通信原理课程设计指导书

1、通信原理课程设计指导书信息技术学院王雪2010年8月金 陵 科 技 学 院通信原理课程设计指导书课程编号： 05181001 课程设计名称： 基带信号产生与码型变换适用专业、年级：09通信工程/09电子信息工程 学分：1 学时数：20一、 课程设计的目的、要求 基于CPLD的信号产生与码型变换课程设计是针对学习数字电路课程及学VHDL硬件描述语言后进行综合训练的课程，其目的是让学生通过实际的硬件去验证所编写程序的正确性，同时了解整个开发流程。 进一步加深对所学基础知识的理解，培养和提高学生自学能力、实践动手能力和分析解决实际问题的能力。利用VHDL语言编程，在FPGA芯片上，设计产生各种基带信

2、号，并能实现常用码型变换：相对码与绝对码、单极性归零、双极性归零、双极性不归零、CMI、曼彻斯特、密勒、PST。二、 课程设计的原理（一）.基带信号产生编程介绍1本课题硬件采用CPLD可编程模块（基带数据发生与码型变换模块），用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和基带信号及完成各种码型变换实验。它主要由ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240组成。晶振用来产生16.384MHz系统内的主时钟，送给CPLD芯片生成各种时钟和数字信号。2基带信号产生是指通过对CPLD进行编程产生后续实验需要的，不同码元速率，不同类型的数字信号，为方便码元读取，同时要求数字信号有对应的时钟输出。基于基带数据

3、产生与码型变换模块，可以实现多种速率多种类型的信号，比如2k或32k的15位M序列，2k或32k的31位M序列，根据8位拨码开关设置的64k基地数据等。（二）.M序列的产生原理1.m序列是最长线性反馈移存器序列的简称，是伪随机序列的一种。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。m序列在一定的周期内具有自相关特性。它的自相关特性和白噪声的自相关特性相似。虽然它是预先可知的，但性质上和随机序列具有相同的性质。比如：序列中“0”码与“1”码等抵及具有单峰自相关函数特性等。2.m序列是由带线性反馈的移存器产生的。结构如图：。图1 反馈移位寄存器的结构其中an-i为移位寄存器中每位寄存器的状态

4、，Ci为第i位寄存器的反馈系数。Ci1表示有反馈，Ci0表示无反馈。我们先给出一个m序列的例子。在图1中示出一个4级反馈移存器。若其初始状态为（a3, a2 , a1 , a0 ）=（1，0，0，0），则在移位一次时，由a3和a0模2相加产生新的输入a4=10=1新的状态变为（a4 , a3 , a2 , a1 ）=( 1, 1, 0, 0)这样移位15次后又回到初始状态（1，0，0，0），不难看出，若初始状态为全“0”，即“0，0，0，0”，则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应避免出现全“0”状态。不然移存器的状态将不会改变。因为4级移存器共有24=16种可能的不同

5、状态。除全“0”状态外，只剩15种状态可用。即由任何4级反馈移存器产生的序列的周期最长为15。我们常常希望用尽可能小的级数产生尽可能长的序列。由上例可见，一般说来，一个n级反馈移存器可能产生的最长周期等于（2n 1）。我们将这种最长的序列称为最长线性反馈移存器序列，简称m序列。C3 a0输出a1a2a3000111101011001001111010110010011110101100100111101011001000初始状态24 -1=15（个）图2 m序列的产生一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列，取决于它的反馈系数Ci (例如上图的C3)。对于m序列，Ci的取值必须按照一个本原多项式：

6、中的二进制系数来取值。n级移位寄存器可以产生的m序列个数由下式决定：其中(x)为欧拉函数，表示小于等于x并与x互质的正整数个数（包括1在内）。表1列出了部分m序列的反馈系数Ci，按照下表中的系数来构造移位寄存器，就能产生相应的m序列。表1 m序列的反馈系数表m序列的级数nm序列的周期P反馈系数Ci(八机制)37134152353145,67,75663103,147,1557127203,211,217,235,277,313,325,345,3678255435,453,537,543,545,551,703,74795111021,1055,1131,1157,1167,117510102

