實驗箱使用簡介
為配合《通信原理》課程的理論教學,我們采購了華中科技大學(原華中理工大學)研制的TX-5通信原理教學實驗系統。
現代通信包括傳輸、復用、交換、網絡等四大技術。《通信原理》課程主要介紹傳輸及復用技術。本實驗系統涵蓋了數字頻帶傳輸的主要內容及時分復用技術,其設計思路是如下圖所示的兩路PCM/2DPSK數字電話系統。
圖中STA、STB分別為發端的兩路模擬話音信號,BS為時鐘信號,SLA、SLB為抽樣信號,F為幀同步碼,AK為絕對碼,BK為相對碼。在收端CP為位同步信號,FS為幀同步信號,F1、F2為兩個路同步信號,SRA、SRB為兩個PCM譯碼器輸出的模擬話音信號。
圖中發濾波器用來限制進入信道的信號帶寬,提高信道的頻帶利用率。收濾波器用來濾除帶外噪聲并與發濾波器、信道相配合滿足無碼間串擾條件。由于系統的頻率特性、碼速率與碼間串擾之間的關系比較適合于軟件仿真實驗,再考慮到收端有關信號波形的可觀測性,我們在本實驗系統中省略了發濾波器、信道及收濾波器,而直接將2PSK調制器輸出信號連接到載波提取單元和相干解調單元。
信道編譯碼實驗也比較易于用軟件仿真,所以本系統設計中也不考慮。
對普通語音信號進行編碼而產生的PCM信號是隨機信號,不適于用示波器觀察信號傳輸過程中的變化。所以我們用24比特為一幀的周期信號取代實際的數字語音信號作為發端的AK信號,該周期信號由兩路數據(每路8比特)和7比特幀同步碼以及一未定義比特復接而成。在收端對兩路數據進行分接,形成兩路并行碼和兩路串行碼,發端的24比特信號可根據實驗需要任意設置。
由兩路實際的話音信號(或兩路正弦信號)形成的PCM時分復用信號則不再經過調制、解調而直接送給PCM譯碼器,實驗者可以觀察到PCM話音(或正弦信號)波形、量化噪聲、過載噪聲,從而理解PCM編譯碼原理。
HDB3碼及AMI碼是基帶傳輸中的重要碼型,其編碼規律、位同步提取原理是課堂教學中的重點和難點,因此也是本實驗系統重點考慮的內容。
目前ΔM應用不廣泛且無統一的國際標準,故本實驗系統中沒有考慮。
TX-3B型通信原理教學實驗系統由下面十一個單元構成,其印刷電路板布局圖見后。
??? 1. 數字信源單元
??? 該單元產生碼速率約為170.5KB的單極性不歸零碼(NRZ碼),數字信號幀長為24bit,其中包括兩路數字信息,每路8bit,另外8bit中的7bit為集中插入幀同步碼,1bit無定義。本單元還產生了M序列信號。
2. HDB3編譯碼單元
本單元用CD22103芯片完成HDB3或AMI碼的編譯碼,用帶通濾波器及電荷泵鎖相環提取位同步信號。
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完成,具體見附錄四。
3. 數字調制單元
該單元將NRZ碼對頻率約為2.216MHZ的正弦載波進行調制,產生2DPSK及2ASK信號。將NRZ碼對2.216MHZ及1.608MHZ的正弦信號進行調制產生2FSK信號。
4. 載波同步單元
該單元采用平方環從2DPSK信號中提取相干載波。
5. 2DPSK解調單元
該單元采用相干解調方法解調2DPSK信號。
6. 2FSK解調單元
該單元采用過零檢測方法解調2FSK信號。
7. 位同步單元
該單元用全數字鎖相環從信源的NRZ信號中或從2DPSK解調單元(或2FSK解調單元)的比較器輸出信號中提取位同步信號。
8. 幀同步單元
該單元從信源的NRZ信號或從2DPSK解調單元(或2FSK解調單元)解調輸出的NRZ信號中提取幀同步信號。
9. 數字終端單元
該單元輸入NRZ信號、位同步信號、幀同步信號,在位同步及幀同步信號控制下,將兩路數字信息從時分復用NRZ信號分接出來,并用發光二極管顯示。
10. PCM編譯碼單元
本單元采用TP3057芯片對兩路模擬音頻信號進行PCM編碼和譯碼。時分復用PCM信號碼速率為2.048MB,幀結構類似于PCM基群信號,但只傳輸兩路數字音頻信號,其中一路信號放在第2個時隙,另一路可放在第1、2、5、7任何一個時隙內,第0個時隙中有7位幀同步碼,其余29個時隙為全0碼。
11. 兩人通話單元
該單元包含音頻放大和衰減電路,與PCM編譯碼單元連接可進行兩人時分復用通話實驗。話音抽樣頻率可選擇為8K/4K/2K Hz。
用上述前8個單元可構成一個理想信道2DPSK或者2FSK通信系統,用1、6、7、8單元可構成一個理想信道數字基帶通信系統。
利用TX-5型實驗設備,可開設數字基帶信號、數字調制、模擬鎖相環與載波同步、數字解調與眼圖、數字鎖相環與位同步、幀同步、時分復用數字基帶通信系統、時分復用2DPSK/ 2FSK通信系統、PCM編譯碼、時分復用通話與抽樣定理等十一個實驗。通過這些實驗,同學們可以獲得數字通信時分復用技術及傳輸技術的感性認識、鞏固課堂上所學的理論知識。
在學習《通信原理》這門課之前,同學們已基本具備了模擬電路及數字電路的分析、設計及調試能力,通信實驗的主要目的是幫助大家理解通信系統的整體概念及基本理論。因此在實驗指導書中,不必詳細地分析各個單元電路的工作過程,只說明了它們的作用。
TX-5型實驗設備所需三輸出直流穩壓電源(+5V、3A,+12V、0.5A,?12V、0.5A)已內置,實驗時只需將交流220V通過電源線接到實驗箱左側的插座內。電源開關在實驗板左下角,開關中帶指示燈。
實驗其他必備20MHZ雙蹤示波器,萬用表等。在某些實驗步驟中,需用頻率計、低失真度低頻信號源、失真儀、頻譜儀等,但無這些儀器時絕大部分實驗內容仍可完成。
本實驗設備還有待進一步完善,實驗指導書中也難免有不當之處,期望同學們及有關老師提出寶貴意見。
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