《通信原理》课程教学资源（实验指导）实验一 数字基带信号

实验一数字基带信号 一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AW、HDB,码的编码规则。 3、掌握从HDB码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入顿同步码时分复用信号的顿结构特点。 5、了解DB1(AMI)编译码集成电路CD22103。 二、实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码(NRZ)、传号交替反转码(AMI)、三阶高密度双极性 码(HDB)、整流后的AWI码及整流后的DB,码。 2、用示波器观察从DB码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。 3、用示波器观察DB、AMI泽码输出波形 三、基本原理 木实验使用数字信源模块和DB编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所 示，电原理图如图1-3所示（见附录）。本单元产生R2信号，信号码速率约为170.B, 帧结构如图1-2所示。幀长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码(7位 巴克码1110010)，另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码 时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，顿同步码及无定义位用绿色发光 二极管指示。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。 本模块有以下测试点及输入输出点 ·CLK 品振信号测试点 ·BS-0UT 信源位同步信号输出点/测试点(2个) .FS 信源帧同步信号输出点/测试点 ·NRZ-OUT(AK NZ信号（绝对码）输出点/测试点(4个》 图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下： ·晶振 CRY:晶体：U1:反相器7404 ·分频器 U2:计数器74161：U3:计数器74193：04：计数器40160 ·并行码产生器 K1、K2、K3:8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数 据1、数据2相对应：发光二极管：左起分别与一顿中的 24位代码相对应 ·八选 5、U6、U7:8位数据选择器4512

实验一 数字基带信号 一、 实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握 AMI、HDB3码的编码规则。 3、掌握从 HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 5、了解 HDB3（AMI）编译码集成电路 CD22103。 二、 实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性 码（HDB3）、整流后的 AMI 码及整流后的 HDB3码。 2、用示波器观察从 HDB3码中和从 AMI 码中提取位同步信号的电路中有关波形。 3、用示波器观察 HDB3、AMI 译码输出波形。 三、 基本原理 本实验使用数字信源模块和 HDB3编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V 电压，其原理方框图如图 1-1 所 示，电原理图如图 1-3 所示（见附录）。本单元产生 NRZ 信号，信号码速率约为 170.5KB， 帧结构如图 1-2 所示。帧长为 24 位，其中首位无定义，第 2 位到第 8 位是帧同步码（7 位 巴克码 1110010），另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 NRZ 信号为集中插入帧同步码 时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光 二极管指示。发光二极管亮状态表示 1 码，熄状态表示 0 码。 本模块有以下测试点及输入输出点： • CLK 晶振信号测试点 • BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2 个） • FS 信源帧同步信号输出点/测试点 • NRZ-OUT(AK) NRZ 信号(绝对码)输出点/测试点（4 个） 图 1-1 中各单元与电路板上元器件对应关系如下： • 晶振 CRY：晶体；U1：反相器 7404 • 分频器 U2：计数器 74161；U3：计数器 74193；U4：计数器 40160 • 并行码产生器 K1、K2、K3：8 位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数 据 1、数据 2 相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的 24 位代码相对应 • 八选一 U5、U6、U7：8 位数据选择器 4512

。三选 U8:8位数据选择器4512 ·倒相器 U20:非门74HC04 ·抽样 U9:D触发器74C74 并行码产生器 八选一 八进一 八选 分 S2 S3 品振CK频 S4 FS NRZ-OUT BS 样 倒相器 BS-OUT 图1-】数字信源方框图 无定义位一同步码→一数据1一 一数据2 6☒ 图1-2帧结构 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 (1)分频器 74161进行13分频，输出信号频率为341k。74161是一个4位二进制加计数器，预 置在3状态。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出S、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同 步信号，频率为170.5kz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2 1/4和1/8.74193是一个4位二进制加/减计数器，当CPD=PL=1、MR=0时，可在Q、Q 0及Q端分别输出上述4个信号。 40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在0和Q端分别输 出选通信号S4、S5,这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。 分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4(a)和1-4(b)所示。 (2)八选 采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器， 其真值表如表1-1所示。5、U6和7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1

