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4.基础性:
与当今通信原理课程和教学大纲结合紧密;
5.使用性:
便于老师对实验内容的组织和实施。
1.2电路组成概述
在通信原理综合实验系统中,主要由下列功能模块组成:
1、显示控制模块
2、FPGA初始化模块
3、信道接口模块
4、DSP+FPGA处理模块
5、D/A模块
6、中频调制模块
7、中频解调模块
8、A/D模块
9、测试模块
10、汉明编码模块
11、汉明译码模块
12、噪声模块
13、电话接口(1、2)模块
14、DTMF(1、2)模块
15、PAM模块
16、ADPCM(1、2)模块
17、CVSD发模块
18、CVSD收模块
19、帧传输复接模块
20、帧传输解复接模块
21、AMI/HDB3码模块
22、CMI编码模块
23、CMI译码模块
24、模拟锁相环模块
25、数字锁相环模块
在该硬件平台中,模块化功能较强,其电路布局见图1.2.1所示。
对于每一个模块,在PCB板上均由白色线条将其明显分割开来,每个测试模块都能单独开设实验,便于教学与学习。
在通信原理综合实验系统中,电源插座与电源开关在机箱的后面,电源模块在该实验平台电路板的下面,它主要完成交流220V到+5V、+12V、-12V的直流变换,给整个硬件平台供电。
在平台上具有友好的人机接口界面设计,学生可以通过键盘选择相应的工作模式与设置有关参数。
菜单可选择方式及设置参数1.3一节。
通信原理综合实验系统通过下面几个端口与外部进行连接:
1.JH02(实验箱左端同步口模块内):
同步数据接口方式。
该接口电平特性为RS422,通过该端口接收外部来的发送数据,并送入调制器中;
同时将解调器解调之后的数据通过该端口送往外部设备。
在该接口中,还包括调制解
调器提供的收发时钟信号。
在使用RS422接口时需要通过菜单设置,选择调制器输入信号为“外部数据信号”。
2.K002(实验箱中上部左端的中频Q9连接器):
为中频发送信号连接器,调制后的中频信号通过该口对外输出,一般通过中频同轴电缆送入信道仿真平台(JH6001)或自环送到接收端设备。
3.JL02(实验箱中上部右端的中频Q9连接器):
从信道中来的中频信号(如加噪后的中频信号、无线衰落后的低中频信号)由该端口输入,送入解调模块中进行解调。
4.J007(数字测试信号输入)、J005(模拟测试信号输入)、J006(地)(在实验箱左端的信号输入接头):
为测试信号输入湍,用于向通信原理综合实验系统中送入各种测试信号。
测试信号的输入能否加入测试模块还与测试模块的跳线器设置有关,具体见测试步骤。
5.JF01、JG01:
标准异步数据端口A(JF01)和B(JG01)。
A到B的异步传输经过信道传输,B到A为直通方式。
通信原理综合实验系统接口布局见图1.2.2所示。
在通信原理综合实验系统中,为便于学习和实验,各项实验内容是以模块进行划分,每个测试模块可以单独开设实验。
各模块之间的系统连接见图1.2.3所示。
由图可以看出,在系统中通信双方的传输信道是不对称的。
从用户电话1向用户电话2的信号支路是以无线信道传输技术为主,信号流程为:
用户电话接口1→话音编码1→汉明纠错编码→信道调制→加噪信道→信道解调→汉明译码→话音解码2→用户电话接口2。
从用户电话2向用户电话1的信号支路是以有线信道传输技术为主,信号流程为:
用户电话接口2→话音编码2→信道复接→线路编码(HDB3/CMI)→线路译码→信道解复接→话音解码1→用户电话接口1。
这样设计实验系统的目的是为了在不增加成本的条件下最大限度的增加系统实验内容,加强学生的动手能力,便于将各测试模块放在不同系统中进行测试、比较,加强学生对各模块在系统中的地位、作用、性能的掌握,使学生对通信系统有一个较全面的了解,同时老师可以根据实验实际课时对实验项目进行组织和优化。
在每一个模块中,都有测试点与测试插座对应信号点的定义。
1.3通信原理实验箱用户使用说明书
在通信原理综合实验系统中,各模块的功能实现,需初始化不同的FPGA程序与数字信号处理DSP程序,并对它们进行一定的管理。
这些都是通过操作界面,让学生进行选择、控制。
在系统加电之后,系统按照上次关机前选择的模式进行初始化,在这期间DSP+FPGA模块中的初始化灯(DV01)熄灭。
当初始化完成之后,初始化灯亮。
在这之后大约经过5秒钟之后,完成相应模式参数的设置。
在这过程中,液晶显示器一直显示以下内容:
