通信原理实验指导书(上)

1、通信工程及相关专业实验指导书通 信 原 理 实 验电子与通信工程系通信工程教研室二0一五年八月前 言现代通信技术的发展日新月异，从而对通信理论和工程技术的发展提出了新的要求，通信专业技术人才的培养必须努力跟上时代的步伐。通信原理实验教学是通信工程及相关专业教学改革的重点之一，也是我们建设特色专业的重要内容，为此，我们组织了几位多年从事该课程教学的老师编写了这本与通信原理课程相配套的新实验教材。本书以数字通信原理为理论基础，结合武汉凌特电子技术有限公司生产的LTE-TX-02E型通信原理实验平台，给出了AMI/HDB3编译码过程实验、抽样定理与PAM通信系统实验等6个实验。实验内容涵盖了主要的教

2、学内容，力求承上起下，具有较广的适应性；实验项目设置考虑了验证型、测试型和综合型等层次性需求，也注重举一反三、融会贯通，便于学生自主学习，进行课题研究，切实做到“提出问题、分析问题、解决问题”；具体实验的开设达到既掌握知识又掌握研究方法的实验目的，从而提高学生的学习效率。本指导书由冯璐老师负责撰写，全教研室和相关实验室老师给出了自己宝贵的意见，在此一并表示感谢。由于水平有限，书中缺点错误在所难免，恳请各位读者批评指正。 通信工程教研室 2015年8月目 录实验一 抽样定理和PAM调制解调实验1实验二 脉冲编码调制解调实验9实验三 基带数字信号码型变换实验22实验四 眼图观测实验29实验五 数字

3、调制解调实验32实验六 数字同步技术实验38实验七 载波传输系统实验（选作）48实验一 抽样定理和PAM调制解调实验一、 实验目的1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。2、 通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。二、 实验内容1、 观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间的相互关系及特点。2、 改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。 三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 20M双踪示波器 一台4、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理1、抽样定理抽样定理表明：一个频带

4、限制在（0，）内的时间连续信号，如果以T秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图1-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有：图1-1 抽样与恢复假设、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理，的傅立叶变换是和的卷积：因为 所以 由卷积关系，上式可写成 该式表明，已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为s的相迭加而成。这就意味着中包含的全部信息。需要注意，若抽样间隔T变得大于，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见，是抽样的最大间隔，它被

5、称为奈奎斯特间隔。上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与之间，而是限制在（信号的最低频率）与（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，其抽样频率并不要求达到，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的两倍。00图1-2画出抽样频率2B（无混叠）和2B（有混叠）时两种情况下冲激抽样信号的频谱。(a) 连续信号的频谱100 （b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）0 10（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图1-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱2、脉冲振幅调制（PAM）所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载

6、波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。图1-3 自然抽样及平顶抽样波形PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图1-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图1-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。（二) 电路组成 脉冲幅度

7、调制实验系统如图1-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图1-5所示。图1-4 脉冲振幅调制电路原理框图图1-5 脉冲幅度调制电路原理图（三）实验电路工作原理1、 PAM调制电路如图1-5所示，LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。LF398的内部结构如图1-6所示； 图1-6 LF398的内部电路结构N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为逻辑控制采样/保持开关，当S接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。LF398的引脚功能为：3、12脚：正负

8、电源输入端。1脚：Vi，模拟电压输入端。11脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。10脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地。8脚：HOC，采样/保持电容接入端。7脚：OUT，采样/保持输出端。如图1-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通，为低电平时开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。2、PAM解调与滤波电路解调滤波电路由集成运放电路TL084

9、组成。组成了一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图1-7所示图1-7 PAM解调滤波电路五、 测试点说明1、输入点参考说明PAM-SIN：音频信号输入端口PAMCLK：抽样时钟信号输入端口IN：PAM解调滤波电路输入端口2、输出点说明自然抽样输出：自然抽样信号输出端口平顶抽样输出：平顶抽样信号输出端口OUT：PAM解调滤波输出端口六、 实验步骤及注意事项1、 将信号源模块、模块1固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 插上电源线，打开主机箱右侧

