通信原理部分

通信原理部分

通信与电子工程学院 信息与通信工程中心

2013年03月

实验1 AMI/HDB3编译码实验

一、实验目的

1．熟悉AMI / HDB3码编译码规则； 2．了解AMI / HDB3码编译码实现方法。

二、实验仪器

1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．20M双踪示波器1台 4．信号连接线1根

三、实验原理

AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的＋1、－1、＋1、－1?

由于AMI码的信号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。

从AMI码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B／1T码型。

AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取定时信号的困难。

为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3码就是其中有代表性的一种。

HDB3码是三阶高密度码的简称。HDB3码保留了AMI码所有的优点（如前所述），还可将连“0”码限制在3个以内，克服了AMI码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3码的功率谱基本上与AMI码类似。由于HDB3码诸多优点，所以CCITT建议把HDB3码作为PCM传输系统的线路码型。 如何由二进制码转换成HDB3码呢？

HDB3码编码规则如下：

1．二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替四个连“0”码。取代节中的V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。

2．取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。000V取代节的安

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排要满足以下两个要求：

（1）各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引 入直流成份）。

（2）V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号 码，哪个是V码？以恢复成原二进制码序列）。

当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个连“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。

3．HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。

下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。 二进制码序列:

1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 HDB3码码序列:

V+ -1 0 0 0 V- +1 0 –1 B+ 0 0 V 0 –1 +1 –1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 –1 从上例可以看出两点：

（1）当两个取代节之间原始传号码的个数为奇数时，后边取代节用000V；当两个 取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用B00V

（2）V码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而B码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。

虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个码，再将所有－1变成＋1后便得到原消息代码。

本模块是采用SC22103专用芯片实现AMI／HDB3编译码的。在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现AMI／HDB3码的变换，而是采用TL084对HDB3码输出进行变换。

编码模块中，输入的码流由SC22103的1脚在2脚时钟信号的推动下输入，HDB3码与AMI码功能由20K01选择。专用芯片的14、15脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成AMI／HDB3码。译码模块中，译码电路接收正负电平的AMI／HDB3码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码，送往译码电路的SC22103专用芯片的11、13脚。正确译码之后21TP01与20P01的波形应一致，但由于HDB3码的编译码规则较复杂，当前的输出HDB3码字与前4个码字有关，因而HDB3码的编译码时延较大。

四、实验设置

1．HDB3编码模块：

20K01：1-2，实现AMI功能；2-3，实现HDB3功能 20P01：数字基带信码输入铆孔。

可从“时钟与基带数据发生模块”引入不同的数字信号进行编码，如全“1”、 全

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“0”、伪随机码等，码元速率要求64kb/s以下。

20TP01：AMI或HDB3码编译码的64KHz工作时钟测试点。 20TP02：AMI或HDB3码编码时的负向波形输出测试点。 20TP03：AMI或HDB3码编码时的正向波形输出测试点。 20TP04：AMI或HDB3码编码输出测试点。 20P02:译码数字基带信码输出铆孔。

注：20TP02、20TP03、20TP04编码输出信号，都比数字基带信号20P01延时4个编码时钟周期20TP01，作为4连0检测用；20P02译码还原输出的数字基带信号，也比数字编码信号21TP04延时4个译码时钟周期

拨码器4SW02：设置为“01110”，4P01产生64K的 8比特4SW01拨码器设置的数据；设置为“00001”， 4P01产生32K的15位m序列。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将AMI/HDB3编译码模块、时钟与基带数据发生模块，分别插到通信原理底板插座上（位号为：F、G）。（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。 2．信号连接线连接： 4P01、20P01。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．跳线开关20K01选择1-2脚连，即实现AMI功能。

5．拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“11111111”。即给AMI编码系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理。

6．拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“00000000”。，即给AMI编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，注意20TP04点编码波形，分析原因。 7．拨码器4SW02：设置为“00001”，即给AMI编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。对照20TP01点时钟读出4P01点的码序列，根据AMI编码规则，画出其编码波形（记录码字）。再观察并记录编码、译码过程中有关测试点波形，验证自己的编码、译码结果。

