實(shí)驗(yàn)箱使用簡(jiǎn)介
為配合《通信原理》課程的理論教學(xué)，我們采購(gòu)了華中科技大學(xué)(原華中理工大學(xué))研制的TX-5通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
現(xiàn)代通信包括傳輸、復(fù)用、交換、網(wǎng)絡(luò)等四大技術(shù)。《通信原理》課程主要介紹傳輸及復(fù)用技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涵蓋了數(shù)字頻帶傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容及時(shí)分復(fù)用技術(shù),其設(shè)計(jì)思路是如下圖所示的兩路PCM/2DPSK數(shù)字電話系統(tǒng)。

圖中STA、STB分別為發(fā)端的兩路模擬話音信號(hào)，BS為時(shí)鐘信號(hào)，SLA、SLB為抽樣信號(hào)，F(xiàn)為幀同步碼，AK為絕對(duì)碼，BK為相對(duì)碼。在收端CP為位同步信號(hào)，F(xiàn)S為幀同步信號(hào)，F(xiàn)1、F2為兩個(gè)路同步信號(hào)，SRA、SRB為兩個(gè)PCM譯碼器輸出的模擬話音信號(hào)。
圖中發(fā)濾波器用來(lái)限制進(jìn)入信道的信號(hào)帶寬，提高信道的頻帶利用率。收濾波器用來(lái)濾除帶外噪聲并與發(fā)濾波器、信道相配合滿足無(wú)碼間串?dāng)_條件。由于系統(tǒng)的頻率特性、碼速率與碼間串?dāng)_之間的關(guān)系比較適合于軟件仿真實(shí)驗(yàn)，再考慮到收端有關(guān)信號(hào)波形的可觀測(cè)性，我們?cè)诒緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)中省略了發(fā)濾波器、信道及收濾波器，而直接將2PSK調(diào)制器輸出信號(hào)連接到載波提取單元和相干解調(diào)單元。
信道編譯碼實(shí)驗(yàn)也比較易于用軟件仿真，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也不考慮。
對(duì)普通語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼而產(chǎn)生的PCM信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，不適于用示波器觀察信號(hào)傳輸過(guò)程中的變化。所以我們用24比特為一幀的周期信號(hào)取代實(shí)際的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)作為發(fā)端的AK信號(hào)，該周期信號(hào)由兩路數(shù)據(jù)（每路8比特）和7比特幀同步碼以及一未定義比特復(fù)接而成。在收端對(duì)兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行分接，形成兩路并行碼和兩路串行碼，發(fā)端的24比特信號(hào)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要任意設(shè)置。
由兩路實(shí)際的話音信號(hào)(或兩路正弦信號(hào))形成的PCM時(shí)分復(fù)用信號(hào)則不再經(jīng)過(guò)調(diào)制、解調(diào)而直接送給PCM譯碼器，實(shí)驗(yàn)者可以觀察到PCM話音（或正弦信號(hào)）波形、量化噪聲、過(guò)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(guī)律、位同步提取原理是課堂教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此也是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。
目前ΔM應(yīng)用不廣泛且無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，故本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沒(méi)有考慮。
TX-3B型通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下面十一個(gè)單元構(gòu)成，其印刷電路板布局圖見(jiàn)后。
??? 1. 數(shù)字信源單元
??? 該單元產(chǎn)生碼速率約為170.5KB的單極性不歸零碼（NRZ碼），數(shù)字信號(hào)幀長(zhǎng)為24bit，其中包括兩路數(shù)字信息，每路8bit，另外8bit中的7bit為集中插入幀同步碼，1bit無(wú)定義。本單元還產(chǎn)生了M序列信號(hào)。
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(huán)提取位同步信號(hào)。
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(jiàn)附錄四。
3. 數(shù)字調(diào)制單元
