哈工程通信原理

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1、 實驗一 數(shù)字基帶信號 一、 實驗?zāi)康? 1、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號波形特點。 2、掌握AMI、HDB3碼的編碼規(guī)則。 3、掌握從HDB3碼信號中提取位同步信號的方法。 4、掌握集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。 5、了解HDB3（AMI)編譯碼集成電路CD22103。 二、 實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ)、傳號交替反轉(zhuǎn)碼（AMI)、三階高密度雙極性碼（HDB3）、整流后的AMI碼及整流后的HDB3碼。 2、用示波器觀察從HDB3碼中和從AMI碼中

2、提取位同步信號的電路中有關(guān)波形。 3、用示波器觀察HDB3、AMI譯碼輸出波形. 三、 基本原理 本實驗使用數(shù)字信源模塊和HDB3編譯碼模塊. 1、數(shù)字信源 本模塊是整個實驗系統(tǒng)的發(fā)終端,模塊內(nèi)部只使用+5V電壓，其原理方框圖如圖1—1所示，電原理圖如圖1—3所示（見附錄）。本單元產(chǎn)生NRZ信號，信號碼速率約為170。5KB，幀結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。幀長為24位，其中首位無定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010),另外16位為2路數(shù)據(jù)信號，每路8位。此NRZ信號為集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號，實驗電路中數(shù)據(jù)碼用紅色發(fā)光二極管指示,幀同步

3、碼及無定義位用綠色發(fā)光二極管指示。發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼,熄狀態(tài)表示0碼。 本模塊有以下測試點及輸入輸出點： · CLK 晶振信號測試點 · BS-OUT 信源位同步信號輸出點/測試點（2個） · FS 信源幀同步信號輸出點/測試點 · NRZ—OUT(AK） NRZ信號(絕對碼）輸出點/測試點（4個） 圖1—1中各單元與電路板上元器件對應(yīng)關(guān)系如下： · 晶振 CRY:晶體；U1:反相器7404 · 分頻器 U2：計數(shù)器74161；U3:計數(shù)器74193;U4:計數(shù)器4016

4、0 · 并行碼產(chǎn)生器 K1、K2、K3:8位手動開關(guān)，從左到右依次與幀同步碼、數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2相對應(yīng)；發(fā)光二極管：左起分別與一幀中的24位代碼相對應(yīng) · 八選一 U5、U6、U7:8位數(shù)據(jù)選擇器4512 · 三選一 U8：8位數(shù)據(jù)選擇器4512 · 倒相器 U20：非門74HC04 · 抽樣 U9:D觸發(fā)器74HC74 圖1—1 數(shù)字信源方框圖 圖1—2 幀結(jié)構(gòu) 下面對分頻器，八選一及三選一等單元作進(jìn)一步說明。 （1）分頻器 74161進(jìn)行13分頻,輸出信號頻率為341kH

5、z.74161是一個4位二進(jìn)制加計數(shù)器，預(yù)置在3狀態(tài)。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16運(yùn)算，輸出BS、S1、S2、S3等4個信號。BS為位同步信號，頻率為170.5kHz.S1、S2、S3為3個選通信號，頻率分別為BS信號頻率的1/2、1/4和1/8。74193是一個4位二進(jìn)制加/減計數(shù)器,當(dāng)CPD= PL =1、MR=0時，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分別輸出上述4個信號。 40160是一個二一十進(jìn)制加計數(shù)器,預(yù)置在7狀態(tài)，完成÷3運(yùn)算，在Q0和Q1端分別輸出選通信號S4、S5，這兩個信號的頻率相等、等于S3信號頻率的1/3。 分頻器輸出的S1、S2、S

6、3、S4、S5等5個信號的波形如圖1—4（a）和1—4（b)所示。 （2）八選一 采用8路數(shù)據(jù)選擇器4512，它內(nèi)含了8路傳輸數(shù)據(jù)開關(guān)、地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動器,其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信號輸入端A、B、C并連在一起并分別接S1、S2、S3信號，它們的8個數(shù)據(jù)信號輸入端x0 ~ x7分別K1、K2、K3輸出的8 個并行信號連接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7輸出信號都是碼速率為170。5KB、以8位為周期的串行信號。 （3）三選一 三選一電路原理同八選一電路原理.S4、S5信號分別輸入到U8的地址端A和B，U5、U6、U7輸出的3路串

