LM339）與參考電位比較后送入抽樣判決器進行抽樣判決，最后得到解調(diào)輸出的二進制信號。電位器RW2用來調(diào)節(jié)電壓比較器U4的判決電壓。判決電壓過高，將會導致正確的解調(diào)結(jié)果丟失；判決電壓過低，將會導致解調(diào)結(jié)果中含有大量錯碼，因此，只有合理選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決用的時鐘信號就是2ASK基帶信號的位同步信號，該信號從“S2(t)”輸入，從數(shù)字信號發(fā)生模塊直接引入。在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串擾的條件。本實驗中為了簡化實驗設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒有加帶通濾波器，并