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实验
实验一PCM编译码器系统
一、实验原理和电路说明
PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码,该模块采用MC145540集成电路完成PCM编译码功能。
该器件具有多种工作模式和功能,因此工作前将其配置成直接PCM模式(直接将PCM码进行打包传输),使其具有以下功能:
1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出。
2、将输入的PCM码字进行译码(即通话对方的PCM码字),并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。
PCM编译码模块的电路框图见图1所示。
PCM编译码器模块电路主要由语音编译码集成电路U302(MC145540)、运放U301(TL082)、晶振U303(20.48MHz)及相应的跳线开关、电位器组成。
PCM编译码模块的电路原理图见图2所示。
电路工作原理如下:
PCM编译码模块中,由收、发两个支路组成。
在发送支路上发送信号经U301A运放后放大后,送入U302的2脚进行PCM编码。
编码输入时钟为BCLK(256KHz),编码数据从U302的20脚输出(ADPCM_DT),FSX为编码抽样时钟(8KHz)。
编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理,或直接送到对方PCM译码单元。
在接收支路中,收数据是来自解数据复接模块的信号(ADPCM_DR),或是直接来本地自环测试用PCM编码数据(ADPCM_DT),在接收帧同步时钟FSX(8KHz)与接收输入时钟BCLK(256KHz)的共同作用下,将接收数据送入U302中进行PCM译码。
译码之后的模拟信号经运放U301B放大缓冲输出,送到用户接口模块中。
PCM编译码模块中的各跳线功能如下:
1、跳线开关K301是用于选择输入信号,当K301置于N(正常)位置时,选择来自
用户接口单元的话音信号;当K301置于T(测试)位置时选择测试信号输入,测试信号从J003模拟测试信号端口输入,该测试信号主要用于测试PCM的编译码特性。
2、跳线器K302用于设置发送通道的增益选择,当K302置于N(正常)位置时,选择系统平台缺省的增益设置;当K302置于T(调试)位置时可将通过调整电位器W301设置发通道的增益。
3、跳线器K304用于设置PCM译码器的输入数据信号选择,当K304置于1_2(左端)时处于正常状态,解码数据来自解数据复接模块的信号;当K304置于2_3(右端)时,PCM单元将处于自环状态。
4、跳线器K303用于设置接收通道增益选择,当K303置于N(正常)时,选择系统平台缺省的增益设置;当K303置于T(调试)时将通过调整电位器W302改变收通道的增益。
图2PCM模块电原理图
在该模块中,各测试点的定义如下:
1、TP301:
发送模拟信号测试点
2、TP302:
PCM发送码字
3、TP303:
PCM编码器输入/输出时钟
4、TP304:
PCM编码抽样时钟
5、TP305:
PCM接收码字
6、TP306:
接收模拟信号测试点
二、实验仪器
1、JH5002型光纤通信原理综合实验系统一台
2、DA5062C100M数字存储示波器一台
3、SP1631A函数信号发生器一台
4、电话机一台
三、实验目的
1、了解语音编码的工作原理,验证PCM编译码原理;
2、熟悉PCM抽样时钟、编和输入码数据/输之出时钟间的关系;
3、了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用;
四、实验内容
(一)PCM编码器
1.输出时钟和帧同步时隙信号观测
用示波器同时观测抽样时钟信号(TP304)和输出时钟信号(TP303),观测时以TP304做同步。
分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系(同步沿、脉冲宽度等)。
2.抽样时钟信号与PCM编码数据测量
方法一:
将跳线开关K301设置在T位置,用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J003,另一端接地。
用示波器同时观测抽样时钟信号(TP304)和编码输出数据信号端口(TP302),观测时以TP304做同步。
分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号(同步沿、脉冲宽度)及输出时钟的对应关系。
(1)用示波器同时观测抽样时钟信号(TP304)和编码输出数据信号端口(TP302),观测时以TP304做同步。
分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。
(2)将发通道增益选择开关K302设置在T位置(右端),通过调整电位器W301改变发通道的信号电平。
用示波器观测编码输出数据信号(TP302)随输入信号电平变化的关系。
(二)PCM译码器
将跳线开关K301设置在T位置(右端)、K304设置在自环位置2_3(右端)。
此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器,构成自环。
用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J003,另一端接地。
1.PCM译码器输出模拟信号观测
(1)用示波器同时观测解码器输出信号端口(TP306)和编码器输入信号端口(TP301),观测信号时以TP301做同步。
定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
(2)将测试信号频率固定在1000Hz,改变测试信号电平,定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
观测信噪比随输入信号电平变化的相关关系。
将测试信号电平固定在2Vp-p,调整测试信号频率,定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
观测信噪比与输入信号频率变化的相关关系。
五、实验报告
1、整理实验数据,画出相应的曲线和波形。
六、结果讨论
1.请分析256KHz、8KHz、1024KHz之间有什么关系?