7、行信號分別輸入到U8的數(shù)據(jù)端x3、x0、x1，U8的輸出端即是一個碼速率為170。5KB的2路時分復(fù)用信號，此信號為單極性不歸零信號（NRZ）. 圖1-3 分頻器輸出信號波形 （4）倒相與抽樣 圖1—1中的NRZ信號的脈沖上升沿或下降沿比BS信號的下降沿稍有點遲后。在實 驗二的數(shù)字調(diào)制單元中,有一個將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa的電路，要求輸入的絕對碼信號的上升沿及下降沿與輸入的位同步信號的上升沿對齊，而這兩個信號由數(shù)字信源提供。倒相與抽樣電路就是為了滿足這一要求而設(shè)計的,它們使NRZ-OUT及BS—OUT信號滿足碼變換電路的要求。 表1-1 4512真值

8、表 C B A INH DIS Z 0 0 0 0 0 x0 0 0 1 0 0 x1 0 1 0 0 0 x2 0 1 1 0 0 x3 1 0 0 0 0 x4 1 0 1 0 0 x5 1 1 0 0 0 x6 1 1 1 0 0 x7 Φ Φ Φ 1 0 0 Φ Φ Φ Φ 1 高阻 FS信號可用作示波器的外同步信號，以便觀察2DPSK等信號。 FS信號、NRZ-OUT信號之間的相位關(guān)系如圖1—5所示，圖中NRZ-OUT的無定義位為0,幀同

9、步碼為1110010,數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號時間，其上升沿比NRZ—OUT碼第一位起始時間超前一個碼元. 圖1—4 FS、NRZ-OUT波形 2。 HDB3編譯碼 原理框圖如圖1—6所示。本模塊內(nèi)部使用+5V和—5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7905變換得到. 本單元有以下信號測試點： · NRZ 譯碼器輸出信號 · BS-R 鎖相環(huán)輸出的位同步信號 ·（AMI）HDB3 編碼器輸出信號 · BPF 帶通

10、濾波器輸出信號 · DET （AMI)HDB3整流輸出信號 圖1—5 HDB3編譯碼方框圖 本模塊上的開關(guān)K4用于選擇碼型，K4位于左邊A(AMI端）選擇AMI碼，位于右邊H（HDB3端)選擇HDB3碼。 圖1—6中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下： · HDB3編譯碼器 U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A · 單/雙極性變換器 U11:模擬開關(guān)4052 · 雙/單極性變換器 U12：非門74HC04 · 相加器 U17：或門74LS32 · 帶通濾波器

11、 U13、U14：運(yùn)放UA741 · 限幅放大器 U15：運(yùn)放LM318 · 鎖相環(huán) U16：集成鎖相環(huán)CD4046 信源部分的分頻器、三選一、倒相器、抽樣以及（AMI）HDB3編譯碼專用集成芯片CD22103等電路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，說明見附錄四。 下面簡單介紹AMI、HDB3碼編碼規(guī)律。 AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或—1，1的符號交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關(guān)系是τ=0

12、。5TS. HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替,當(dāng)兩個相鄰V碼中間有奇數(shù)個信息1碼時取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個信息1碼（包括0個信息1碼)時取代節(jié)為B00V,其它的信息0碼仍為0碼;信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹柕?碼即+1或—1；HDB3碼中1、B的符號符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號破壞這種符號交替反轉(zhuǎn)原則,但相鄰V碼的符號又是交替反轉(zhuǎn)的；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。 設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0,則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖1—8所示. 分析表明,AMI碼及HDB3碼的功率譜如圖1-9所示，它不含有離散譜

13、fS成份（fS =1/TS，等于位同步信號頻率）。在通信的終端需將它們譯碼為NRZ碼才能送給數(shù)字終端機(jī)或數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。在做譯碼時必須提供位同步信號。工程上，一般將AMI或HDB3碼數(shù)字信號進(jìn)行整流處理，得到占空比為0。5的單極性歸零碼（RZ|τ=0。5TS）。這種信號的功率譜也在圖1-9中給出。由于整流后的AMI、HDB3碼中含有離散譜fS ，故可用一個窄帶濾波器得到頻率為fS的正弦波，整形處理后即可得到位同步信號。 圖1-6 NRZ、AMI、HDB3關(guān)系圖 圖1—7 AMI、HDB3、RZ|τ=0。5TS頻譜 可以用CD22103集成電路進(jìn)行AMI或

14、HDB3編譯碼。當(dāng)它的第3腳（HDB3/ AMI)接+5V時為HDB3編譯碼器，接地時為AMI編譯碼器。編碼時，需輸入NRZ碼及位同步信號，它們來自數(shù)字信源單元,已在電路板上連好。CD22103編碼輸出兩路并行信號+H-OUT和—H-OUT，它們都是半占空比的正脈沖信號,分別與AMI或HDB3碼的正極性信號及負(fù)極性信號相對應(yīng)。這兩路信號經(jīng)單/雙極性變換后得到AMI碼或HDB3。 雙/單極性變換及相加器構(gòu)成一個整流器。整流后的DET信號含有位同步信號頻率離散譜.本單元中帶通濾波器實際是一個正反饋放大器。當(dāng)無輸入信號時,它工作在自激狀態(tài);而輸入信號將放大器的自激信號頻率向碼速率方向牽引。