通信原理实验
完成初始化与参数设定后,液晶显示:
调制方式选择
之后,将等待学生的输入,学生必须按下箭头键(除复位键外,其它键将不起作用),将进入前一次学生选择的界面。
学生通过上、下箭头键进行下列菜单的选择:
菜单1:
调制方式选择(该菜单上只有下箭头和右箭头起作用)
菜单2:
FSK传输系统
菜单3:
BPSK传输系统
菜单4:
DBPSK传输系统
菜单5:
输入数据选择
菜单6:
外部数据信号
菜单7:
全1码
菜单8:
全0码
菜单9:
0/1码
菜单10:
特殊码序列
菜单11:
m序列
菜单12:
工作方式选择
菜单13:
匹配滤波
菜单14:
ADPCM
菜单15:
PCM(在该菜单上只有上箭头和左箭头起作用)
通过上下箭头,学生可以在菜单1到菜单15之间移动,对已选择的模式或参数的菜单打勾,否则显示小手。
如要选择某一种模式,当移至该菜单时按确认键即可。
当学生可在菜单2到菜单4任一菜单上进行确认时,系统对学生选择的模式进行初始化,在这期间左边的初始化灯(DV01)熄灭。
在这之后大约经过5秒钟,完成相应模式参数的设置,并且在该菜单上打勾。
菜单2-4是调制方式选择;
菜单6-11是输入数据选择;
菜单13是一个复选菜单:
第一次确认选择,第二次按确认则取消该参数的设置;
菜单14-15是语音编码方式选择。
PCM编译码器系统
一、实验原理和电路说明
PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码,该模块采用MC145540集成电路完成PCM编译码功能。
该器件具有多种工作模式和功能,工作前通过显示控制模块将其配置成直接PCM模式(直接将PCM码进行打包传输),使其具有以下功能:
1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出。
2、将输入的PCM码字进行译码(即通话对方的PCM码字),并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。
在通信原理实验平台中,有二套完全一致的PCM编译码模块,这二个模块与相应的电话用户接口模块相连。
本教程仅以第一路PCM编译码原理进行说明,另一个模块原理与第一路模块相同,不再重述。
PCM编译码器模块电路与ADPCM编译码器模块电路完全一样,由语音编译码集成电路U502(MC145540)、运放U501(TL082)、晶振U503(20.48MHz)及相应的跳线开关、电位器组成。
电路工作原理如下:
PCM编译码模块中,由收、发两个支路组成,在发送支路上发送信号经U501A运放后放大后,送入U502的2脚进行PCM编码。
编码输出时钟为BCLK(256KHz),编码数据从U502的20脚输出(DT_ADPCM1),FSX为编码抽样时钟(8KHz)。
编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理,或直接送到对方PCM译码单元。
在接收支路中,收数据是来自解数据复接模块的信号(DT_ADPCM_MUX),或是直接来自对方PCM编码单元信号(DT_ADPCM2),在接收帧同步时钟FSX(8KHz)与接收输入时钟BCLK(256KHz)的共同作用下,将接收数据送入U502中进行PCM译码。
译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出,送到用户接口模块中。
PCM编译码模块中的各跳线功能如下(测试点与ADPCM编译码模块相同):
1、跳线开关K501是用于选择输入信号,当K501置于N(正常)位置时,选择来自用户接口单元的话音信号;
当K501置于T(测试)位置时选择测试信号。
测试信号主要用于测试PCM的编译码特性。
测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号,当设置在交换模块内的跳线开关KQ01设置在1_2位置(左端)时,选择内部1KHz测试信号;
当设置在2_3位置(右端)时选择外部测试信号,测试信号从J005模拟测试端口输入。
2、跳线器K502用于设置发送通道的增益选择,当K502置于T(正常)位置时,选择系统平台缺省的增益设置;
当K502置于T(调试)位置时可将通过调整电位器W501设置发通道的增益。
3、跳线器K504用于设置PCM编码器是用于输入数据信号选择,当K504置于MUX(左)时处于正常状态,解码数据来自解数据复接模块的信号;