7、32011,2033,2157,2443,2745,32711120474005,4445,5023,5263,6211,736312409510123,11417,12515,13505,14127,1505313819220033,23261,24633,30741,32535,37505141638342103,51761,55753,60153,71147,674011532765100003,110013,120265,133663,142305（二）.码型变换的原理1在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：1）相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；2）便于从信号中

8、提取定时信息；3）信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；5）编译码设备要尽可能简单。2各种码型变换原理2.1单极性不归零码（NRZ码）单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。图3 单极性不归零码2.2双极性不归零码（BNRZ码）二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。图 4 双极性不归零码2.3单极性归零码（RZ码）单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元

9、脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。图 5 单极性归零码2.4双极性归零码（BRZ码）它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。图 6 双极性归零码 2.5曼彻斯特码曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。例如：消息代码： 1 1 0 0 1 0 1 1 0曼彻斯特码：10 10 01 01 10 01 10 10 01 曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都存

10、在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。图 7 曼彻斯特编码2.6 CMI码CMI码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则：1. “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示；2. “0”码固定的用“01”两位码表示。例如：消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0CMI码： 11 01 00 01 01 11 00 01 或： 00 01 11 01 01 00 11 01图 8 CMI码2.7 密勒码密勒码又称延迟调制码，它是曼彻斯特码的一种变形，编码规则：3. “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”

11、表示。4. “0”码有两种情况：单个“0”码时，在码元间隔内不出现电平跃变，且相邻码元的边界处也不跃变；连“0”时，在两个“0”码边界处出现电平跃变，即“00”与“11”交替。例如：消息代码：1 1 0 1 0 0 1 0密勒码： 10 10 00 01 11 00 01 11或： 01 01 11 10 00 11 10 00图 9 密勒编码2.8成对选择三进码（PST码）PST码是成对选择三进码，其编码过程是：先将二进制代码两两分组，然后再把每一码组编码成两个三进制码字（、0）。因为两个三进制数字共有9种状态，故可灵活的选择其中4种状态。表格 1列出了其中一种使用广泛的格式，编码时两个模式

12、交替变换。表格 1 PST码二进制代码模式模式0 0 0 10 0 1 0 0 01 1 PST码能够提供的定时分量，且无直流成分，编码过程也简单，在接收识别时需要提供“分组”信息，即需要建立帧同步，在接收识别时，因为在“分组”编码时不可能出现00、+和的情况，如果接收识别时，出现上述的情况，说明帧没有同步，需要重新建立帧同步。例如：消息代码：01 00 11 10 10 11 00 PST码： 0+ -+ +- -0 +0 +- -+ 或:： 0- -+ +- +0 -0 +- -+图 10 PST码三、 课程设计所用仪器 PC机（Quartus II编译软件）、基带信号产生与码型变换模块、

13、示波器、CPLD下载线、若干导线。四、 课程设计主要内容1.可编程逻辑器件CPLD的了解2基带信号产生实验基于基带信号产生与码型变换模块产生几个种类的基带信号，通过不同设置的拨码开关，分别输出产生的几种基带信号。例如：-4SW02工作模式-000002k-15位M序列-0000132k-15位M序列-000102k-31位M序列-0001132k-31位M序列-其它64k拨码开关设置数据其中：-4P01-产生基带数据； -4P02-输出基带数据时钟； -4SW01(8bit基带数据)-设置64K输出数据。3.码型变换实验基于基带信号产生与码型变换模块产生多种码型变换，通过不同设置拨码开关，分别