10、的交流开关，将信号源模块和模块1的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为+5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，再打开电源做实验，不要带电连线）。3、 观测PAM自然抽样波形1) 用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。2) 将信号源上S4设为“1010”，使“CLK1”输出32K时钟。3) 将模块1上K1选到“自然”。4) 关闭电源，按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波”模块1:“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“CLK

11、1”模块1:“PAMCLK”提供抽样时钟* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5) 用示波器在“自然抽样输出”处观察PAM自然抽样波形。4、 观测PAM平顶抽样波形a) 用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在4V左右。b) 将信号源上S1、S2、S3依次设为“10000000”、“10000000”、“10000000”，将S5拨为“1000”，使“NRZ”输出速率为128K，抽样频率为：NRZ频率/8（实验中的电路，NRZ为“1”时抽样，为“0”时保持。在平顶抽样中，抽样脉冲为窄脉冲）。c) 将K1设为“平顶”。关闭电源，按下列方式进行连线

12、。源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波模块1：“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“NRZ”模块1：“PAMCLK”提供抽样脉冲d) 打开电源，用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。5、 改变抽样时钟频率，观测自然抽样信号，验证抽样定理。6、 观测解码后PAM波形与原信号的区别1) 步骤3的前3步不变,按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波”模块1:“PAM-SIN”提供被抽样信号信号源：“CLK1”模块1:“PAMCLK”提供抽样时钟模块1:“自然抽样输出”模块1:“IN”将PAM信号进行译码2) 将K1设为“自然”，用“PAM-SIN”信号做示波

13、器的触发源，用双踪示波器对比观测“PAM-SIN”和“OUT”波形。7、 将信号源产生的音乐信号输入到模块1的“PAM-SIN”，“自然抽样输出”和“IN”相连，PAM解调信号输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性判断该系统对话音信号的传输质量。七、 实验思考题1、 简述平顶抽样和自然抽样的原理及实现方法。2、 在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？3、 造成系统失真的原因有哪些？4、 为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？八、 实验报告要求1、 分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2、 绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。并列出所测各点的波形、频率、电压等有关

14、数据，对所测数据做简要分析说明。必要时借助于计算公式及推导。3、 对实验思考题加以分析，按照要求作出回答。实验二 脉冲编码调制解调实验一、 实验目的1、 掌握脉冲编码调制与解调的原理。2、 掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。3、 了解脉冲编码调制信号的频谱特性。4、 了解大规模集成电路W681512的使用方法。二、 实验内容1、 观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。2、 改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。3、 改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。4、 改变位同步时钟，观测脉冲编码

15、调制波形。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 20M双踪示波器 一台4、 立体声耳机 一副5、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图2-1所示。PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样

16、是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz3400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示。国际电报电话咨询委员会（ITU-T

17、）详细规定了它的指标，还规定比特率为64kbps，使用A律或律编码律。下面将详细介绍PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面实验中详细讨论过，故在此只讲述量化及编码的原理。图2-1 PCM 调制原理框图1、 量化从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图2-2所示，量化器Q输出L个量化值，k=1，2，3，L。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为：这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。模拟入量化器量化值图2-2 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，我们先讨论均

18、匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图2-3所示。其量化间隔（量化台阶）取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当输入信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定。例如，输入信号的最小值和最大值分用a和b表示，量化电平数为M，那么，均匀量化的量化间隔为：量化器输出为： 当式中为第个量化区间的终点，可写成 为第个量化区间的量化电平，可表示为 上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定

19、的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。图2-3 均匀量化过程示意图非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际

20、中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本实验模块中所用到的PCM编码芯片W681512正是采用这种压扩特性来进行编码的。图

21、2-4示出了这种压扩特性。图2-4 13折线表2-1列出了13折线时的值与计算值的比较。表 2-10101按折线分段时的01段落12345678斜率16168421表中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。2、 编码所谓编码就是把量化后的信号变换成二进制码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐

22、次比较型、折叠级联型、混合型。本实验模块中的编码芯片W681512采用的是逐次比较型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被