当K504置于ADPCM2(中)时处于正常状态,解码数据来自对方PCM编码单元信号;
当KF04置于LOOP(右)时PCM单元将处于自环状态。
4、跳线器K503用于设置接收通道增益选择,当K503置于T(正常)时,选择系统平台缺省的增益设置;
当K503置于N(调试)时将通过调整电位器W502设置收通道的增益。
该单元的电路框图见图4.2.1。
二个模块电路完全相同。
在该模块中,各测试点的定义如下:
1、TP501:
发送模拟信号测试点
2、TP502:
PCM发送码字
3、TP503:
PCM编码器输入/输出时钟
4、TP504:
PCM编码抽样时钟
5、TP505:
PCM接收码字
6、TP506:
接收模拟信号测试点
二、实验仪器
1、JH5001通信原理综合实验系统一台
2、20MHz双踪示波器一台
3、函数信号发生器一台
4、音频信道传输损伤测试仪一台
三、实验目的
1、了解语音编码的工作原理,验证PCM编译码原理;
2、熟悉PCM抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系;
3、了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用;
4、熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法;
四、实验内容
加电后,通过菜单选择“PCM”编码方式。
此时,系统将U502设置为PCM模式。
(一)PCM编码器
1.输出时钟和帧同步时隙信号观测
用示波器同时观测抽样时钟信号(TP504)和输出时钟信号(TP503),观测时以TP504做同步。
分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系(同步沿、脉冲宽度等)。
2.抽样时钟信号与PCM编码数据测量
方法一:
将跳线开关K501设置在T位置,用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006(地)。
用示波器同时观测抽样时钟信号(TP504)和编码输出数据信号端口(TP502),观测时以TP504做同步。
分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号(同步沿、脉冲宽度)及输出时钟的对应关系。
方法二:
将输入信号选择开关K501设置在T位置,将交换模块内测试信号选择开关K001设置在内部测试信号1_2位置(左端)。
此时由该模块产生一个1KHz的测试信号,送入PCM编码器。
(1)用示波器同时观测抽样时钟信号(TP504)和编码输出数据信号端口(TP502),观测时以TP504做同步。
分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。
(2)将发通道增益选择开关K502设置在T位置(右端),通过调整电位器W501改变发通道的信号电平。
用示波器观测编码输出数据信号(TP502)随输入信号电平变化的关系。
(二)PCM译码器
将跳线开关K501设置在T位置(左端)、K504设置在LOOP位置(右端)。
此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器,构成自环。
用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006(地)。
PCM译码器输出模拟信号观测
(1)用示波器同时观测解码器输出信号端口(TP506)和编码器输入信号端口(TP501),观测信号时以TP501做同步。
定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
(2)将测试信号频率固定在1000Hz,改变测试信号电平,定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
观测信噪比随输入信号电平变化的相关关系。
(3)将测试信号电平固定在2Vp-p,调整测试信号频率,定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。
观测信噪比与输入信号频率变化的相关关系。
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- PCM 译码