通信原理实验指导书(TX-6).doc

通 信 原 理 实 验 （TX-6） 华中科技大学电子与信息工程系  前 言 为配合《通信原理》课程的理论教学，我们先后研制了TX-1、TX-2、TX-3、TX-3B、TX-5、TX-6通信原理教学实验系统。 现代通信包括传输、复用、交换、网络等四大技术。《通信原理》课程主要介绍传输及复用技术。本实验系统涵盖了数字频带传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如下图所示的两路PCM/2DPSK数字电话系统。 图中STA、STB分别为发端的两路模拟话音信号，BS为时钟信号，SLA、SLB为抽样信号，F为帧同步码，AK为绝对码，BK为相对码。在收端CP为位同步信号，FS为帧同步信号，F1、F2为两个路同步信号，SRA、SRB为两个PCM译码器输出的模拟话音信号。 图中发滤波器用来限制进入信道的信号带宽，提高信道的频带利用率。收滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。由于系统的频率特性、码速率与码间串扰之间的关系比较适合于软件仿真实验，再考虑到收端有关信号波形的可观测性，我们在本实验系统中省略了发滤波器、信道及收滤波器，而直接将2PSK调制器输出信号连接到载波提取单元和相干解调单元。 信道编译码实验易于用独立单元或软件仿真实现，所以本系统设计中考虑由实验者通过设计实验模块用CPLD设计自行完成。 对普通语音信号进行编码而产生的PCM信号是随机信号，不适于用示波器观察信号传输过程中的变化。所以我们用24比特为一帧的周期信号取代实际的数字语音信号作为发端的AK信号，该周期信号由两路数据（每路8比特）和7比特帧同步码以及一未定义比特复接而成。在收端对两路数据进行分接，形成两路并行码和两路串行码，发端的24比特信号可根据实验需要任意设置。 由两路实际的话音信号(或两路正弦信号)形成的PCM时分复用信号则不再经过调制、解调而直接送给PCM译码器，实验者可以观察到PCM话音（或正弦信号）波形、量化噪声、过载噪声，从而理解PCM编译码原理。 HDB3码及AMI码是基带传输中的重要码型，其编码规律、位同步提取原理是课堂教学中的重点和难点，因此也是本实验系统重点考虑的内容。 目前ΔM应用不广泛且无统一的国际标准，故本实验系统中没有考虑。 TX-6型通信原理教学实验系统由下面十二个单元构成，其印刷电路板布局图见后。 1. 数字信源单元 该单元产生码速率约为170.5KB的单极性不归零码（NRZ码），数字信号帧长为24bit，其中包括两路数字信息，每路8bit，另外8bit中的7bit为集中插入帧同步码，1bit无定义。本单元还产生了M序列信号。 2. HDB3编译码单元 本单元可以用(AMI)HDB3编译码专用集成芯片CD22103芯片完成HDB3或AMI码的编译码，用带通滤波器及电荷泵锁相环提取位同步信号。 TX-6系统实际电路中数字信源单元的分频器、三选一、倒相器、抽样以及专用芯片CD22103等电路的功能用一片EPLD完成，具体见附录四。 3. 数字调制单元 该单元将NRZ码对频率约为2.216MHZ的正弦载波进行调制，产生2DPSK及2ASK信号。将NRZ码对2.216MHZ及1.608MHZ的正弦信号进行调制产生2FSK信号。 4. 载波同步单元 该单元采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。 5. 2DPSK解调单元 该单元采用相干解调方法解调2DPSK信号。 6. 2FSK解调单元 该单元采用过零检测方法解调2FSK信号。 7. 位同步单元 该单元用全数字锁相环从信源的NRZ信号中或从2DPSK解调单元（或2FSK解调单元）的比较器输出信号中提取位同步信号。 8. 帧同步单元 该单元从信源的NRZ信号或从2DPSK解调单元（或2FSK解调单元）解调输出的NRZ信号中提取帧同步信号。 9. 数字终端单元 该单元输入NRZ信号、位同步信号、帧同步信号，在位同步及帧同步信号控制下，将两路数字信息从时分复用NRZ信号分接出来，并用发光二极管显示。 10. PCM编译码单元 本单元采用TP3057芯片对两路模拟音频信号进行PCM编码和译码。时分复用PCM信号码速率为2.048MB，帧结构类似于PCM基群信号，但只传输两路数字音频信号，其中一路信号放在第2个时隙，另一路可放在第1、2、5、7任何一个时隙内，第0个时隙中有7位帧同步码，其余29个时隙为全0码。 11. 两人通话单元 该单元包含音频放大和衰减电路，与PCM编译码单元连接可进行两人时分复用通话实验。话音抽样频率可选择为8K/4K/2K Hz。 12．设计实验模块 该模块以Xilinx的CPLD芯片XC95108为核心，利用简单的外围电路和数字信源单元等输入的信号，由实验者通过硬件描述语言自行设计完成某些通信单元的功能。 用上述前8个单元