15、它的輸出BPF是一個幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)周期信號.對此信號進(jìn)行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號，但仍不能將此信號作為譯碼器的位同步信號，需作進(jìn)一步處理。當(dāng)鎖相環(huán)的自然諧振頻率足夠小時，對輸入的電壓信號可等效為窄帶帶通濾波器（關(guān)于鎖相環(huán)的基本原理將在實驗三中介紹)。本單元中采用電荷泵鎖相環(huán)構(gòu)成一個Q值約為35的的窄帶帶通濾波器,它可以輸出一個符合譯碼器要求的位同步信號BS—R。 譯碼時，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號分別送到CD22103的第11、第13腳,此任務(wù)由雙/單變換電路來完成. 當(dāng)信息代碼連0個數(shù)太多時，從AMI碼中較難于提取穩(wěn)定的位同步

16、信號，而HDB3中連0個數(shù)最多為3，這對提取高質(zhì)量的位同信號是有利的。這也是HDB3碼優(yōu)于AMI碼之處。HDB3碼及經(jīng)過隨機(jī)化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設(shè)備中。 在實用的HDB3編譯碼電路中，發(fā)端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動門限控制和整流電路完成,本實驗?zāi)康氖钦莆誋DB3編碼規(guī)則，及位同步提取方法，故對極性變換電路作了簡化處理，不一定符合實用要求. CD22103的引腳及內(nèi)部框圖如圖1-10所示，詳細(xì)說明如下: 圖1-8 CD22103的引腳及內(nèi)部框圖 （1）NRZ-IN 編碼器NRZ信號輸入

17、端; （2）CTX 編碼時鐘(位同步信號）輸入端； (3)HDB3/ AMI 碼型選擇端:接TTL高電平時，選擇HDB3碼；接TTL低電平時，選擇AMI碼； （4)NRZ—OUT HDB3譯碼后信碼輸出端； （5)CRX 譯碼時鐘（位同步信號）輸入端; （6）RAIS 告警指示信號（AIS）檢測電路復(fù)位端，負(fù)脈沖有效; （7)AIS AIS信號輸出端，有AIS信號為高電平，無ALS信號時為低電平； （8）VSS 接地端； (9）ERR 不符合HDB3/AMI編碼規(guī)則的誤碼脈沖輸出端; (10）CKR HDB3碼的

18、匯總輸出端； （11）+HDB3-IN HDB3譯碼器正碼輸入端； （12）LTF HDB3譯碼內(nèi)部環(huán)回控制端,接高電平時為環(huán)回，接低電平時為正常； (13）—HDB3-IN HDB3譯碼器負(fù)碼輸入端； （14）-HDB3—OUT HDB3編碼器負(fù)碼輸出端； （15）+HDB3-OUT HDB3編碼器正碼輸出端； （16）VDD 接電源端（+5V） CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s~10Mb/s.兩部分功能簡述如下。 發(fā)送部分： 當(dāng)HDB3/ AMI 端接高電平時，編碼電路

19、在編碼時鐘CTX下降沿的作用下，將NRZ碼編成HDB3碼（+HDB3-OUT、—HDB3-OUT兩路輸出）;接低電平時，編成AMI碼.編碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期。 接收部分： (1）在譯碼時鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼(或AMI碼)譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期. （2）HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CKR端輸出，供時鐘提取等外部電路使用； （3）可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測，檢測出的誤碼脈沖從ERR端輸出,其脈寬等于收時鐘的一個周期，可用此進(jìn)行誤碼計數(shù)。 （4）可檢測出所接收的AIS碼，檢測周期由外部RAIS決定。

20、據(jù)CCITT規(guī)定，在RAIS信號的一個周期(500s）內(nèi)，若接收信號中“0”碼個數(shù)少于3，則AIS端輸出高電平，使系統(tǒng)告警電路輸出相應(yīng)的告警信號，若接收信號中“0”碼個數(shù)不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號正常. (5)具有環(huán)回功能 四、 實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元。 1、 熟悉數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，打開電源開關(guān). 2、 用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號波形。 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號，示波器探頭的地端接在實驗板任何位置的GND點均可，進(jìn)行下列觀察： （1）示波器

