通信原理实验指导书.docx

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通信原理实验指导书

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目录

说明2

实验一码型变换——HDB3/AMI编译码与位同步提取3

实验二脉冲振幅（PAM）调制与解调系统实验10

实验三脉冲编码（PCM）调制与解调系统实验14

实验四数字调制20

实验五载波同步与锁相环30

实验六数字解调34

实验七数字通信系统综合实验41

说明

本学期通信原理A实验共开设六次实验，其中分别为：

（实验一）码型变换AMI/HDB3实验参见实验一指导书；（实验二）脉冲振幅（PAM）调制与解调系统实验参见实验二指导书；（实验三）脉冲编码（PCM）调制与解调系统实验参见实验三指导书；（实验四）移相键控PSK调制与解调实验参见实验四、五、六指导书；（实验五）移频键控FSK调制与解调系统设计参见实验四、五、六指导书；（实验六）数字通信系统综合实验参见实验七指导书。

其中设备分为两套，实验一、四、五使用实验室自己开发的实验电路模块，实验二、三、六使用实验室购置的JH5001型实验箱。

实验一码型变换——HDB3/AMI编译码与位同步提取

一、实验目的

1．了解二进制单极性码变换为HDB3/AMI码的编码规则，掌握其工作原理和实现方法。

2．掌握HDB3/AMI码的译码的原理及实现方法。

3．掌握HDB3码的位同步信号的提取方法。

4．根据测量和分析结果，画出电路关键节点的波形。

二、实验内容

1．用示波器观察单极性非归零码（NRZ码）、传号极性交替反转码（AMI码）、三阶高密度双极性码（HDB3码）以及HDB3码正、负极性波形。

2．用示波器观察从HDB3码中提取位同步信号的过程。

3．用示波器观察HDB3译码输出波形。

三、实验仪器

1．通原与高频信号实验箱一台

2．HDB3/AMI编译码与位同步提取单元模块一块

3．数字双踪示波器一台

4．频谱仪一台

5．连接线若干

四、实验原理

1．HDB3/AMI编译码规则

（1）AMI（AlternativeMarkInversion）码的全称是信号交替反转码，是通信编码中的一种，为极性交替翻转码，分别有一个高电平和低电平表示两个极性。

其编码规则为：

消息代码中的0为传输码中的0，消息代码中的1用传输码中的+1、-1交替表示。

例如：

消息代码：

1010100010111

AMI码：

+10-10+1000-10+1-1+1

而AMI码的解码规则很简单，从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。

（2）HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）码的全称是三阶高密度双极性码，事AMI码的一种改进型。

其编码规则如下：

先将信码变换为AMI码，再检查连零情况，将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”码；有偶数个信息“1”码（包括0个）时取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“-1”。

例如：

消息代码：

100001000011000011

HDB3码：

-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1

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。

因此，HDB3码是占空比为50%的双极性归零码。

HDB3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ITU-T推荐使用的码之一。

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的找到破坏点V，于是也断定V的符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有—1变成+1后便得到原消息代码。

设信息码为00000110000100000，则NRZ码HDB3码如图5-1所示。

图1-1NRZ、HDB3码型图

2．HDB3/AMI码编译码原理

该码型变换电路采用专用集成芯片CD22103对HDB3进行编译码，其第3脚接+5V时为HDB3编译码器，接地时为AMI编译码器。

（1）编码原理

HDB3/AMI码的编码原理框图如图1-2所示。

下面以HDB3为例阐述其编码原理。

图1-2HDB3/AMI编码方框图

编码时，输入NRZ码信号及编码时钟CTX，通过编码器输出两路并行信号TD+和TD-，它们都是半占空比的正脉冲信号，分别与HDB3码的正极性信号及负极性信号相对应。

由于TD+和TD-信号都是半占空比的正脉冲信号，要通过适当的单双变换电路转换，该系统中采用模拟开关74HC4052对这两路信号进行控制，将两路单极性信号作为控制信号轮流选通+5V和-5V，最后输出为双极性的HDB3码。

（2）译码原理及位同步提取

HDB3/AMI码的译码原理框图如图1-3所示。

仍以HDB3为例阐述其译码原理。

图1-3HDB3/AMI译码方框图

将HDB3码经过双单变换，可采用反相器电路，转换为译码所需的两路并行正脉冲信号RD+和RD-后送入译码器。

欲对HDB3信号译码得到NRZ信号，必须从HDB3信号中提取位同步信号作为译码时钟。

由于HDB3信号本身不含有位同步频率成分，故不能从HDB3信号中直接提取位同步。

双/单极性变换器及相加器构成一个整流器，HDB3经整流后得到的HDB3-D信号含有位同步信号频率离散谱。

经选频网络二次选频之后，可得到与发送时钟同频率的正弦波信号，再经限幅、整形放大后可得到译码所需的位同步信号BS。

在CD22103中，全波整流的过程已经集成在芯片内部，芯片的第10管脚输出便是HDB3-D信号，只需将此输出进行选频等后续处理即可提取出位同步信号BS。

译码时，将位同步信号BS（接收时钟CRX）、HDB3码变换成的两路单极性信号RD+和RD-分别送到CD22103的第5、第13、第11脚，即可得到译码输出NRZ信号。