8．跳线开关20K01选择2-3脚连，即实现HDB3功能。

9．拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“11111111”。即给HDB3编码系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理。

10．拨码器4SW02：设置为“01110”， 拨码器4SW01设置“00000000”。，即给HDB3编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，特别注意20TP04点编码波形，分析原因。 11．拨码器4SW02：设置为“00001”，，即给HDB3编码系统送入复杂信号（32K的15位m序列）。对照20TP01点时钟信号读出并记录4P01点的15位码序列，根据HDB3编码规则，先自己画出其编码波形。再观察并记录编码、译码过程中有关测试点波形，验证自己的编码、译码结果。

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12．实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

注：（1）因AMI或HDB3码的编码时钟固定为64KHZ，所以送入的基带数据速率必须是2的n次方，且不能超过64Kb/s。低于64Kb/s的码元将本编码模块识别成64Kb/s的码元，如32Kb/s的数据01100011，将被系统识别为0011110000001111，其它速率类推。 （2）编译码过程中涉及到的中间码型为归零码。

六、实验报告要求

1．根据实验结果，画出AMI/HDB3码编译码电路的测量点波形图，在图上标上相位关系。 2．根据实验测量波形，阐述其波形编码过程。

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实验2 FSK调制解调实验

一、实验目的

1．掌握FSK调制的工作原理和实现方法； 2．掌握利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．FSK调制模块，位号A 3．FSK解调模块，位号C 4．噪声模块，位号B 5．20M双踪示波器1台 6．信号连接线3根

三、实验原理

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。另外，本实验箱没有做成专门的ASK单元，因为只接通FSK调制单元电路中相加开关16K02的左边1-2脚，只对“1”信号调制，即可成为ASK调制电路。 （一） FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图2-1所示。

122KHZ方波12316K0116U03A74LS04数字基带信号输入16P01 2K伪随机码

16KHZ32KHZ16TP0116TP0321调制信号输出 1116U02B40661016K021低通f116TP02116P02 16TP06 1241低通f21116U02A40661316TP04321 图2-1 FSK调制解调电原理框图

图2-1中，输入的数字基带信号分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经反相器去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关B打开，模拟开关A关闭，此时输出f1=32KHz；当基带信号为“0”时，模拟开关B关闭，模拟开关A开通，此时输出f2=16KHz；

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在输出端经开关16K02叠加，即可得到已调的FSK信号。

电路中的两路载频(f1、f2)由时钟与基带数据发生模块产生的方波，经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关4066。载频f1的幅度调节电位器16W01，载频f2的幅度调节电位器16W02。

（二） FSK解调电路工作原理

FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。

FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使 它锁定在FSK的一个载频如f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。 17TP02调制信号输入 17P01 17TP01117P01 FSK调制信号 解调信号输出 17P02 17TP03压控振荡器中心频率117U011439517C022200671112AINBINVCININHCACBR1R2MC4046PCPPC1PC21213117U02A13 17P02 FSK解调输出成形电路 2VCOUT4SFZEN101517R0947K17W0110K

图2-2 FSK锁相环解调器原理示意图

如框图2-2所示，FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC4046压控振荡器。其中心频率设计在32KHz左右，可通过17W01电位器调整。当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。环路对32KHz载频锁定，输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。

四、实验设置

1. FSK调制模块

16K02：两调制信号叠加。1-2脚连，输出“1”的调制信号；3-4脚连，输出“0”的调

制信号。

16TP01：32KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP02：16KHz方波信号输入测试点，由4U01芯片(EPM240)编程产生。 16TP03：32KHz载波信号测试点，可调节电位器16W01改变幅度。 16TP04：16KHz载波信号测试点，可调节电位器16W02改变幅度。

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16P01：数字基带信码信号输入铆孔。

16P02：FSK调制信号输出铆孔，此测量点需与16P01点波形对比测量。

2．FSK解调模块

17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器。 17P01：FSK解调信号输入铆孔。

17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，

频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01。

17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。

3．噪声模块

3W01:噪声电平调节。 3W02：加噪后信号幅度调节。

3TP01:噪声信号测试点，电平由3W01调节。 3P01:外加信号输入铆孔。 3P02:加噪后信号输出铆孔。

五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ FSK调制模块” 、“噪声模块”、“FSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．信号连接线连接：4P01、16P01；16P02、3P01；3P02、17P01。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．设置好跳线开关16K02的1-2、3-4相连。拨码器4SW02：设置为“00000”，4P01产生2K的 15位m序列输出； 5．载波幅度调节：

