時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)

??? 1.掌握時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的基本原理及數(shù)字信號傳輸過程。
??? 2.掌握位同步信號抖動、幀同步信號錯位對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊憽?br>3.掌握位同步信號、幀同步信號在數(shù)字分接中的作用。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

??? 1.用數(shù)字信源模塊、數(shù)字終端模塊、位同步模塊及幀同步模塊連成一個理想信道時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常工作。
??? 2.觀察位同步信號抖動對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊憽?br>??? 3.觀察幀同步信號錯位對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊憽?br>4.用示波器觀察分接后的數(shù)據(jù)信號、用于數(shù)據(jù)分接的幀同步信號、位同步信號。

三、基本原理

本實(shí)驗(yàn)要使用數(shù)字終端模塊。
??? 1. 數(shù)字終端模塊工作原理：
原理框圖如圖7-1所示，電原理圖如圖7-2所示(見附錄)。它輸入單極性非歸零信號、位同步信號和幀同步信號，把兩路數(shù)據(jù)信號從時分復(fù)用信號中分離出來，輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號和兩個8位的并行數(shù)據(jù)信號。兩個并行信號驅(qū)動16個發(fā)光二極管，左邊8個發(fā)光二極管顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊8個發(fā)光二極管顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管亮狀態(tài)表示“1”，熄滅狀態(tài)表示“0”。兩個串行數(shù)據(jù)信號碼速率為數(shù)字源輸出信號碼速率的1/3。
在數(shù)字終端模塊中，有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：
? S-IN????時分復(fù)用基帶信號輸入點(diǎn)
? SD?????抽樣判后的時分復(fù)用信號測試點(diǎn)
? BD?????延遲后的位同步信號測試點(diǎn)
? FD?????整形后的幀同步信號測試點(diǎn)
? D1?????分接后的第一路數(shù)字信號測試點(diǎn)
? B1?????第一路位同步信號測試點(diǎn)
? F1?????第一路幀同步信號測試點(diǎn)
? D2?????分接后的第二路數(shù)字信號測試點(diǎn)
? B2?????第二路位同步信號測試點(diǎn)
? F2?????第二路幀同步信號測試點(diǎn)

圖7-1? 數(shù)字終端原理方框圖

圖7-1中各單元與電路板上元器件對的應(yīng)關(guān)系如下：
? 延遲1????U63：單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器4528
??? ? 延遲2????U62:A：D觸發(fā)器4013
??? ? 整形????U64:A：單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器4528；U62:B：D觸發(fā)器4013
? 延遲3????U67、U68、U69：移位寄存器40174
? ÷3????U72：內(nèi)藏譯碼器的二進(jìn)制寄存器4017
? 串/并變換???U65、U70：八級移位寄存器4094
??? ? 并/串變換????? U66、U71：八級移位寄存器4014(或4021)
? 顯示????? ??三極管9013；發(fā)光二極管
??? 延遲1、延遲2、延遲3、整形及÷3等5個單元可使串/并變換器和并/串變換器的輸入信號SD、位同步信號及幀同步信號滿足正確的相位關(guān)系，如圖7-3所示。
??? 移位寄存器40174把FD延遲7、8、15、16個碼元周期，得到FD-7、FD-15、FD-8（即F1）和FD-16（即F2）等4個幀同步信號。在FD-7及 的作用下，U65（4094）將第一路串行信號變成第一路8位并行信號，在FD-15和 作用下，U70（4094）將第二路串行信號變成第二路8位并行信號。在F1及B1的作用下，U66（4014）將第一路并行信號變?yōu)榇行盘朌1，在F2及B2的作用下，U71（4014）將第二路并行信號變?yōu)榇行盘朌2。B1和B2的頻率為位同步信號BS頻率的1/3，D1信號、D2信號的碼速率為信源輸出信號碼速率的1/3。
U65、U70輸出的并行信號送給顯示單元。根據(jù)數(shù)字信源和數(shù)字終端對應(yīng)的發(fā)光二極管的亮熄狀態(tài)，可以判斷數(shù)據(jù)傳輸是否正確。
串/并變換及并/串變換電路都有需要位同步信號和幀同步信號，還要求幀同步信號的寬度為一個碼元周期且其上升沿應(yīng)與第一路數(shù)據(jù)的起始時刻對齊，因而送給移位寄存器U67的幀同步信號也必須符合上述要求。但幀同步模塊提供的幀同步信號脈沖寬度大于兩個碼元的寬度，且?guī)矫}沖的上升沿超前于數(shù)字信源輸出的基帶信號第一路數(shù)據(jù)的起始時刻約半個碼元（幀同步脈沖上升沿略遲后于位同步信號的上升沿，而位同步信號上升沿位于位同步器輸入信號的碼元中間，由幀同步器工作原理可得到上述結(jié)論），故不能直接將幀同步器提取的幀同步信號送到移位寄存器U67的輸入端。
終端模塊將幀同步器提取的幀同步信號送到單穩(wěn)U64的輸入端，單穩(wěn)U64設(shè)為上升沿觸發(fā)狀態(tài)，其輸出脈沖寬度略小于一個碼元寬度，然后用位同步信號BD對單穩(wěn)輸出抽樣后得到FD，如圖7-3所示。