21、的兩個通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS—OUT，對照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對應(yīng)的發(fā)光管亮,0碼對應(yīng)的發(fā)光管熄）； （2)用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼）,K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復(fù)用信號幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點. 3、 用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。 仍用信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號。 (1）示波器的兩個探頭CH1和CH2分別接信源單元的NRZ-OUT和HDB3單元的AMI—HDB3,將信源單元的K1、K2、K3每一位

22、都置1，觀察全1碼對應(yīng)的AMI碼（開關(guān)K4置于左方AMI端)波形和HDB3碼（開關(guān)K4置于右方HDB3端)波形.再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼.觀察時應(yīng)注意AMI、HDB3碼的碼元都是占空比為0.5的雙極性歸零矩形脈沖。編碼輸出AMI-HDB3比信源輸入NRZ-OUT延遲了4個碼元。 （2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。 (3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置左方（AMI)端再置右方(HDB3）端，CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3

23、單元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號波形。觀察時應(yīng)注意： · HDB3單元的NRZ信號（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ—OUT信號（編碼輸入）8個碼元。 · DET是占空比等于0。5的單極性歸零碼。 · BPF信號是一個幅度和周期都不恒定的準(zhǔn)正弦信號，BS-R是一個周期基本恒定（等于一個碼元周期）的TTL電平信號。 · 信源代碼連0個數(shù)越多,越難于從AMI碼中提取位同步信號（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實現(xiàn))，而HDB3碼則不存在這種問題.本實驗中若24位信源代碼中連零很多時，則難以從AMI碼中得到一個符合要求的穩(wěn)定的位同

24、步信號，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實驗系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同.一般將信源代碼置成只有1個“1”碼的狀態(tài)來觀察譯碼輸出)。若24位信源代碼全為“0"碼，則更不可能從AMI信號（亦是全0信號）得到正確的位同步信號. 五、 實驗報告要求 1。 根據(jù)實驗觀察和紀(jì)錄回答： （1）不歸零碼和歸零碼的特點是什么? （2)與信源代碼中的“1"碼相對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？ 答: 1）不歸零碼特點：脈沖寬度 t 等于碼元寬度Ts 歸零碼特點：t ＜Ts 2）與信源代碼中的“1”碼對應(yīng)的AMI碼及HDB3碼不一定相同。因信源代

25、碼中的“1”碼對應(yīng)的AMI碼“1”、“—1”相間出現(xiàn),而HDB3碼中的“1”，“-1”不但與信源代碼中的“1”碼有關(guān),而且還與信源代碼中的“0”碼有關(guān)。舉例： 信源代碼 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 1 0 0 0 0 —1 1 0 0 0 0 —1 0 0 0 0 0 1 HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 —1 1 0 0 0 1 0 -1 2。 設(shè)代碼為全1，全0及011

26、1 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。 答： 信息代碼 1 1 1 1 1 1 1 AMI 1 -1 1 —1 1 -1 1 HDB3 1 -1 1 —1 1 —1 1 信息代碼 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 0 0 0 1

27、—1 0 0 1 —1 0 0 1 —1 信息代碼 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 AMI 0 1 -1 1 0 0 —1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 HDB3 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0-1 0 1 —1 1 0 0 1 -1 0 0 0 –1 0 3. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號的原理. 答： HDB3中不含有離散譜fS(fS在數(shù)值上等于碼速率）成分。整流后變?yōu)橐粋€占空比

28、等于0。5的單極性歸零碼，其連0個數(shù)不超過3，頻譜中含有較強(qiáng)的離散譜fS成分，故可通過窄帶帶通濾波器得到一個相位抖動較小的正弦信號,再經(jīng)過整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信號. 4. 試根據(jù)占空比為0。5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長,越難于從AMI碼中提取位同步信號，而HDB3碼則不存在此問題。 答： t = 0.5 TS時單極性歸零碼的功率譜密度為: 式中在數(shù)值上等于碼速率，P為“1”碼概率 G(f)為t = 0。5 TS的脈沖信號的富氏變換 將HDB3碼整流得到的占空比為0.5的單極性歸零碼中連“0”

29、個數(shù)最多為3 ，而將AMI碼整流后得到的占空比為0。5的單極性歸零碼中連“0"個數(shù)與信息代碼中連“0"個數(shù)相同。所以信息代碼中連“0"碼越長，AMI碼對應(yīng)的單極性歸零碼中“1"碼出現(xiàn)概率越小,fS離散譜強(qiáng)度越小，越難于提取位同步信號。而HDB3碼對應(yīng)的單極性歸零碼中“1”碼出現(xiàn)的概率大，fS離散譜強(qiáng)度大，于提取位同步信號。 實驗二 數(shù)字調(diào)制 一、 實驗?zāi)康? 1、掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關(guān)系。 2、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號的方法。 3、掌握相對碼波形與2PSK信號波形之間的關(guān)系、絕對碼波形與2DPSK

