实验通信原理实验课件复制

实验一 HDB3码型变换实验,一、实验目的 1、了解二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法。 2、通过调测电路，熟悉并掌握调测电路的一般规律与方法，学会分析电路工作原理，画出关键部位的工作波形，并以此指导实验调测工作。 3、了解关于分层数字接口脉冲的国际规定，掌握严格按技术指标研制电路的实验方法。 二、实验预习要求 1、复习通信系统原理中数字信号的基带传输和信道编码原理中的有关章节； 2、认真预习本实验内容，熟悉实验步骤。,三、基本原理,1、传输码型 在数字通信系统中，有时不经过数字基带信号与信道信号之间的变换，只由终端设备进行信息与数字基带信号之间的变换，然后直接传输数字基带信号。 传输码型的要求： (1) 在选用的码型的频谱中应该没有直流分量，低频分量也应尽量少。这是因为终端机输出电路或再生中继器都是经过变压器与电缆相连接的，而变压器是不能通过直流分量和低频分量的。 (2) 传输型的频谱中高频分量要尽量少。这是因为电缆中信号线之间的串话在高频部分更为严重，当码型频谱中高频分量较大时，就限制了信码的传输距离或传输质量。 (3) 码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。若信号连“0”较长，则等效于一段时间没有收脉冲，恢复位定时就困难，所以应该使变换后的码型中连“0”较少。 (4) 设备简单，码型变换容易实现。 (5) 选用的码型应使误码率较低。双极性基带信号波形的误码率比单极性信号低。,2、AMI码 我们用“0”和“1”代表传号和空号。AMI码的编码规则是“0”码不变，“1”码则交替地转换为1和1。当码序列是100100011101时，AMI码就变为：100100011101。这种码型交替出现正、负极脉冲，所以没直流分量，低频分量也很少，它的频谱如图51所示，AMI码的能量集中于f0/2处(f0为码速率)。,图51 AMI码的频谱示意图,这种码的反变换也很容易，在再生信码时，只要将信号整流，即可将“-1”翻转为“1”，恢复成单极性码。这种码未能解决信码中经常出现的长连“0”的问题。,3、HDB3码及变换规则 HDB3 码的全称是三阶高密度双极性码。 它的编码原理是这样的：先把消息代码变换成 AMI 码，然后去检查 AMI 码的连 0 串情况 当没有 4 个以上连 0 串时，则这时的 AMI 码就是 HDB3 码； 当出现 4 个以上连 0 串时，则将每 4 个连 0 小段的第 4 个 0 变换成与其前一非 0 符号（ 1 或 1 ）同极性的符号。 显然，这样做可能破坏“极性交替反转”的规律。这个符号就称为破坏符号，用 V 符号表示（即 +1 记为 +V, 记为 V ）。 为使附加 V 符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻 V 符号也应极性交替。这一点，当相邻符号之间有奇数个非符号时，则是能得到保证的；当有偶数个非 0 符号时，则就得不到保证，这时再将该小段的第 1 个 0 变换成 +B 或 B 符号的极性与前一非 0 符号的相反，并让后面的非 0 符号从 V 符号开始再交替变化。,图52 HDB3码的频谱示意图,4、编码部分 编码电路接收终端机来的单极性归零信码，并把这种变换成为HDB3码送往传输信道。编码部分的原理框图如图53所示，各部分功能如下所述： 单极性信码进入本电路,首先检测有无四连“0”码。没有四连“0”时，信码不改变地通过本电路；有四连“0”时，在第四个“0”码出现时，将一个“1”码放入信号中，取代第四个“0”码，补入“1”码称为V码。,图53 编码部分的原理方框图,5 M序列及1000编码产生模块,该模块主要主要分为以下几部分： 1.时钟信号（CLK）：（晶振，其中7014反向器的缓冲整流) 2.设其初始状态为(a3, a2, a1, a0) = (1, 0, 0, 0)，则在移位1次时，由a3和a0模2相加产生新的输入a4 = 1 0 = 1，新的状态变为(a4, a3, a2, a1) = (1, 1, 0, 0)。这样移位15次后又回到初始状态(1, 0, 0, 0)。若初始状态为全“0”，即(0, 0, 0, 0)，则移位后得到的仍为全“0”状态。应该避免出现全“0”状态，否则移存器的状态将不会改变。 3.1000编码：该编码以四比特周期性输出。在本实验中可作为测试性HDB3编码的输入信号。,M序列拥有了4进制所有的可能情况，适宜作为测试HDB编码解码的参量。,参考M序列产生模块的电路图。以74Ls175四DQ触发器为核心的模块完成了线性寄存器的移位。74ls174主要用来二分频和最终序列的输出。,(1) 破坏点形成电路 将补放的“1”码变成破坏点。方法是在取代节内第二位处再插入一个“1”码，使单一双极性变换电路多翻转一次，后续的V码就会与前面相邻的“1”码极性相同，破坏了交替反转的规律，形成了“破坏点”。 (2) 取代节选择及补B码电路 电路计算两个V码之间的“1”码个数，若为奇数，则用000V取代节；若为偶数，则将000V中的第一个“0”改为“1”，即此时用“BOOV”取代节。 (3) 单双极性变换电路 电路中的除2电路对加B码、插入码、V码的码序计数，它的输出控制加入了取代节的信号码流,使其按交替翻转规律分成两路，再由变压器将此两路合成双极性信号。本级还形成符合CCITT G703要求的输出波形。,左边74LS20、74LS175主要用来判断4连零编码，同时将第四位零置1.中间的74LS112 JK触发器用来统计破坏脉冲V的个数并及时反馈，通过与非门的操作送给DQ触发器。DQ触发器可以配合第二个J k触发器可以讲4连零中的第二位转换成1(B码)，进而输出两路单极性码。当他们同时通过变压器时便得到符合要求的HDB编码。