16W01：调节32KHz载波幅度大小，调节峰峰值在4V左右。 16W02：调节16KHz载波幅度大小，调节峰峰值在2V左右。 用示波器对比测量16TP03、16TP04两波形。

6．双踪示波器，测量探头测试16P01点，另一测量探头测试16P02，调节示波器使两波形同步，观察FSK调制输出波形，记录16P01、16P02点实验数据。

7．噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。

8．FSK解调参数调节：

调节17W01电位器设置压控振荡器的中心频率，使压控振荡器工作在32KHz。（思考

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中心频率调置16 KHz行不行）

9．观察17P02点FSK解调输出波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

10．调节3W01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。 11．实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。

六、实验报告要求

1．根据实验步骤2的连线关系，画出实验结构示意图。 2．画出FSK各主要测试点波形。 3．分析噪声对通信过程的影响。

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实验3 PSK调制解调系统及其眼图观测实验

一、实验目的

1.掌握FSK调制的工作原理和实现方法

2.学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。

二、实验仪器

1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．PSK调制模块，位号A 3．PSK解调模块，位号C 4．噪声模块，位号B 5．数字同步技术模块，位号I 6．20M双踪示波器1台 7．小平口螺丝刀1只 8．信号连接线4根

三、实验原理

（Ⅰ）PSK调制解调原理

相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。

本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（PSK或CPSK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。相对移相键控（DPSK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。 （一） PSK调制电路工作原理

二相相位键控的载波为1.024MHz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32KHz方波、外加数字信号等。

相位键控调制解调电原理框图，如图3-1所示。 1．载波倒相器

模拟信号的倒相通常采用运放来实现。来自1.024MHz载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即?相载波信号。为了使0相载波与?相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37W01和37W02调节。 2．模拟开关相乘器

对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。0相载波与?相载波分别加到模拟开关A：CD4066的输入端（1脚）、模拟开关B：CD4066的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关B的输入控制端（12脚）。用来控制两个同频反相载波的通断。当信码为“1”码时，模拟开关A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出0相载波，而模拟开关B的输入控制端为

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低电平，模拟开关B截止。反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。而模拟开关B的输入控制端却为高电平，模拟开关B导通。输出?相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02合路叠加后输出为二相PSK调制信号。

另外，DPSK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列?an?，通过码型变换器变成相对码序列?bn?，然后再用相对码序列?bn?，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37P01为PSK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4P01点绝对码信号37TP0137TP05（PSK），也可以送入相对码基带信号(相对4P01点数字信号来说，此调制即为DPSK调制)。 32K伪随机码输入37J03 绝相转换 32K方波输入1 1024KHZ方波37P01基带信号输入 37U03C74LS0437TP01 37TP0237TP02 11337TP0351调制信号输出 37P02 237K0237TP0616低通滤波137P02 PSK调制输出37U06A406614PIN23437TP03 11237TP04倒相器111037U06B40661 图3-1 相位键控调制解调电原理框图

（二）相位键控解调电路工作原理

二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图3-2所示。该解调器由三部分组成：载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：N次方环、科斯塔斯环(Constas环)、逆调制环和判决反馈环等。近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。 二相(PSK，DPSK)信号输入电路

由整形电路，对发送端送来的二相(PSK、DPSK)信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。 （Ⅱ）眼图原理

在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。 我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。

眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。

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什么是眼图? 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛的故称眼图。 TP701 TP704开关138TP03 38TP02 38TP01 TP703TP702判决1TP705 低通1 调制信号输入 PSK调制信号入 38P01 38P01 整形电路开关2÷环VCO2路振分π/2滤荡移相频 图6-2 解调器原理方框图 波低通2判决2相乘器38P02 PSK解调输出1 2至时钟再生电路 CPLD信号发生器图3-2解调器原理方框图 间串扰)。 3 在图3-3中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码图3-3中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。 为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图3-4的形状。