23、划分成27128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2-2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表2-3。可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。表2-2 段落码 表2-3 段内码段落序号段落码量化级段内码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000（二）实验电路说明本实验采用大规模集成电路W681512对语音信号进行PCM编、解码。W681512是应用于语音、模拟转数字、数字转模拟的单

24、通道CODEC。此语音CODEC以全差动输出功能来将噪音最小化。芯片符合ITU-T G.712及ITU-T G.711工业标准，所以能提供最可能的清晰讯号。W681512可工作在256KHz、512kHz、1536kHz、1544kHz、2048kHz、2560kHz和4096kHz。这里选择编码速率为2.048MHz，每一时隙数据为8位，帧同步信号为8KHz。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个

25、特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。下面对PCM编译码专用集成电路W681512芯片做一些简单的介绍。图2-5为W681512的内部结构方框图，图2-6是W681512的管脚排列图。图2-5 W681512逻辑方框图44图2-6 W681512管脚排列图3、 W681512管脚的功能（1）RO+：接收滤波器的非倒相输出（2）RO-：接收滤波器的倒相输出（3）PAI：功率放大器的倒相输入（4）PAO-：功率放大器的倒相输出（5）PAO+：功率放

26、大器的非倒相输出（6）VDD：供电引脚（7）FSR：接收帧同步脉冲，它启动BCLKR，于是PCM数据移入PCMR，FSR为8KHz脉冲序列。（8）PCMR：接收数据帧输入。PCM数据必须与FSR和BCLKR同步。（9）BCLKR：接收数据位时钟输入。（10）PUI：省电模式的控制端，接VDD时为正常工作模式，接VSS时为省电模式。（11）MCLK：系统主时钟输入，其频率可以是256KHz、512KHz、1.536MHz、1.544MHz、2.048MHz、2.56MHz、4.096MHz。（12）BCLKT：发送数据位时钟输入（13）PCMT：输出数据发送。（14）FST：8KHz发送帧同步脉

27、冲输入，它发送PCM数据同步。（15）VSS：地，必须接到0V。（16）/A-Law：压缩方式选择引脚。接VDD时为律，接VSS时为A律。（17）AO：发送输入放大器的模拟输出。（18）AI-：发送输入放大器的倒相输入。（19）AI+：发送输入放大器的非倒相输入。（20）VAG：为模拟信号提供2.4V的参考电压。4、 功能说明i 上电当开始上电瞬间，复位电路启动，芯片处于掉电状态，所有非主要电路都没有正常工作，而PCMT、RO+、PAO-、PAO+均处于高阻状态。为了使器件上电，一个逻辑低电平或时钟脉冲必须作用在PUI引脚上，并且FST和FSR脉冲必须存在。于是有两种掉电控制模式可以利用。在第

28、一种中PUI引脚电位被拉高。在另一种模式中使FST和FSR二者的输入均连续保持低电平，在最后一个FST或FSR脉冲之后相隔2ms左右，器件将进入掉电状态，一旦第一个FST和FSR脉冲出现，上电就会发生。三态数据输出将停留在高阻抗状态中，一直到第二个FST脉冲出现。ii 短帧同步工作芯片既可以用短帧，也可以用长帧同步脉冲。在加电开始时，器件采用短帧模式，在这种模式中，FST和FSR这两个帧同步脉冲的长度均为一个位时钟周期。在BCLKT的下降沿当FST为高时，BCLKT的下一个上升沿可启动输出符号位的三态输出PCMT的缓冲器，紧随其后的7个上升沿以时钟送出剩余的7个位，而下一个下降沿则阻止PCMT

29、输出。在BCLKR的下降沿当FSR为高时（BCLKT在同步模式），其下一个下降沿将锁住符号位，跟随其后的7个下降沿锁住剩余的7个保留位。iii 长帧同步工作为了应用长帧模式，FST和FSR这两个帧同步脉冲的长度应等于或大于位时钟周期的三倍。在64KHz工作状态中，帧同步脉冲至少要在160ns内保持低电位。随着FST或BCLKx的上升沿（无论哪一个先到）来到，PCMT三态输出缓冲器启动，于是被时钟移出的第一比特为符号位，以后到来的BCLKx的7个上升沿以时钟移出剩余的7位码。随着第8个上升沿或FST变低（无论哪一个后发生），PCMT输出由BCLKx的下降沿来阻塞，在以后8个BCLKR的下降沿（B