30、信號波形之間的關(guān)系。 4、 了解2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關(guān)系。 二、 實驗內(nèi)容 1、用示波器觀察絕對碼波形、相對碼波形。 2、用示波器觀察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號波形。 3、用頻譜儀觀察數(shù)字基帶信號頻譜及2ASK、2FSK、2DPSK信號的頻譜。 三、 基本原理 本實驗用到數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供數(shù)字基帶信號（NRZ碼）和位同步信號BS(已在實驗電路板上連通，不必手工接線）。調(diào)制模塊將輸入的絕對碼AK（NRZ碼)變?yōu)橄鄬ΥaBK、用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2D

31、PSK信號。調(diào)制模塊內(nèi)部只用+5V電壓。 數(shù)字調(diào)制單元的原理方框圖如圖2-1所示,電原理圖如圖2—2所示（見附錄)。 圖2-1 數(shù)字調(diào)制方框圖 本單元有以下測試點及輸入輸出點： · CAR 2DPSK信號載波測試點 · BK 相對碼測試點 · 2DPSK 2DPSK信號測試點/輸出點，VP-P〉0.5V · 2FSK 2FSK信號測試點/輸出點，VP—P〉0。5V · 2ASK 2ASK信號測試點，VP—P〉0.5V 用2—1中晶體振蕩器與信源共用，位于信源單元，其它各部分與電路板上主要元器

32、件對應(yīng)關(guān)系如下： · ?2（A） U8:雙D觸發(fā)器74LS74 · ?2（B） U9：雙D觸發(fā)器74LS74 · 濾波器A V6：三極管9013，調(diào)諧回路 · 濾波器B V1：三極管9013,調(diào)諧回路 · 碼變換 U18：雙D觸發(fā)器74LS74;U19：異或門74LS86 · 2ASK調(diào)制 U22:三路二選一模擬開關(guān)4053 · 2FSK調(diào)制 U22：三路二選一模擬開關(guān)4053 · 2PSK調(diào)制 U21：八選一模擬開關(guān)4051 · 放大器 V5：三極管9013 · 射隨器 V3：三極管90

33、13 將晶振信號進(jìn)行2分頻、濾波后，得到2ASK的載頻2.2165MHZ。放大器的發(fā)射極和集電極輸出兩個頻率相等、相位相反的信號，這兩個信號就是2PSK、2DPSK的兩個載波,2FSK信號的兩個載波頻率分別為晶振頻率的1/2和1/4，也是通過分頻和濾波得到的。 下面重點介紹2PSK、2DPSK。2PSK、2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖2-3所示。 圖2—2 2PSK、2DPSK波形 圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1。5倍。2PSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時，2PSK信號相位變化180°，相同時2PSK信號相位不變,可簡稱為“異變同

34、不變”.2DPSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時，2DPSK信號的相位變化180°。碼元為“0"時，2DPSK信號的相位不變，可簡稱為“1變0不變”。 應(yīng)該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號的初相與上一碼元內(nèi)信號的末相進(jìn)行比較，而不是將相鄰碼元信號的初相進(jìn)行比較.實際工程中，2PSK或2DPSK信號載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。 本單元用碼變換—-2PSK調(diào)制方法產(chǎn)生2DPSK信號，原理框圖及波形圖如圖2—4所示。相對于絕對碼AK、2PSK調(diào)制器的輸出就是2DPSK信號，相對于

35、相對碼、2PSK調(diào)制器的輸出是2PSK信號.圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號的相位變化與AK、BK的關(guān)系當(dāng)然也是符合上述規(guī)律的,即對于AK來說是“1變0不變”關(guān)系，對于BK來說是“異變同不變”關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變”規(guī)律。 圖2-4中調(diào)制后的信號波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。 2DPSK通信系統(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實際通信中采用2DPSK而不用2PSK(多進(jìn)制下亦如此，采用多進(jìn)制差分相位調(diào)制MDPSK），此問題將在數(shù)字解調(diào)實驗中再詳細(xì)介紹。

36、 圖2—3 2DPSK調(diào)制器 2PSK信號的時域表達(dá)式為 S（t）= m(t）Cosωct 式中m（t）為雙極性不歸零碼BNRZ，當(dāng)“0"、“1”等概時m(t)中無直流分量，S(t）中無載頻分量，2DPSK信號的頻譜與2PSK相同。 2ASK信號的時域表達(dá)式與2PSK相同，但m（t)為單極性不歸零碼NRZ,NRZ中有直流分量，故2ASK信號中有載頻分量。 2FSK信號(相位不連續(xù)2FSK)可看成是AK與調(diào)制不同載頻信號形成的兩個2ASK信號相加。時域表達(dá)式為 式中m（t）為NRZ碼。 圖2—5 2ASK、2PSK（2DPSK)、2FSK