实验七BPSK传输
实验目的:
1.掌握BPSK相干解调原理
2.掌握时分复用BPSK通信系统的基本原理及数字信号的传输过程.
实验原理:
可用相干解调或差分相干解调法(相位比较法)解调2DPSK信号。
在相位比较法中,
要求载波频率为码速率的整数倍,当此关系不能满足时只能用相干解调法。
本实验系统
中,2DPSK载波频率等码速率的13倍,两种解调方法都可用。
实际工程中相干解调法用
得最多。
图1BPSK相干解调
本实验采用相干解调法解调BPSK信号。
2DPSK模块内部使用+5v、+12V~-12V电压。
BPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点:
.MU相乘器输出信号测试点
.LPF低通、运放输出信号测试点
.Vc比较器比较电压测试点
.CM比较器输出信号的输出点/测试点
.BK解调输出相对码测试点
.AK—OUT解调输出绝对码的输出点/测试点(3个)
.BS—IN位同步信号输入点
BPSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件的对应关系如下:
.相乘器U29:
模拟乘法器MCl496
·低通滤波器R31:
C2
.运放U30:
运算放大器UA741
·比较器U31:
比较器LM710
.抽样器U32:
A:
双D触发器7474
.码反变换器U32:
B:
双D触发器7474;U33:
A:
异或门7486
下面对BPSK相干解调电路中的一些具体问题加以说明。
.MU波形接近图2所示的理论波形,但略有区别(电位器R26可以微调相乘器的输出波形)。
·信源是周期为24bit的周期信号,当24bit的相对码BK中“l”码和“0”码个
数不相等时,相乘器U29的输出信号均值不等于O,此信号经电容C16隔直、低通滤波、反相放大器放大后得到的L,PF信号就是一个均值为O但正负不对称的信号。
在实际的
BPSK通信系统中,抽样判决器输入信号是一个均值为O且正负对称的信号,因此最佳判决电平为0。
本实验系统中,Vc决定判决电平。
当Vc=O而相对码BK中“l”码和“0”码个数差别太大时,会出现误判决,即解调器出现误码。
因为此时L,PF信号的正电平或负电平非常接近0电平,抽样脉冲(位同步信号)稍不理想就会造成误码。
电位器R39用来调节判决电平,当BK中“1”码与“O”码个数差别比较大时应调节R39使vc等于LPF信号的中值(最佳判决门限)。
实际通信系统中的BSK相干解调器(或差分相干解调器)不需要调节判决电平。
·比较器的输出CM为TTL电平信号,它不能作为相对码直接送给码反变器,因为它并不是一个标准的单极性非归零码,其单个“l”码对应的正脉冲的宽度可能小于码元宽度、也可能大于码元宽度。
另外,当L,PF中有噪声时,CM中还会出现噪声脉冲。
·异或门74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有小的干扰信号,经U34整形后即可去掉。
BPSK相干解调器模块各点波形示意图如图3所示。
图中设相干载波为π相。
图3BPSK相干解调示意图
本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、BPSK解调单元及FSK
解调单元,它们之间的信号连结方式如图4所示,其中实线是指己在电路板上布好的,虚线是实验中要连接的。
实际通信系统中,解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。
本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。
在做BPSK
解调实验时,位同步信号送给BPSK解调单元,做FSK解调实验时则送到FSK解调单元。
图4
实验步骤:
1.复习前面实验的内容并熟悉BPSK解调单元及FSK解调单元的工作原理,检查
电源无误后接通实验板电源。
2.检查数字信源模块、数字调制模块及载波同步模块是否工作正常,使载波同步
模块提取的相干载波CAR—OUT与BPSK信号的载波CAR同相(或反相)。
3.BPSK解调实验