3．芯片介绍

CD22103的引脚及内部框图如图1-4所示，详细说明如下：

图1-4CD22103的引脚及内部框图

PIN1：

NRZ-IN编码器NRZ信号输入端；

PIN2：

CTX编码时钟输入端；

PIN3：

AMI/HDB3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；

PIN4：

NRZ-OUTHDB3译码后信码输出端；

PIN5：

CRX译码时钟（位同步信号）输入端；

PIN6：

RAIS告警指示信号（AIS）检测电路复位端，负脉冲有效；

PIN7：

AISAIS信号输出端，有AIS信号为高电平，无AIS信号为低电平；

PIN8：

VSS接地端；

PIN9：

ERR不符合HDB3/AMI码编码规则的误码脉冲输出端；

PIN10：

CKRHDB3码的汇总输出端；

PIN11：

-HDB3-INHDB3译码器负码输入端；

PIN12：

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；

PIN13：

+HDB3-INHDB3译码器正码输入端；

PIN14：

-HDB3-OUTHDB3编码器负码输出端；

PIN15：

+HDB3-OUTHDB3编码器正码输出端；

PIN16：

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50Kbps~10Mbps。

两部分功能简述如下。

发送部分：

当AMI/HDB3端接高电平时，编码电路在编码时钟CTX上升沿的作用下，将NRZ码编成HDB3码（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT两路输出）；接低电平时，编成AMI码。

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。

（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检测，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，可用此进行误码计算。

（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（500）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．信号源单元

本单元实验中需要用到时钟信号与NRZ码信号。

（1）考虑CD22103的工作速率，选用时钟信号为256KHz方波，电路原理框图如图1-5所示。

图1-5时钟信号方框图

选用十四位二进制异步计数器74HC4060实现，由其内部的与非门与4.096MHz晶体组成方波振荡器。

同时74HC4060内部可以进行十四位二分频，最多可以对信号频率进行除以（214=16384）的处理。

将振荡器产生的4.096MHz方波信号进行16分频后就可得到需要的256KHz的时钟信号。

（2）NRZ码为7/15位m序列。

其原理框图如图1-6所示。

图1-6NRZ码原理方框图

由开关选择m序列的周期长度，若取本原多项式f（x）=1+x+x4，则长度为15位，代码为111101*********；若取本原多项式f（x）=1+x+x3，则长度为7位，代码为1110100。

实际电路由串入并出移位寄存器74HC164和异或门74HC86实现，而其所需时钟信号则由前面图1-5中的256KHz信号提供。

五、实验步骤

本实验使用HDB3/AMI编译码与位同步提取单元模块和通原与高频信号实验箱。

模块由虚线划分为左右两块，左边单元为HDB3/AMI编译码与位同步提取实验电路单元（以下简称HDB3电路），右边为信号源电路单元，包括时钟信号产生电路与NRZ码产生电路。

1．模块单元插于实验箱中，接好电源线，打开实验箱电源开关，对应的红、绿发光二极管发光，实验模块开始正常工作。

2．实验中的编码时钟信号与NRZ码由模块右边的信号源单元产生，其码速率为256KHz。

用连接线将时钟信号产生电路中的“SQ256KHz”点与NRZ码产生电路中的“CLK-IN”点相连，用示波器分别观察“CLK-IN”点与“NRZ-OUT”点的波形，以时钟信号为基准读取NRZ码的码元，若无输出可按一下按键“S1”施加一个初始状态的高电平激发从而获得正常的m序列信号，通过改变开关“J3”的短接状态可改变m序列的长度。

3．信号源单元中的“SQ256KHz”点与实验单元的“CTX”点相连，信号源单元中的“NRZ-OUT”点与实验单元的“NRZ-IN”点相连。

4．用示波器和频谱仪观察HDB3/AMI编译码与位同步提取单元中各点的波形。

改变开关“J1”的短接状态可改变编译码类型，短接左边为HDB3编译码，短接右边为AMI编译码。

1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接“CTX”、“NRZ-IN”点，分别观察两点的时域波形，改变开关“J3”的短接状态，读出时钟速率及不同长度的NRZ码型；用频谱仪测出NRZ码的频谱及带宽。

2）示波器的两个探头CH1和CH2分别接“TD+”、“TD-”点，观察HDB3/AMI编码的两路极性信号输出（编码正极性信号和负极性信号）。

熟悉CD22103芯片内部的编码工作原理。

3）示波器的探头CH1和CH2分别接“NRZ-IN”、“HDB3/AMI”点，观察HDB3/AMI编码的汇总输出信号（汇总输出信号是