通 信 原 理 实 验 指导书（删减版）
前 言
通信原理是电子信息类各专业的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。这门课的理论教学方法是：由通信系统的原理方框图得到数学模型，再对数学模型进行数学分析，从而得到关于通信的一些基本概念和重要结论。由于学生在学习这门课时一般只使用过收音机、电视机、电话机及手机等通信工具，而对通信原理特别是数字通信原理缺少实践经验和感性认识，所以往往对理论教学感到枯燥，难于理解理论分析得到的基本概念和重要结论。针对这种情况，目前各学校普遍开设了通信原理实验课，并收到了良好的效果。
为配合通信原理实验教学，作者先后研制了HUST TX-1、TX-2、TX-3、TX-3B、TX-5、TX-6及TX-6B型通信原理教学实验系统，同时编写了相应的实验指导书。目前，已有许多学校采用该系列实验系统为大学本科生和专科生开设通信原理实验课。为满足使用者需要，作者对原实验讲义进行了修改和补充。
本实验指导书中详细介绍了该系列通信原理教学实验系统的工作原理，以及采用该实验设备做实验的实验目的、实验内容和实验步骤等。书中还给出了通信系统中的许多实用电路。本书可以作为实验教材，也可供有关人员设计电路时参考。
本实验指导书由王福昌、潘晓明共同编写，由王福昌定稿。黄本雄老师参加了HUST TX实验设备的初期研发工作。参加初期研发工作的还有95届、96届及97届的本科生，他们是：管烨、凌重华、王志坚、罗新宇、刘建宇、田廷玉、卢俊峰、苏梦生、聂春燕、陈卫东。2002届硕士研究生谌璟和2003届硕士研究生张璇参加了实验设备的改型工作。这些老师和同学的工作为本实验指导书的编写提供了有力支持，作者对他们表示衷心感谢。
本实验指导书和HUST TX系列实验设备可以与作者编著的“通信原理”（清华大学出版社）及“通信原理辅导与习题解答”（华中科技大学出版社）配合使用，也可与其他通信原理教材配合使用。
HUST TX实验设备还有待进一步改进，本书中也难免有不当之处，期望使用该系列实验设备和本书的同学、老师及工程技术人员提出宝贵意见。
目 录
绪 论 ??????????????????????????? 1 实验1 数字基带信号与AMI/HDB3编译码 ????????????? 1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8 实验9 PCM实验10
数字调制 ????????????????????????? 3 模拟锁相环与载波同步 ??????????????????? 5 数字解调与眼图 ?????????????????????? 8 数字锁相环与位同步 ???????????????????? 10 帧同步 ?????????????????????????? 12 时分复用数字基带通信系统 ????????????????? 14 时分复用2DPSK、2FSK通信系统 ?????????????? 16 编译码 ??????????????????????? 18 时分复用通话与抽样定理 ????????????????? 21
绪 论
现代通信包括传输、复用、交换、网络等技术。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信号传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如图0.1所示的两路时分复用PCM/2DPSK数字电话系统。 STA PCM PCM-A 编码器 同步 发送 信道码变 a PCM 2PSK 滤波SLA 复接 BS 信道 编码器 AK 换器 BK 调制器 器 器 STB PCM PCM-B BS 编码器 cos?ct BS SLB F 信道 码反 PCM a 接收抽样 低通 译码 变换 b 判决器 滤波 BK AK 滤波器 器 器 载波同 cos?t 器 CP 位同c 步器 步器 SRA PCM译码器 b F1 CP F 1FS SRB PCM译码器 CP 帧同步器 延迟F2 CP 器 图0.1 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，以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、信道相配合使系统的频率特性满足无码间串扰条件。考虑到收端有关信号波形的可观测性，在HUST TX系列实验设备中省略了发滤波器、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。实验者可以用软件仿真方法观察系统频率特性与码间串扰之间的关系。
对实际的话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。因此本实验设备先用24比特为一帧的周期信号作为发端的PCM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1比特未定义位复接而成，用此周期信号对载波进行调制。在收端对数字已调信号进行解调并对两路数据
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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由实验者任意设置。
由两路实际的话音信号(或两路正弦信号)形成的PCM时分复用信号则直接送给PCM译码器，实验者可以观察到话音（或正弦信号）的PCM信号波形、量化噪声、过载噪声以及频谱混叠对话音质量的影响，从而理解PCM编译码及同步复接原理。
HDB3码及AMI码是基带传输中的重要码型，其编码规律、位同步提取原理是理论教学的重点和难点，也是本实验系统的重点内容之一。
目前ΔM应用不广泛且无统一的国际标准，本实验系统中没有考虑。
TX-6B型通信原理教学实验系统由下面十二个模块构成，图0.2为其印刷电路板布局图。
1. 数字信源模块
本模块产生速率为170.5kbps的单极性非归零码（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为集中插入式帧同步码，1bit无定义。本模块还产生长度为31位的m序列信号。
2. AMI/HDB3编译码模块
本模块将数字信源模块输出的NRZ码转换为AMI码或HDB3码，从AMI码或HDB3码中提取位同步信号，并对AMI码或HDB3码进行译码。
3. 数字调制模块
本模块对频率为2.2165MHz的正弦载波进行调制，产生2DPSK及2ASK信号，对频率为2.216MHz及1.608MHz的正弦信号进行调制产生2FSK信号，数字基带信号为数字信源模块输出的NRZ信号。
4. 载波同步模块
本模块采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。 5. 2DPSK解调模块
本模块采用相干解调法解调2DPSK信号。 6. 2FSK解调模块
本模块采用过零检测法解调2FSK信号。 7. 位同步模块
本模块用全数字锁相环从信源的NRZ信号中或从2DPSK解调模块（或2FSK解调模块）的比较器输出信号中提取位同步信号。
8. 帧同步模块
本模块从信源的NRZ信号或从2DPSK解调模块（或2FSK解调模块）解调输出的NRZ信号中提取帧同步信号。
9. 数字终端模块
本模块输入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编译码模块
本模块采用TP3057芯片对两路模拟音频信号进行A律PCM编码和译码，抽样频率可以在8KHz、4KHz及2KHz中任选其一。本模块时分复用PCM信号速率为2.048Mbps。·2·