• 三选一 U8：8 位数据选择器 4512 • 倒相器 U20：非门 74HC04 • 抽样 U9：D 触发器 74HC74 BS S5 S4 S3 S2 S1 BS-OUT NRZ-OUT CLK 并 行 码 产 生 器 八选一 八选一 八选一 分 频 器 三选一 NRZ 抽 样 晶振 FS 倒相器 图 1-1 数字信源方框图 × 1 1 1 0 0 1 0 ×××××××××××××××× 无定义位 帧同步码 数据 1 数据 2 图 1-2 帧结构 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 74161 进行 13 分频，输出信号频率为 341kHz。74161 是一个 4 位二进制加计数器，预 置在 3 状态。 74193 完成÷2、÷4、÷8、÷16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。BS 为位同 步信号，频率为 170.5kHz。S1、S2、S3 为 3 个选通信号，频率分别为 BS 信号频率的 1/2、 1/4 和 1/8。74193 是一个 4 位二进制加/减计数器，当 CPD= PL =1、MR=0 时，可在 Q0、Q1、 Q2及 Q3端分别输出上述 4 个信号。 40160 是一个二一十进制加计数器，预置在 7 状态，完成÷3 运算，在 Q0和 Q1端分别输 出选通信号 S4、S5，这两个信号的频率相等、等于 S3 信号频率的 1/3。 分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如图 1-4（a）和 1-4（b）所示。 （2）八选一 采用 8 路数据选择器 4512，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器， 其真值表如表 1-1 所示。U5、U6 和 U7 的地址信号输入端 A、B、C 并连在一起并分别接 S1

S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0x7分别K1、2、K3输出的8 个并行信号连接。由表1-1可以分析出5、U6、U7输出信号都是码速率为170.5KB、以8 位为周期的串行信号。 (3)三选 三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5信号分别输入到U8的地址瑞A和B,5、 U6、U7输出的3路串行信号分别输入到8的数据端x3、x0、x1,U8的输出端即是一个码 速率为170.5KB的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号(R2). s1ΠΠΠΠ 2几 S3 (al Π几几几 S4 S5 b 图1-4分频器输出信号波形 (4)倒相与抽样 图1-1中的NR☑信号的脉冲上升沿或下降沿比BS信号的下降沿稍有点迟后。在实 验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升 沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样 电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足码变换电路的要 求。 表1-14512真值表 B A INH DIS 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 x2 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 x5 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0

S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端 x0 ~ x7 分别 K1、K2、K3 输出的 8 个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出 U5、U6、U7 输出信号都是码速率为 170.5KB、以 8 位为周期的串行信号。 （3）三选一 三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5 信号分别输入到 U8 的地址端 A 和 B，U5、 U6、U7 输出的 3 路串行信号分别输入到 U8 的数据端 x3、x0、x1，U8 的输出端即是一个码 速率为 170.5KB 的 2 路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ）。 S3 S2 S1 (a) S5 S4 S3 (b) 图 1-4 分频器输出信号波形 （4）倒相与抽样 图 1-1 中的 NRZ 信号的脉冲上升沿或下降沿比 BS 信号的下降沿稍有点迟后。在实 验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升 沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样 电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使 NRZ-OUT 及 BS-OUT 信号满足码变换电路的要 求。 表 1-1 4512 真值表 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

中中中中1高阻 FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。 FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-5所示，图中NR2-OUT的无定义位为0， 顿同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111，S信号的低电平、高电平 分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NZ-0UT码第一位起始时间超前一个码元。 幀同步码数据】 数据2 NRZ-OUT FS 图1-5S、NRZ-0UT波形 2.DB,编译 原理框图如图1-6所示。本模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经 端稳压器7905变换得到。 本单元有以下信号测试点： ·NRZ 译码器输出信号 ·BS-R 锁相环输出的位同步信号 ·(AMT)HDB 编码器输出信号 ·BPF 带通滤波器输出信号 ·DET (AMI)HDB.整流输出信号 整流器 NRZ-IN BS-IN (AMI)HD -+H-OUT H-OUT -H 相加器 S-R相环 限幅放大 带通☐ DET 图1-6DB,编译码方框图 本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于左边A(AMI端)选择AMI码，位于右边H (HDB3端)选择HDB,码。 图1-6中各单元与电路板上元器件的对应关系如下： ·HDB编译码器 U10:HDB,编译码集成电路CD22103A 。单/双极性变换器 U11:模拟开关4052 ·双/单极性变换器 U12:非门74HC0 。相加器 U17:或门74LS32 ·带通滤波器 U13、U14:运放UA74

Φ Φ Φ Φ 1 高阻 FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便观察 2DPSK 等信号。 FS 信号、NRZ-OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 NRZ-OUT 的无定义位为 0， 帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为 00001111。FS 信号的低电平、高电平 分别为 4 位和 8 位数字信号时间，其上升沿比 NRZ-OUT 码第一位起始时间超前一个码元。 FS NRZ-OUT 帧同步码 数据 1 数据 2 图 1-5 FS、NRZ-OUT 波形 2. HDB3编译码 原理框图如图 1-6 所示。本模块内部使用+5V 和-5V 电压，其中-5V 电压由-12V 电源经 三端稳压器 7905 变换得到。 本单元有以下信号测试点： • NRZ 译码器输出信号 • BS-R 锁相环输出的位同步信号 •（AMI）HDB3 编码器输出信号 • BPF 带通滤波器输出信号 • DET （AMI）HDB3整流输出信号 (AMI)HDB3 编译码器 单—双 变 换 双—单 变 换 相加器 锁相环 限幅放大 带通 +H-OUT BS-IN -H-OUT NRZ-IN HDB3 (AMI) +H -H NRZ （AMI） BS-R BPF DET 整流器 图 1-6 HDB3编译码方框图 本模块上的开关 K4 用于选择码型，K4 位于左边 A（AMI 端）选择 AMI 码，位于右边 H （HDB3 端）选择 HDB3码。 图 1-6 中各单元与电路板上元器件的对应关系如下： • HDB3编译码器 U10：HDB3编译码集成电路 CD22103A • 单/双极性变换器 U11：模拟开关 4052 • 双/单极性变换器 U12：非门 74HC04 • 相加器 U17：或门 74LS32 • 带通滤波器 U13、U14：运放 UA741

