通信原理Word下载.docx
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(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。
2.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。
3.实验原理
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:
倒相器U20:
非门74HC04
抽样U9:
D触发器74HC74
2.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
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:
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。
4.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。
实验二:
数字调制
1.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。
2.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