,对应于前面述叙的四个基本电路：四连零检测及补一电路、取代节选择电路、破坏点形成电路、单一双极性变换电路。可以更加清晰的理解该比编码模块。,5、解码部分 解码电路完成恢复位定时再生码的功能，原理框图如图54所示，各部分功能如下：,图54 解码部分的原理方框图,(1) 双单极性变换电路 传输线来的HDB3码加入本电路，输入端与外线路匹配，经变压器将双极性脉冲分成两路单极性的脉冲。 (2) 判决电路 本电路选用合适的判决电平以去除信码经信道传输之后引入的干扰信号。信码经判决电路之后成为半占空（请思考为什么要形成半占空码？）的两路信号，相加后成为一路单极性归“0”信码，送到定时恢复电路和信码再生电路。 (3) 破坏点检测电路 本电路输入B和B两个脉冲序列。由HDB3编码规则已知在破坏点处会出现相同极性的脉冲，就是说这时B和B不是依次而是连续出现的，所以可以由此测出破坏点。本电路在V脉冲出现的时刻有输出脉冲。,(4) 去除取代节电路 在V码出现的时刻将信码流中的V码及它前面的第三位码置为“0”，去掉取代节之后，再将信号整形即可恢复原来信码。破坏点检测与去除取代节电路一起完成信码再生功能。 (5) 定时恢复电路 由随机序列的功率谱可知，此功率谱中包含连续谱和离散谱。若信号为双极性并且两极性波形等概率出现时p=1-p，G1(f)=-G2(f)，则在ps()的表达式中后两项为0，没有离散谱存在，这对于位定时恢复是不利的。所以将信码先整流成为单极性码，再送入位定时恢复电路，用滤波法由信码提取位定时，这里给出的电路是用线性放大器做成选频放大器来选取定时频率分量。经整流恢复出的位定时信号用于信码再生电路，使两者同步。,四、基本实验仪器,双踪同步示波器 40MHz 1台 直流稳压电源 +5V -5V 1台 HDB3实验箱 1台 *伪随机码发生器及误码仪 选用 * 频谱分析仪 选用 数字频率计 测量频率范围 50Hz10MHz 1台,特别提醒：在连接电源和实验箱之前，一定要先确认二组电源的电压极性和电压值正确，在确认完全无误之前不允许将实验箱和电源连接，另外在连接实验箱和电源时请务必关断电源开关。,五、实验内容,1、 调测电路 编码器的输入端为实验板上标有“Code in”的插孔。标有“M-Seria”的插孔为M序列输出插孔，标有“1000”的插孔为1000码输出插孔，标有“1”、“0”的插孔分别表示此插孔连接“VCC”和“GND” (1)、将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有“1”的插孔，加入“全1”码，调测电路，此时AMI和HDB3编码规律是相同的。在测试点（12）观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。 (2)、将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有“0”的插孔，加入“全0”码，调测电路，此时按HDB3编码规律编码。在测试点（12）观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。,(3)、将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有“1000”的插孔，加入“1000”码，调测电路，此时AMI和HDB3编码规律是相同的。在测试点（12）观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。 （4）、将HDB3编码输入端信号用连接线连接到标有“M-Seria”的插孔，加入M序列码，调测电路。在测试点（12）观测此时的编码输出，根据要求记录编码过程中关键测试点波形。 （5）、用连接线连接HDB3的编码输出和译码输入（测试点（12）和（A）。观测HDB3码译码过程，详细记录译码过程中各点波形。并比较最后的译码输出（L）和输入信码（1）。,（6）*、用频谱观测HDB3马的频谱。 （7）*、误码测试 将伪随机码发生器产生的291伪随机码加入编码电路，经过编、译码之后的输出加到误码仪上进行测试，应达到编、译码无误，调节谐振电路电感量，观察对信码再生的影响。,2、*技术指标 (1) 、编码部分 完成二进制单极性码到HDB3码的变换，输入信号是码速率为2048kbit/s的非归零码。定时2048KHz，与信码同相。输出为HDB3码，其输出波形、负载等应基本符合国际电报电话咨询委员会（CCITT）的G703建议中有关2048kbit/s输出接口波形的要求。 这里我们对CCITT的G703建议略加说明，CCITT对于通讯系统、网络、传输等都有详细、严格的规定，分别以各项建议的形式给出。研制设备、网络等应符合相应的各项建议中的技术指标要求。本实验中用到的G703建议是对分层的数字接口物理和电气性能要求。下面给出G703中对2048kbit/s的输出口的部分要求：,测试负载阻抗 75， 电阻性 信号峰值电压 2.37V 空号峰值电压 0±0.237V 脉冲中点处正负脉冲幅度值比 0.9-1.05 标称半幅度处脉冲宽度比 0.951.05 脉冲形状标称为矩形，波形上、下冲不超过20 (2) 解码部分 完成位定时恢复与信码再生两种功能。输入为双极性、归零的HDB3码，输出位定时信号为2048KHz，占空比优于1:1.1。输出信码为2048kbit/s全占空单极性二进制码，与位定时同相。定时、信码的幅度为3.6±0.4V。,六、实验报告,实验报告，内容应包括以下各点： 1、技术指标及要求。 2、电路工作原理分析，对关键器件的作用要加以说明，说明调测与实验步骤。 3、根据实验结果画出输入为全“0”码、全“1”码、1000码和32位PN码电路上所注各点的波形图 *4、根据实验结果画出AMI码和HDB3码的频谱，并做出比较。 5、讨论并回答思考题,HDB3实验电路图,