14、输出产生的几种码型变换。例如：-4SW02工作模式-10000双极性不归零码-10001单极性归零码-10010双极性归零码-10011曼彻斯特码-10100CMI码-10101米勒码-10110PST码其中：-4P01(绝对码)-输出64k拨码开关设置的数据;-4P03(相对码)-输出4P01对应的相对码;-4SW01(8bit基带数据)-设置输出数据;-4SW02(参数设置)-设置工作方式;-4TP02(编码时钟)-128K编码时钟输出;-4P02(码元时钟)-基带数据输出时钟;本课程设计可按下列步骤完成课题： -4SW01(8bit基带数据)-设置64K输出数据。4.实验任务1 了解电路

15、图及实验原理；2 进行VHDL编程，仿真测试；3 下载到硬件进行验证。金 陵 科 技 学 院通信原理课程设计指导书课程编号： 05181001 课程设计名称：基于CPLD的线路码型的设计适用专业、年级：09通信工程/09电子信息工程 学分：1 学时数：20一、课程设计的目的、要求 基于CPLD的线路码型变换课程设计是针对学习数字电路课程及学VHDL硬件描述语言后进行综合训练的课程，其目的是让学生通过实际的硬件去验证所编写程序的正确性，同时了解整个开发流程。 进一步加深对所学基础知识的理解，培养和提高学生自学能力、实践动手能力和分析解决实际问题的能力。利用VHDL语言编程，在FPGA芯片上，设计

16、产生各种线路码型：AMI码、HDB3码、扰码的编译码。二、课程设计的原理（一）.线路码型开发模块介绍1本课题硬件采用CPLD可编程模块（线路码型开发模块），将前端送来的一定速率的信号进行变换，使其满足线路传输的需要，要求送来的信号具备基带数据和同步时钟。它主要由ALTERA公司的CPLD可编程器件EPM240组成，外围有电平转换的模拟电路。 2线路码型变换是指将输入的由0，1码元组成的基带数据，通过编码产生适合线路传输的线路码型，例如AMI码或HDB3码，在此壳体内，需要同时在内部实现信号的解码过程。（二）.AMI码编码原理介绍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（

17、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1B1T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，A

18、MI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。（三）.HDB3码编码原理介绍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

19、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

20、取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3HDB3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 1HDB3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

21、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。三、课程设计仪器 PC机（Quartus II编译软件）、线路码型开发模块、示波器、CPLD下载线、若干导线。四、课程设计内容本课程设计可按下列步骤完成课题：1 了解电路图及实验原理；2 进行VHDL编程，仿

22、真测试；3 下载到硬件进行验证。金 陵 科 技 学 院模拟电子技术课程设计指导书课程编号： 05181001 课程设计名称：基于软件无线电模块的DPSK调制解调器的设计适用专业、年级：09通信工程/09电子信息工程 学分：1 学时数：20一、课程设计的目的、要求 基于软件无线电模块的DPSK调制解调器的设计课程设计是针对通信原理课程对学生能力培养的要求进行综合训练性质的课程，其目的是让学生通过有关课题的设计，了解软件无线电的相关知识，并对DPSK有更深入的了解，进一步加深对所学基础知识的理解，培养和提高学生自学能力、实践动手能力和分析解决实际问题的能力。基于软件无线电模块，通过C语言编程完成基

23、带信号的DPSK调制和解调。也可通过对比模拟调制的DPSK和软件无线电调制的DPSK，深入了解现代调制解调的发展。二、课程设计的原理（一）.软件无线电调制解调模块介绍软件无线电调制和解调模块主要由TI公司的DSP芯片TMS320C5402和ALTERA公司的CPLD芯片EPM1270组成，这两个都是可编程芯片，大大增加了系统的灵活性，因此可基于软件无线电模块完成多种实验内容。本课题中没有要求对CPLD进行编程，CPLD中是已经写好的程序，因此对于开发者可以认为它只是DSP的外围器件即可。（二）.BPSK调制解调原理介绍BPSK的已调信号可以表示为：即发送二进制符号0时，取相位。显然载波的不同相位直接表示了相应的数字信息。BPSK的信号产生可以采用相乘器来实现。产生的方法以及波形如图1所示。图1 BPSK信