37、信號功率譜 設(shè)碼元寬度為TS,fS =1／TS在數(shù)值上等于碼速率，2ASK、2PSK（2DPSK)、2FSK的功率譜密度如圖2-5所示?？梢?，2ASK、2PSK(2DPSK）的功率譜是數(shù)字基帶信號m（t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK、2PSK（2DPSK)為線性調(diào)制信號。多進(jìn)制的MASK、MPSK（MDPSK）、MFSK信號的功率譜與二進(jìn)制信號功率譜類似. 本實驗系統(tǒng)中m（t）是一個周期信號，故m（t)有離散譜，因而2ASK、2PSK（2DPSK）、2FSK也具有離散譜。 四、 實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元。 1、熟悉

38、數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。接通電源,打開實驗箱電源開關(guān)。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于左方N（NRZ）端。 2、用數(shù)字信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號,示波器CH1接信源單元的(NRZ-OUT）AK（即調(diào)制器的輸入），CH2接數(shù)字調(diào)制單元的BK，信源單元的K1、K2、K3置于任意狀態(tài)（非全0），觀察AK、BK波形，總結(jié)絕對碼至相對碼變換規(guī)律以及從相對碼至絕對碼的變換規(guī)律. 3、示波器CH1接2DPSK，CH2分別接AK及BK，觀察并總結(jié)2DPSK信號相位變化與絕對碼的關(guān)系以及2DPSK信號相位變化與相對碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號相位變化與信源代碼的關(guān)系)。注意：2D

39、PSK信號的幅度比較小，要調(diào)節(jié)示波器的幅度旋鈕，而且信號本身幅度可能不一致,但這并不影響信息的正確傳輸。 4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；觀察這兩個信號與AK的關(guān)系（注意“1"碼與“0”碼對應(yīng)的2FSK信號幅度可能不相等，這對傳輸信息是沒有影響的）。 5、用頻譜議觀察AK、2ASK、2FSK、2DPSK信號頻譜（條件不具備時不進(jìn)行此項觀察)。 五、 實驗報告要求 1、 設(shè)絕對碼為全1、全0或1001 1010,求相對碼。 答： 絕對碼 11111，00000，10011010 相對碼 10101,00000，11

40、101100 或 01010，11111，00010011 2、設(shè)相對碼為全1、全0或1001 1010，求絕對碼。 答： 絕對碼 11111，00000，10011010 相對碼 00000，00000，01010111 或 10000，10000，11010111 2、 設(shè)信息代碼為1001 1010，假定載頻分別為碼元速率的1倍和1。5倍,畫出2DPSK及2PSK信號波形。 圖: 4、總結(jié)絕對碼至相對碼的變換規(guī)律、相對碼至絕對碼的變換規(guī)律并設(shè)計一個由相對碼至絕對碼的變換電路。 答： ① 絕對

41、碼至相對碼的變換規(guī)律 “1”變“0”不變，即絕對碼的“1"碼時相對碼發(fā)生變化，絕對碼的“0"碼時相對碼不發(fā)生變化。-—此為信號差分碼。 ② 相對碼至絕對碼的變換規(guī)律 相對碼的當(dāng)前碼元與前一碼元相同時對應(yīng)的當(dāng)前絕對碼為“0”碼，相異時對應(yīng)的當(dāng)前絕對碼為“1”碼。 5、 總結(jié)2DPSK信號的相位變化與信息代碼(即絕對碼)之間的關(guān)系以及2DPSK信號的相位變化與相對碼之間的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）。 答： 2DPSK信號的相位變化與絕對碼（信息代碼)之間的關(guān)系是: “1變0不變”，即“1”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2DPSK

42、信號的末相變化180o，“0”碼對應(yīng)的2DPSK信號的初相與前一碼元內(nèi)2DPSK信號的末相相同。 2PSK 信號的相位變化與相對碼（信息代碼）之間的關(guān)系是： “異變同不變",即當(dāng)前碼元與前一碼元相異時則當(dāng)前碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相變化180o。相同時則碼元內(nèi)2PSK信號的初相相對于前一碼元內(nèi)2PSK信號的末相無變化。 實驗四 數(shù)字解調(diào) 一、 實驗?zāi)康? 1。 掌握2DPSK相干解調(diào)原理。 2. 掌握2FSK過零檢測解調(diào)原理. 二、 實驗內(nèi)容 1。 用示波器觀察2DPSK相干