30、CLKR），接收帧同步脉冲FSR的上升沿将锁住PCMR的PCM数据。iv 发送部件发送部件的输入端为一个运算放大器，并配有两个调整增益的外接电阻。在低噪声和宽频带条件下，整个音频通带内的增益可达20dB以上。该运算放大器驱动一个增益为1的滤波器（由RC有源前置滤波器组成），后面跟随一个时钟频率为256KHz的8阶开关电容带通滤波器。该滤波器的输出直接驱动编码器的抽样保持电路。在制造中配入一个精密电压基准，以便提供额定峰值为2.4V的输入过载（tmax）。FST帧同步脉冲控制滤波器输出的抽样，然后逐次逼近的编码周期就开始。8位码装入缓冲器内，并在下一个FST脉冲下通过PCMT移出，整个编码时延近

31、似地等于165ns加上125ns（由于编码时延），其和为290ns。v 接收部件接收部件包括一个扩展DAC（数模转换器），而它又驱动一个时钟频率为256KHz的5阶开关电容低通滤波器。译码器是依照A律（W681512）设计的，而5阶低通滤波器矫正8KHz抽样保持电路所引起的sinx/x衰减。在滤波器后跟随一个输出在RO+上的2阶RC低通后置滤波器。接收部件的增益为1，但利用功率放大器可加大增益。当FSr出现时在后续的8个BCLKR（BCLKT）的下降沿，PCMR输入端上的数据将被时钟控制。在译码器的终端，译码循环就开始了。vi 接收功率放大器两个倒相模式的功率放大器用来直接驱动一个匹配的线路接

32、口电路。本编译码器的功能比较强，它既可以进行A律变换，也可以进行律变换，它的数据既可用固定速率传送，也可用变速率传送，它既可以传输信令帧也可以选择它传送无信令帧，并且还可以控制它处于低功耗备用状态，到底使用它的什么功能可由用户通过一些控制来选择。在实验中我们可以自由选择它进行A律、律变换，以2.048Mbit来传送信息，信令帧为无信令帧，它的发送时序与接收时序直接受FST和FSR控制。还有一点，编译码器一般都有一个PUI降功耗控制端，PUI=1时，编译码能正常工作，PUI=0，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制，这时，用户摘机，

33、编译码器工作，用户挂机，编译码器低功耗。五、 输入、输出点参考说明1、 输入点说明MCLK：芯片工作主时钟，频率为2.048M。SIN IN-A：模拟信号输入点。BSX：PCM编码所需时钟信号输入点。BSR：PCM解码所需时钟信号输入点。FSXA：PCM编码帧同步信号输入点。FSRA：PCM解码帧同步信号输入点。PCMIN-A：PCM解调信号输入点。EARIN1：耳机语音信号输入点。MICOUT1：麦克风语音信号输出点。K1、K2：A律、律切换开关2、 输出点说明PCMAOUT-A：脉冲编码调制信号输出点。SIN OUT-A：PCM解调信号输出点。六、 实验步骤1、 将信号源模块和模块2固定在

34、主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2、 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，将信号源模块和模块2的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为+5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，再打开电源做实验，不要带电连线）。3、 观测PCM编、译码波形。1) 用示波器测量信号源板上“2K同步正弦波”点，调节信号源板上手调电位器W1使输出信号峰-峰值在3V左右。2) 将信号源板上S4设为0111（时钟速率为256K），S5设为0100(时钟速率为2.048M)。3) 实验系统连线关闭系统电源，进行如下连接：源