(1)将数字信源单元的BS—OUT连接到BPSK解调单元的BS—IN点,以信源单元的Fs信号作为示波器外同步信号,将示波器的CHl接数字调制单元的BK,CH2(请用衰减X10探头)接BPSK解调单元的MU。
MU与BK同相或反相,其波形应接近图3所示的理论波形。
(2)示波器的CH2接BPSK解调单元的LPF,可看到LPF与MU同相。
当一帧内BK由“l”码“O”码个数相同时,LPF的正、负极性信号电平与0电平对称,否则不对称。
(3)示波器的CHl接Vc,调节电位器R39。
,使Vc为LPF的中值(当BK中“l”与“0”等概时LPF的中值为0电平),此即为抽样判决器的最佳门限。
(4)观察数字调制单元的BK与BPSK解调单元的MU、L,PF、BK之间的关系,再观察数字调制单元中AK信号与BPSK解调单元的MU、LPF、BK、AK—OUT信号之间的关系。
(5)断开、接通电源若干次,使CAR信号与CAR_OUT信号的相位关系出现跳变,
重新进行步骤(4)中的观察。
结果讨论:
总结BPSK克服相位模糊现象的机理。
实验八FSK传输系统
实验目的:
1.掌握FSK过零检测解调原理。
2.学会用示波器观察FSK过零检测解调器各点波形
基本原理:
本实验采用过零检测法解调FSK信号。
图1.FSK过零检测
FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点:
.FDFSK过零检测输出信号测试点
.LPF低通滤波器输出点/测试点
.CM整形输出输出点/测试点
.BS—IN位同步信号输入点
.AK—OUT解调输出信号的输出点/测试点(3个)
FSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件对应关系如下:
.整形lU34:
A:
反相器74HC04
·单稳1、单稳2U35:
单稳态触发器74123
·相加器U36:
或门7432
.低通滤波器U37:
运算放大器LM318;若干电阻、电容
·整形2U34:
B:
反相器74HC04
·抽样器U38:
A:
双D触发器7474
在实际应用的通信系统中,解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信
道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。
本实验系统中为简化实验设备,
发端即数字调制的输出端没有带通滤波器、信道是理想的,故解调器输入端就没加带通
滤波器。
·单稳1、单稳2分别被设置为上升沿触发和下降沿触发,它们与相加器一起共同
对TTL电平的FSK信号进行微分、整流处理。
电位器R43和R44决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度(应基本相等)。
.R48可以调节滤波器的频率特性及LPF信号幅度,LPF不是TTL电平信号且不是标准的非归零码,必须进行抽样判决处理。
u34对抽样判决输出信号进行整形。
图2FSK过零检测解调器各点波形示意图
实验步骤:
本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、BPSK解调单元及FSK
解调单元,它们之间的信号连结方式如图3所示,其中实线是指己在电路板上布好的,虚线是实验中要连接的。
实际通信系统中,解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。
本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。
位同步信号送给FSK解调单元。
图3系统连接图
将数字信源单元的BS—out接到FSK解调单元的BS—IN点,示波器探头CHl接数字调制单元的AK,CH2分别接FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK—OUT,观察2FSK过零硷测解调器的解调过程(注意:
低通及整形2都有倒相作用)。
LPF的波形应接近图2所示的理论波形,若相差较大可微调节电位器R48
结果讨论:
当信息码是1001101,试画出FSK波形。
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