43、解調(diào)器各點波形。 2. 用示波器觀察2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形。 3．用示波器觀察眼圖。 三、 基本原理 可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號.在相位比較法中，要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當(dāng)此關(guān)系不能滿足時只能用相干解調(diào)法。本實驗系統(tǒng)中，2DPSK載波頻率等碼速率的13倍，兩種解調(diào)方法都可用。實際工程中相干解調(diào)法用得最多。2FSK信號的解調(diào)方法有：包絡(luò)括檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法等。 圖4—1 數(shù)字解調(diào)方框圖 （a） 2DPSK相干解調(diào) （b)2FSK過零檢測解調(diào) 本實驗采用相干解調(diào)法解調(diào)2

44、DPSK信號、采用過零檢測法解調(diào)2FSK信號。2DPSK模塊內(nèi)部使用+5V、+12V和-12V電壓,2FSK模塊內(nèi)部僅使用+5V電壓。圖4—1為兩個解調(diào)器的原理方框圖，其電原理圖如圖4-2所示（見附錄）。 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點： · MU 相乘器輸出信號測試點 · LPF 低通、運(yùn)放輸出信號測試點 · Vc 比較器比較電壓測試點 · CM 比較器輸出信號的輸出點/測試點 · BK 解調(diào)輸出相對碼測試點 · AK—OUT 解調(diào)輸出絕對碼的輸出點/測

45、試點（3個) · BS—IN 位同步信號輸入點 2FSK解調(diào)模塊上有以下測試點及輸入輸出點: · FD 2FSK過零檢測輸出信號測試點 · LPF 低通濾波器輸出點/測試點 · CM 整形輸出輸出點/測試點 · BS—IN 位同步信號輸入點 · AK—OUT 解調(diào)輸出信號的輸出點/測試點（3個) 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下: · 相乘器 U29：模擬乘法器MC1496 · 低通濾波器 R31；C2

46、 · 運(yùn)放 U30:運(yùn)算放大器UA741 · 比較器 U31：比較器LM710 · 抽樣器 U32：A：雙D觸發(fā)器7474 · 碼反變換器 U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33：A：異或門7486 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對應(yīng)關(guān)系如下： · 整形1 U34:A：反相器74HC04 · 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2 U35:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123 · 相加器 U36:或門7432 · 低通濾波器 U37：運(yùn)算放大器LM318；若干電阻、電容

47、 · 整形2 U34：B：反相器74HC04 · 抽樣器 U38:A：雙D觸發(fā)器7474 在實際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中,解調(diào)器的輸入端都有一個帶通濾波器用來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串?dāng)_條件。本實驗系統(tǒng)中為簡化實驗設(shè)備,發(fā)端即數(shù)字調(diào)制的輸出端沒有帶通濾波器、信道是理想的,故解調(diào)器輸入端就沒加帶通濾波器。 下面對2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問題加以說明. · MU的波形接近圖4—3所示的理論波形，略有區(qū)別。 · 信源是周期為24bit的周期信號，當(dāng)24bit的相對碼BK中“1”碼和“0"碼個數(shù)不相等時，相

48、乘器U29的輸出信號MU及低通濾波器輸出信號LPF是正負(fù)不對稱的信號。在實際的2DPSK通信系統(tǒng)中，抽樣判決器輸入信號是一個均值為0且正負(fù)對稱的信號,因此最佳判決電平為0。本實驗系統(tǒng)中，Vc決定判決電平.當(dāng)Vc=0而相對碼BK中“1”碼和“0”碼個數(shù)差別太大時，可能出現(xiàn)誤判決，即解調(diào)器出現(xiàn)誤碼。因為此時LPF信號的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號)稍不理想就會造成誤碼.電位器R39用來調(diào)節(jié)判決電平，當(dāng)BK中“1”碼與“0”碼個數(shù)差別比較大時出現(xiàn)誤碼時，可調(diào)節(jié)R39使Vc等于LPF信號的中值（最佳判決門限）。實際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器(或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決

49、電平。 · 比較器的輸出CM為TTL電平信號，它不能作為相對碼直接送給碼反變器，因為它并不是一個標(biāo)準(zhǔn)的單極性非歸零碼，其單個“1"碼對應(yīng)的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。另外,當(dāng)LPF中有噪聲時，CM中還會出現(xiàn)噪聲脈沖。 · 異或門74LS86輸出的絕對碼波形的高電平上疊加有小的干擾信號，經(jīng)U34整形后即可去掉。 DPSK相干解調(diào)器模塊各點波形示意圖如圖4-3所示。 圖4—3 2DPSK相干解調(diào)波形示意圖 2FSK解調(diào)器工作原理及有關(guān)問題說明如下： · 圖4—4為2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“