35、端口目的端口连线说明信号源：2K同步正弦波模块2：SIN IN-A提供音频信号信号源：CLK2模块2：MCLK提供W681512工作的主时钟（2.048M）信号源：CLK1模块2：BSX提供位同步信号(256K)信号源：FS模块2：FSXA提供帧同步信号模块2：FSXA模块2：FSRA作自环实验，直接将接收帧同步和发送帧同步相连模块2：BSX模块2：BSR作自环实验，直接将接收位同步和发送位同步相连模块2：PCMOUT-A模块2：PCMIN-A将PCM编码输出结果送入PCM译码电路进行译码* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源4) 用示波器观测各测试点以及PCM编码输出点“PCMOUT-A”

36、和解调信号输出点“SIN OUT-A”输出的波形。5) 改变位时钟为2.048M（将S4设为“0100”），观测PCM调制和解调波形。6) 改变K1、K2开关，观测PCM调制和解调波形。 4、 从信号源引入非同步正弦波，调节W4改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“PCMOUT-A”、“SIN OUT-A”的输出波形，记录下来并分析波形变化情况。5、 用麦克风或音乐输出信号代替信号源模块的正弦波，输入模块2的点“SIN IN-A”，重复上述操作和观察，并记录下来。 6、 将信号输出点“SIN OUT-A”输出的信号引入“耳机1”，用耳机听还原出来的声音，

37、与音乐片（麦克风）直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。 七、 实验思考题1、 W681512PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给W681512提供2.048MHz的时钟？2、 认真分析W681512主时钟与8KHz帧收、发同步时钟的相位关系。3、 为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？4、 当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调的波形。八、 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、 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。（注意对应相位关系）3、 对实

38、验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原理图。4、 写出完成本次实验后的心得体会以及对本次实验的改进建议。实验三 基带数字信号码型变换实验一、 实验目的1、 了解几种常用的数字基带信号。2、 掌握常用数字基带传输码型的编码规则。3、 掌握常用CPLD实现码型变换的方法。二、 实验内容1、 观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。2、 观察全0码或全1码时各码型的波形。3、 观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。4、 观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。5、 自行设计码型变换电路，下载并观察波形。三、

39、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 号模块 一块4、 20M双踪示波器 一台5、 连接线 若干四、 实验原理（一）基本原理在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图3-1所示。图3-1 基带传输系统的基本结构该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从

40、直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码

41、型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。（二）编码规则1、 NRZ码NRZ码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如：2、 RZ码RZ码的全称是单极性归零码，与NRZ码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到

42、零电平。例如：3、 AMI码AMI码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号)和1(传号)按如下方式进行编码的码：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，。例如：信息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1AMI码： +1 0 0-1+1 0 0 0-1+1-1由于AMI码的传号交替反转，故由于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。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。除了上述特点以外，AMI码还有编译码电路简单以及便于观察误码情况等优点，它是以种基本的

43、线路码，在高密度信息流得数据传输中，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。4、 HDB3码HDB3码是对AMI码的一种改进码，它的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则如下：先检查消息代码（二进制）的连0情况，当没有4个或4个以上连0串时，按照AMI码的编码规则对信息代码进行编码；当出现4个或4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一非0符号（+1或-1）同极性的符号，用V表示（即+1记为+V，-1记为-V），为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也

44、应极性交替。当两个相邻V符号之间有奇数个非0符号时，用取代节“000V”取代4连0信息码；当两个相邻V符号间有偶数个非0符号时，用取代节“B00V”取代4连0信息码。例如：代码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 000 0 1 1AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 000 0 -1 +1HDB3码：-1 0 0 0 -V +1 0 0 0 +V -1 +1 -B00 -V -1 +1HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连0串减少到至多3个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是十分有利的。HDB3码是

45、CCITT推荐使用的码型之一。5、 CMI码CMI码是传号反转码的简称，其编码规则为：“1”码交替用“11”和“00”表示；“0”码用“01”表示。例如：代码： 1 1 0 1 0 0 1CMI码： 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。该码已被CCITT推荐为PCM（脉冲编码调制）四次群的接口码型。在光缆传输系统中有时也用作线路传输码型。6、 BPH码BPH码的全称是数字双相码（Digital Biphase），又称Manchester码，即曼彻斯特码。它是对每个二进制码分别利用两个具有2个不同相位的二进制新码去取代的码，编码