由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图3-3所示。

衡量眼图质量的几个重要参数有： 1．眼图开启度(U-2ΔU)/U

指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。 2．“眼皮”厚度2ΔU/U

指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。

3．交叉点发散度ΔT/T

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指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。 4．正负极性不对称度

指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。 最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。

在图3-5中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成PSK解调输出基带信号的眼图观测实验。

信号波形眼图+1 11010001 0-1 T (a)无失真时

(a)有失真时

图3-3 无失真及有失真时的波形及眼图 (a) 无码间串扰时波形；无码间串扰眼图 (b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图

最佳取样时间 ΔT(最佳取样点)

ΔU U+

U-零点位置的失真 噪声容限 对定时误差的灵敏度Ta取样失真

图3-4 眼图的重要性质

其中U=U++U-

(a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统

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图3-5 实验室理想状态下的眼图

四、 实验设置

W06：接收滤波器特性调整电位器。 3W01:噪声电平调节电位器

P17：接收滤波器输出升余弦波形测试点。 3TP01: 噪声输出测试点

五、实验步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．BPSK信号连接线连接：4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、P16（底板右边“眼图观察电路”）。

注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．设置好“PSK调制模块”跳线开关37K02的1-2、3-4相连。“时钟与基带数据发生模块”的拨码器4SW02：设置为“00001“，4P01产生32Kb/s的 15位m序列输出； 5．调整好PSK调制解调电路电路状态。观察并记录调制、解调过程中的波形。 噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0；调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。

6．调整接收滤波器

以下为选作部分

Hr(?)（这里可视为整个信道传输滤波器

H(?)）的特性，使之构成一

个等效的理想低通滤波器。

按照下面的眼图观察方法连接调节好双踪示波器，调整W06直到P17点眼图波形出现过零点波形重合、线条细且清晰的眼图波形（即无码间串扰、无噪声时的眼图）。在调整W06过程中，可发现眼图过零点波形重合时W06的位置不是唯一的，它正好验证了无码间串扰的传输特性不唯一。

7．调节3W01，增加噪声电平。因为噪声的影响，PSK解调输出的基带信号中将出现干扰的毛刺信号（实为电平毛刺，在后续再生信号中容易引起判决错误，出现误码），此时的眼图信号看起来将变成模糊的带状线。

8．另外，也可以在基带信号中直接叠加噪声，然后观测其眼图。

信号连接线连接：4P01、3P01；3P02、P16（底板右边“眼图观察电路”）。直接将基带信号接入“噪声模块”，然后再送入眼图观察电路，调节3W01，增加噪声电平。 9．实验完成后，关闭电源开关，按照带课老师要求放置好实验模块。 注：本实验电路要求输入的基带信号为32Kb/s速率。

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眼图调节观测方法：用示波器的触发探头（触发TRTIGGER档）放在4P02上（可视为眼图码元的同步时钟，码元周期T），CH1探头放在P17上（数字基带信号的升余弦波），

调整示波器的扫描周期（=nT），使P17的升余弦波波形的余辉反复重叠（即与码元的周期同步），则可观察到n只并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面的一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。

无噪声有码间串扰时，眼图的升余弦波波形将发生畸变，这时眼图的过零点波形弥散，不像无码间串扰时波形清晰。这几条线越靠近，表明码间串扰越小，反之波形越弥散，表示码间串扰越大。

有噪声无码间串扰时，眼图的升余弦波波形的线，将变成模糊的带状线。噪声越大，线条越宽，越模糊。

六、实验报告要求

1．分析电路的工作原理，叙述其工作过程。 2．叙述眼图的产生原理以及它的作用。

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实验4 CVSD编译码系统实验

一、实验目的

1．掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程； 2．了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形。

二、实验仪器

1．增量调制编译码模块，位号：D 2．时钟与基带数据产生器模块，位号:G 3．20M双踪示波器1台 4．信号连接线3根

三、实验原理

增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。

MC34115是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图4-1所示， MC34115集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、V—I电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2稳压电源。