。限幅放大器 U15:运放L318 ·锁相环 U16:集成锁相环CD4046 信源部分的分频器、三洗一、倒相器、抽样以及(A工)DB编译码专用集成芯片CD22103 等电路的功能可以用一片EPLD(EP7O64)芯片完成，说明见附录四。 下面简单介绍AMI、HDB,码编码规律。 AMT码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1,1的符号交替反转： 信息代码0的为0码。AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码，即脉冲宽度ī与 码元宽度（码元周期、码元间隔）Ts的关系是t=0.5T5。 HDB,码的编码规律是：4个连0信息码用取代节00ON或BOOV代替，当两个相邻V码中 间有奇数个信息1码时取代节为000V,有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节 为B00,其它的信息0码仍为0码：信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1：DB码 中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的 符号又是交替反转的：HDB,码是占空比为0.5的双极性归零码。 设信息码为00000110000100000，则NRZ码、AMI码，HDB码如图1-8所示. 分析表明，AW码及DB,码的功率谱如图1-9所示，它不含有离散谱5成份(5=1/T 等于位同步信号频率)。在通信的终端需将它们译码为NRZ码才能送给数字终端机或数模转 换电路。在做译码时必须提供位同步信号。工程上， 般将AMI或HDB码数字信号进行整 流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码(RZ=0.5Ts)。这种信号的功率谱也在图1-9 中给出。由于整流后的AWI、DB码中含有离散谱，故可用一个窄带滤波器得到频率为天 的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。 信息代码0000011000010000 RZ波形 MI代码000001-1000010000 AMT玻形 DB3代码B00V0-11-B00-V1000V HDB3波形几 图1-8NRZ、AMI、HDB,关系图 05f6 图1-9AML、HDB、RZ|t=0.5T频谱

• 限幅放大器 U15：运放 LM318 • 锁相环 U16：集成锁相环 CD4046 信源部分的分频器、三选一、倒相器、抽样以及(AMI)HDB3编译码专用集成芯片 CD22103 等电路的功能可以用一片 EPLD（EPM7064）芯片完成，说明见附录四。 下面简单介绍 AMI、HDB3码编码规律。 AMI 码的编码规律是：信息代码 1 变为带有符号的 1 码即+1 或-1，1 的符号交替反转； 信息代码 0 的为 0 码。AMI 码对应的波形是占空比为 0.5 的双极性归零码，即脉冲宽度τ与 码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是τ=0.5TS。 HDB3码的编码规律是：4 个连 0 信息码用取代节 000V 或 B00V 代替，当两个相邻 V 码中 间有奇数个信息 1 码时取代节为 000V，有偶数个信息 1 码（包括 0 个信息 1 码）时取代节 为 B00V，其它的信息 0 码仍为 0 码；信息码的 1 码变为带有符号的 1 码即+1 或-1；HDB3码 中 1、B 的符号符合交替反转原则，而 V 的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻 V 码的 符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为 0.5 的双极性归零码。 设信息码为 0000 0110 0001 0000 0，则 NRZ 码、AMI 码，HDB3码如图 1-8 所示。 分析表明，AMI 码及 HDB3码的功率谱如图 1-9 所示，它不含有离散谱 fS成份（fS =1/TS， 等于位同步信号频率）。在通信的终端需将它们译码为 NRZ 码才能送给数字终端机或数模转 换电路。在做译码时必须提供位同步信号。工程上，一般将 AMI 或 HDB3码数字信号进行整 流处理，得到占空比为 0.5 的单极性归零码（RZ|τ=0.5TS）。这种信号的功率谱也在图 1-9 中给出。由于整流后的 AMI、HDB3码中含有离散谱 fS ，故可用一个窄带滤波器得到频率为 fS 的正弦波，整形处理后即可得到位同步信号。 图 1-8 NRZ、AMI、HDB3关系图 图 1-9 AMI、HDB3、RZ|τ=0.5TS频谱