46、规则之一是：001（零相位的一个周期的方波）110（相位的一个周期的方波）例如：代码：1 1 0 0 1 0 1双相码： 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0双相码的特点是只使用两个电平，这种码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但这种码的带宽要宽些。（三）电路原理将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U1（EPM3064）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号（因为CPLD的IO口不能直接接负电平，所以只能将分别代表正极性和负极性的两路编码信号分别输出，再通过外加电路合成双极性码），如HDB3码的正、负极性编码信号送入U2（

47、CD4051）的选通控制端，控制模拟开关轮流选通正、负电平，从而得到完整的HDB3码。解码也同样需要将双极性的HDB3码变换成分别代表正极性和负极性的两路信号，再送入CPLD进行解码，得到NRZ码。其他双极性码的编、解码过程相同。各编码波形如图3-2所示图3-2 编码波形五、 输入、输出点参考说明1、 输入点说明NRZ：NRZ码输入点。BS：编码时钟输入点。BSR：解码时钟输入点。IN-A：正极性HDB3/AMI码编码输入点。IN-B：负极性HDB3/AMI码编码输入点。DIN1：正极性HDB3/AMI码解码输入点。DIN2：负极性HDB3/AMI码解码输入点。HDB3/AMI-IN：HDB3

48、/AMI码编码输入点。2、 输出点说明DOUT1：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为正极性编码输出。DOUT2：编码输出，由拨码开关S1控制编码码型。选择AMI、HDB3码型时，为负极性编码输出，选择其它码型时，无输出。OUT-A：正极性HDB3/AMI码解码输出点。OUT-B：负极性HDB3/AMI码解码输出点。HDB3/AMI-OUT：HDB3/AMI码编码输出点。NRZ-OUT：解码输出。六、 实验步骤1、 CMI，RZ，BPH码编解码电路观测1） 将信号源模块和模块6、7固定在主机箱上，将塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。2） 通过模块6上的拨码开关S1

49、选择码型为CMI码，即“00100000”。3） 信号源模块上S4、S5都拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“01010101”“00110011”。4） 对照下表完成实验连线源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：DOUT1模块6：DIN1电平变换的编码输入A模块6：DOUT1模块7：DIN提取编码数据的位时钟。模块7：BS模块6：BSR提取的位时钟给译码模块* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源5） 将模块7的S2设置为“0111”6） 用双踪示波器观

50、测编码输出“DOUT1”波形。7） 用双踪示波器对比观测解码输出“NRZ-OUT”波形，观察解码波形与初始信号是否一致。8） 拨码开关S1选择码型为RZ码（00010000）、BPH码（00001000）重复上述步骤。9） 实验结束关闭电源。2、 AMI，HDB3码编解码电路观测1) 通过模块6上的拨码开关S1选择码型为AMI码，即“01000000”。2) 将信号源S4、S5拨到“1100”，S1、S2、S3分别设为“01110010”“00011000”“01000011”。3) 对照下表完成实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：NRZ（8K）模块6：NRZIN8KNRZ码基带传输信号输

51、入信号源：CLK2（8K）模块6：BS提供编译码位时钟模块6：HDB3/AMI-OUT 模块7：输入锁相环法同步提取输入模块7：位同步输出模块6：BSR提取的位同步输入模块6：DOUT1模块6：IN-A电平变换A路编码输入模块6：DOUT2模块6：IN-B电平变换B路编码输入模块6：HDB3/AMI-OUT模块6：HDB3/AMI-IN电平反变换输入模块6：OUT-A模块6：DIN1电平反变换A路编码输出模块6：OUT-B模块6：DIN2电平反变换B路编码输出* 检查连线是否正确，检查无误后打开电源4) 模块7的S2设置为“1000”。5) 分别用双踪示波器观测“DOUT1”，“DOUT2”，“HDB3/AMI-OUT”三点的波形。6) 用双踪示波器观测“OUT-A”，“OU