圖7-3? 變換后的信號波形

應(yīng)指出的是，當(dāng)數(shù)字終端采用其它電路或分接出來的數(shù)據(jù)有其它要求時，對位同步信號及幀同步信號的要求將有所不同，但不管采用什么電路，都需要符合某種相位關(guān)系的幀同步信號和位同步信號才能正確分接出時分復(fù)用的各路信號。
2. 時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)
??? 圖7-5為時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)原理方框圖。復(fù)接器輸出時分復(fù)用單極性不歸零碼（NRZ碼），碼型變換器將NRZ碼變?yōu)檫m于信道傳輸?shù)膫鬏敶a（如HDB3碼等），發(fā)濾波器主要用來限制基帶信號頻帶，收濾器可以濾除一部分噪聲，同時與發(fā)濾波器、信道一起構(gòu)成無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性。復(fù)接器和分接器都需要位同步信號和幀同步信號。

圖7-5? 時分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)

??? 本實(shí)驗(yàn)中復(fù)接路數(shù)N=2，信道是理想的、即相當(dāng)于將發(fā)濾波器輸出信號無失真地傳輸?shù)绞諡V波器。為簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，收、發(fā)濾波器也被省略掉。
本實(shí)驗(yàn)的主要目的是掌握位同步信號及幀同步信號在數(shù)字基帶傳輸中的作用，故也可省略碼型變換和反變換單元。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

??? 本次實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源、位同步、幀同步、數(shù)字終端這四個單元。它們的信號連接關(guān)系如圖7-6所示，其中實(shí)線表示實(shí)驗(yàn)板上已經(jīng)布好，虛線（共四根）表示實(shí)驗(yàn)中要手工連接的信號線。
??? 1.復(fù)習(xí)位同步、幀同步的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并熟悉數(shù)字終端單元工作原理，按照圖7-6將這四個模塊連在一起，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。

圖7-6? 數(shù)字基帶系統(tǒng)連接圖

??? 2.用示波器CH1觀察數(shù)字信源單元NRZ-OUT波形，判斷信源單元是否工作正常。
3.用示波器CH2觀察位同步單元BS-OUT，調(diào)節(jié)位同步單元的可變電容，使位同步信號BS-OUT對準(zhǔn)信源的NRZ信號中間位置并且相位抖動最小。
??? 4.將數(shù)字信源單元的K1置于?1110010，用示波器CH2觀察幀同步單元FS信號與信源NRZ信號的相位關(guān)系，判斷幀同步單元是否工作正常。
??? 5.當(dāng)位同步單元、幀同步單元已正確地提取出位同步信號和幀同步信號時，通過發(fā)光二極管觀察兩路8bit數(shù)據(jù)已正確地傳輸?shù)绞战K端。
??? 6.用示波器觀察分接出來的兩路8bit周期信號D1(對應(yīng)位同步B1)和D2(對應(yīng)B2)。
??? 7.觀察位同步抖動對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?br>用示波器觀察數(shù)字終端單元的D1或D2信號，然后緩慢調(diào)節(jié)位同步單元上的可變電容C2（增大位同步抖動范圍），觀察D1或D2信號波形變化情況和發(fā)光二極管的狀況（C2在某一范圍變化時，D1或D2無誤碼，C2變化太大時出現(xiàn)誤碼）。
8．觀察幀同步對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?br>還原位同步單元到正確的狀態(tài)，將數(shù)字信源單元的K1置為1110 010X，觀察數(shù)字終端分接出來的兩路信號和數(shù)字信源單元的對應(yīng)關(guān)系，分析原因。

??? 五、實(shí)驗(yàn)報告要求

??? 1.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為什么位同步信號在一定范圍內(nèi)抖動時并不發(fā)生誤碼？位同步信號的這個抖動范圍大概為多少？在圖7-5所示的實(shí)際通信系統(tǒng)中是否也存在此現(xiàn)象？為什么。
2.幀同步信號在對復(fù)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分接時起何作用，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以說明。
3.分析數(shù)字終端模塊中串/并變換和并/串變換電路的工作原理。