(1) 编码电路工作过程

由图4-1可知，音频模拟输入信号由开关6P01连接进入，经过耦合至6U02（MC34115）的模拟信号输入端，第1引脚。其编码、译码工作方式由MC34115芯片的第15引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式）。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与2脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚(DOT)输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚(COIN端)输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚(SYL端)，由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这相当于量阶控制电压加到第4引脚GC端。该端外接调节电位器6W01，调节6W01为一固定电位，改变此电位器即可改变GC端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。

第4引脚(GC)输入电流经过V—I变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极性开关则由信码控制。外接积分网络(由电阻、电容组成)与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回ANF端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。

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该芯片的外围辅助电路由三大部分组成:音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路。

12编译码控制 15自CPU控制电源16话音输入低 通滤波器编 码比较器反相驱动器9编码出参考电平1312音节解 码比较器判决器与斜率过载检测11平滑滤波二次积分网络7－运放＋斜率极性控制－3运放＋电路6Vcc/2参考电压64KHz 132KHz 316KHz 48KHz 64SW02 2514时钟5104直流放大器K201

图4-1 增量调制系统编译码器内部方框图

在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l”、“0”交替码。该芯片总环路失调电压约为1.5mv，所以量阶可选择为3mv。当本地积分时间常数1mS时，则最小积分电流取1OμA，就可得到稳定的“l”、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“l”、“0”交替码，量阶可减小到0.lmV，而环路仍可正常工作。

(2) 译码电路工作过程

连接6P03和7P01铆孔，将发端送来的编码数据信号送到7U02(MC34115)芯片的第13引脚，即接收数据输入端。对译码电路，CPU中央控制单元送出低电平至7U02 (MC34115)的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块”。

虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。

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四、实验设置

1. 模拟信号源模块

K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。

W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为0～2V，视信号幅度而定，一般调节为0V。

W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为1～4KHZ。 W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。

W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为0～4V。 P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。

2. CVSD增量调制编译码模块 6W01：积分量阶的大小控制电位器。 7W01：译码输出积分网络调整电位器。

4SW02：控制增量调制的编译码时钟。设置为“00100”：8K；设置为“00101”：16K；

设置为“00110”：32K；设置为“00111”：64K；另外，接收滤波器截止频率默认为3.4KHZ。

6P01：模拟信号输入铆孔。输入300～3400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际

斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：可改变相应信号源输出幅度的大小。

6TP01：增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。波形不好可调节

6W01电位器。

6TP02：一致脉冲信号输出测试点。它随输入信号波形的变化而变化。当编码数字信号出

现三个连0（或三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象结束，返回正电平输出。

6P02：增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由拨码器4SW02控制。 6P03：增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。 7P01：增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。

7P02：经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节7W01电位器。

P04 6P01 6P03 7P01 7P02 P14 P15 模拟 信号源 CVSD 编码 CVSD 译码 信号恢复 滤波器 图4-2 增量调制系统连接示意方框图

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五、实验内容及步骤

1．在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。

2．如图4-2，信号连接线连接：P04、6P01；6P03、7P01；7P02、P14。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。

3．打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4．拨码器4SW02设置“00110”，即增量调制的编译码时钟为32KHZ。

5．“同步正弦波”上提供了频率2KHZ的同步正弦波，幅度由W04电位器调节。 6．改变同步正弦波幅度，调整6W01电位器，观察增量调制编码端的本地译码信号。注意同时对比测量6P01和6TP01两点波形，以阶梯波形匀称为佳。注意信号源的幅度峰峰值2V左右即可。

7．对比测量6TP01和6P03两点波形，观察增量调制编码数据。

8．对比测量6TP01和7P02两点波形，调整译码端7P02积分输出阶梯波形，与编码端6TP01阶梯波形相近为准。

9．测量P15滤波输出波形，对比信号源P04波形，是否有明显失真（收端低通滤波器默认截止频率为3.4KHZ，P14为滤波器输入点）。

10．改变编译码工作时钟，再测量调整有关电位器，比较不同工作时钟下的通信效果。 11．实验完成后，关闭电源开关，按照老师要求放置好实验模块。

六、实验报告要求

1．根据步骤2中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。 2．画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。

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