該單元將NRZ碼對(duì)頻率約為2.216MHZ的正弦載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生2DPSK及2ASK信號(hào)。將NRZ碼對(duì)2.216MHZ及1.608MHZ的正弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生2FSK信號(hào)。
4. 載波同步單元
該單元采用平方環(huán)從2DPSK信號(hào)中提取相干載波。
5. 2DPSK解調(diào)單元
該單元采用相干解調(diào)方法解調(diào)2DPSK信號(hào)。
6. 2FSK解調(diào)單元
該單元采用過(guò)零檢測(cè)方法解調(diào)2FSK信號(hào)。
7. 位同步單元
該單元用全數(shù)字鎖相環(huán)從信源的NRZ信號(hào)中或從2DPSK解調(diào)單元（或2FSK解調(diào)單元）的比較器輸出信號(hào)中提取位同步信號(hào)。
8. 幀同步單元
該單元從信源的NRZ信號(hào)或從2DPSK解調(diào)單元（或2FSK解調(diào)單元）解調(diào)輸出的NRZ信號(hào)中提取幀同步信號(hào)。
9. 數(shù)字終端單元
該單元輸入NRZ信號(hào)、位同步信號(hào)、幀同步信號(hào)，在位同步及幀同步信號(hào)控制下，將兩路數(shù)字信息從時(shí)分復(fù)用NRZ信號(hào)分接出來(lái)，并用發(fā)光二極管顯示。
10. PCM編譯碼單元
本單元采用TP3057芯片對(duì)兩路模擬音頻信號(hào)進(jìn)行PCM編碼和譯碼。時(shí)分復(fù)用PCM信號(hào)碼速率為2.048MB，幀結(jié)構(gòu)類似于PCM基群信號(hào)，但只傳輸兩路數(shù)字音頻信號(hào)，其中一路信號(hào)放在第2個(gè)時(shí)隙，另一路可放在第1、2、5、7任何一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第0個(gè)時(shí)隙中有7位幀同步碼，其余29個(gè)時(shí)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(jìn)行兩人時(shí)分復(fù)用通話實(shí)驗(yàn)。話音抽樣頻率可選擇為8K/4K/2K Hz。
用上述前8個(gè)單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道2DPSK或者2FSK通信系統(tǒng)，用1、6、7、8單元可構(gòu)成一個(gè)理想信道數(shù)字基帶通信系統(tǒng)。
利用TX-5型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可開(kāi)設(shè)數(shù)字基帶信號(hào)、數(shù)字調(diào)制、模擬鎖相環(huán)與載波同步、數(shù)字解調(diào)與眼圖、數(shù)字鎖相環(huán)與位同步、幀同步、時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)、時(shí)分復(fù)用2DPSK/ 2FSK通信系統(tǒng)、PCM編譯碼、時(shí)分復(fù)用通話與抽樣定理等十一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以獲得數(shù)字通信時(shí)分復(fù)用技術(shù)及傳輸技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)、鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)。
在學(xué)習(xí)《通信原理》這門課之前，同學(xué)們已基本具備了模擬電路及數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)及調(diào)試能力，通信實(shí)驗(yàn)的主要目的是幫助大家理解通信系統(tǒng)的整體概念及基本理論。因此在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中，不必詳細(xì)地分析各個(gè)單元電路的工作過(guò)程，只說(shuō)明了它們的作用。
TX-5型實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需三輸出直流穩(wěn)壓電源（+5V、3A，+12V、0.5A，?12V、0.5A）已內(nèi)置，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需將交流220V通過(guò)電源線接到實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)的插座內(nèi)。電源開(kāi)關(guān)在實(shí)驗(yàn)板左下角，開(kāi)關(guān)中帶指示燈。
實(shí)驗(yàn)其他必備20MHZ雙蹤示波器，萬(wàn)用表等。在某些實(shí)驗(yàn)步驟中，需用頻率計(jì)、低失真度低頻信號(hào)源、失真儀、頻譜儀等,但無(wú)這些儀器時(shí)絕大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍可完成。
本實(shí)驗(yàn)設(shè)備還有待進(jìn)一步完善，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中也難免有不當(dāng)之處，期望同學(xué)們及有關(guān)老師提出寶貴意見(jiàn)。