50、0”碼載頻等于碼速率。 · 整形1和整形2的功能與比較器類似，在其輸入端將輸入信號疊加在2.5V上。74HC04的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電平約為2.5V，可把輸入信號進(jìn)行硬限幅處理.整形1將正弦2FSK信號變?yōu)門TL電平的2FSK信號.整形2和抽樣電路共同構(gòu)成一個判決電平為2.5V的抽樣判決器。 圖4—4 2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖 · 單穩(wěn)1、單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對TTL電平的2FSK信號進(jìn)行微分、整流處理。電位器R43和R44決定上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度（應(yīng)基本相等）. · R48可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率

51、特性及LPF信號幅度，LPF不是TTL電平信號且不是標(biāo)準(zhǔn)的非歸零碼,必須進(jìn)行抽樣判決處理.U34對抽樣判決輸出信號進(jìn)行整形。 四、 實驗步驟 本實驗使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元、載波同步單元、2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元,它們之間的信號連結(jié)方式如圖4-5所示，其中實線是指已在電路板上布好的，虛線是實驗中要手工連接的。實際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號來自位同步提取單元.本實驗中尚未用位同步提取單元,所以位同步信號直接來自數(shù)字信源。在做2DPSK解調(diào)實驗時，位同步信號送給2DPSK解調(diào)單元,做2FSK解調(diào)實驗時則送到2FSK解調(diào)單元。 圖4—5 數(shù)字解調(diào)實驗

52、連接圖 1。 復(fù)習(xí)前面實驗的內(nèi)容并熟悉2DPSK解調(diào)單元及2FSK解調(diào)單元的工作原理，接通實驗箱電源。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于左方NRZ端。 2。 檢查要用到的數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制及載波同步單元是否工作正常，保證載波同步單元處于同步態(tài)！ 3。 2DPSK解調(diào)實驗 （1）將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線連接到2DPSK解調(diào)單元的BS-IN點，以信源單元的FS信號作為示波器外同步信號，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK,CH2（建議使用示波器探頭的x10衰減檔）接2DPSK解調(diào)單元的MU.MU與BK同相或反相，其波形應(yīng)接近圖4—3所示的理

53、論波形。 （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相.當(dāng)一幀內(nèi)BK中“1”碼“0”碼個數(shù)相同時，LPF的正、負(fù)極性信號電平與0電平對稱，否則不對稱. （3）示波器的CH1接VC，調(diào)節(jié)電位器R39,保證VC處在0電平（當(dāng)BK中“1”與“0"等概時LPF的中值即為0電平)，此即為抽樣判決器的最佳門限. （4)觀察數(shù)字調(diào)制單元的BK與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK之間的關(guān)系,再觀察數(shù)字信源單元中AK信號與2DPSK解調(diào)單元的MU、LPF、BK、AK-OUT信號之間的關(guān)系. (5）斷開、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號與載波同步CAR—OUT信號的

54、相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。 （6）將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7置于右方（M序列）端,此時數(shù)字調(diào)制器輸入的基帶信號是偽隨機(jī)序列(本系統(tǒng)中是M序列）信號.用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點，即可看到無噪聲狀態(tài)下的眼圖。 4。 2FSK解調(diào)實驗 將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開關(guān)K7還原置于左方NRZ端。將數(shù)字信源單元的BS-OUT用信號連線換接到2FSK解調(diào)單元的BS—IN點,示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AK—OUT,觀察2FSK過零檢測解調(diào)器的解調(diào)過程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形應(yīng)

55、接近圖4-4所示的理論波形。 五、 實驗報告要求 1。 設(shè)絕對碼為1001101，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律,畫出如果相干載波頻率等于碼速率的1。5倍，在CAR—OUT與CAR同相、反相時2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。 答: 當(dāng)相干載波為—cosωC t時，MU、LPF及BK與載波為cosωC t時的狀態(tài)反相，但AK仍不變（第一位與BK的起始電平有關(guān)）.2DPSK系統(tǒng)之所能克服相位模糊現(xiàn)象，是因為在發(fā)端將絕對碼變?yōu)榱讼鄬Υa,在收端又將相對碼變?yōu)榻^對碼,載波相位模糊可使解調(diào)出來的相對碼有兩種相反的狀態(tài),但它們對應(yīng)的絕對碼是相同的。 2DPSK相干解調(diào)波形示意圖： 2。 設(shè)信息代碼為1001101，2FSK的兩個載頻分別為碼速率的四倍和兩倍，根據(jù)實驗觀察得到的規(guī)律,畫出2FSK過零檢測解調(diào)器輸入的2FSK波形及FD、LPF、BS、AK波形（設(shè)低通濾波器及整形2都無倒相作用）. 2FSK過零檢測解調(diào)器各點波形示意圖：