實驗? 時分復用數字基帶通信系統

??? 一、實驗目的

??? 1.掌握時分復用數字基帶通信系統的基本原理及數字信號傳輸過程。
??? 2.掌握位同步信號抖動、幀同步信號錯位對數字信號傳輸的影響。
3.掌握位同步信號、幀同步信號在數字分接中的作用。

二、實驗內容

??? 1.用數字信源模塊、數字終端模塊、位同步模塊及幀同步模塊連成一個理想信道時分復用數字基帶通信系統，使系統正常工作。
??? 2.觀察位同步信號抖動對數字信號傳輸的影響。
??? 3.觀察幀同步信號錯位對數字信號傳輸的影響。
4.用示波器觀察分接后的數據信號、用于數據分接的幀同步信號、位同步信號。

三、基本原理

本實驗要使用數字終端模塊。
??? 1. 數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，把兩路數據信號從時分復用信號中分離出來，輸出兩路串行數據信號和兩個8位的并行數據信號。兩個并行信號驅動16個發光二極管，左邊8個發光二極管顯示第一路數據，右邊8個發光二極管顯示第二路數據，二極管亮狀態表示“1”，熄滅狀態表示“0”。兩個串行數據信號碼速率為數字源輸出信號碼速率的1/3。
在數字終端模塊中，有以下測試點及輸入輸出點：
? S-IN????時分復用基帶信號輸入點
? SD?????抽樣判后的時分復用信號測試點
? BD?????延遲后的位同步信號測試點
? FD?????整形后的幀同步信號測試點
? D1?????分接后的第一路數字信號測試點
? B1?????第一路位同步信號測試點
? F1?????第一路幀同步信號測試點
? D2?????分接后的第二路數字信號測試點
? B2?????第二路位同步信號測試點
? F2?????第二路幀同步信號測試點

圖7-1? 數字終端原理方框圖

圖7-1中各單元與電路板上元器件對的應關系如下：
? 延遲1????U63：單穩態多諧振蕩器4528
??? ? 延遲2????U62:A：D觸發器4013
??? ? 整形????U64:A：單穩態多諧振蕩器4528；U62:B：D觸發器4013
? 延遲3????U67、U68、U69：移位寄存器40174
? ÷3????U72：內藏譯碼器的二進制寄存器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為串行信號D1，在F2及B2的作用下，U71（4014）將第二路并行信號變為串行信號D2。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。根據數字信源和數字終端對應的發光二極管的亮熄狀態，可以判斷數據傳輸是否正確。
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與第一路數據的起始時刻對齊，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，且幀同步脈沖的上升沿超前于數字信源輸出的基帶信號第一路數據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U64的輸入端，單穩U64設為上升沿觸發狀態，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

應指出的是，當數字終端采用其它電路或分接出來的數據有其它要求時，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系的幀同步信號和位同步信號才能正確分接出時分復用的各路信號。
2. 時分復用數字基帶通信系統
??? 圖7-5為時分復用數字基帶通信系統原理方框圖。復接器輸出時分復用單極性不歸零碼（NRZ碼），碼型變換器將NRZ碼變為適于信道傳輸的傳輸碼（如HDB3碼等），發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，同時與發濾波器、信道一起構成無碼間串擾的基帶傳輸特性。復接器和分接器都需要位同步信號和幀同步信號。

圖7-5? 時分復用數字基帶通信系統

??? 本實驗中復接路數N=2，信道是理想的、即相當于將發濾波器輸出信號無失真地傳輸到收濾波器。為簡化實驗設備，收、發濾波器也被省略掉。
本實驗的主要目的是掌握位同步信號及幀同步信號在數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、實驗步驟

??? 本次實驗使用數字信源、位同步、幀同步、數字終端這四個單元。它們的信號連接關系如圖7-6所示，其中實線表示實驗板上已經布好，虛線（共四根）表示實驗中要手工連接的信號線。
??? 1.復習位同步、幀同步的實驗內容并熟悉數字終端單元工作原理，按照圖7-6將這四個模塊連在一起，接通實驗箱電源。

圖7-6? 數字基帶系統連接圖

??? 2.用示波器CH1觀察數字信源單元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，調節位同步單元的可變電容，使位同步信號BS-OUT對準信源的NRZ信號中間位置并且相位抖動最小。
??? 4.將數字信源單元的K1置于?1110010，用示波器CH2觀察幀同步單元FS信號與信源NRZ信號的相位關系，判斷幀同步單元是否工作正常。
??? 5.當位同步單元、幀同步單元已正確地提取出位同步信號和幀同步信號時，通過發光二極管觀察兩路8bit數據已正確地傳輸到收終端。
??? 6.用示波器觀察分接出來的兩路8bit周期信號D1(對應位同步B1)和D2(對應B2)。
??? 7.觀察位同步抖動對數據傳輸的影響。
用示波器觀察數字終端單元的D1或D2信號，然后緩慢調節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變化太大時出現誤碼）。
8．觀察幀同步對數據傳輸的影響。
還原位同步單元到正確的狀態，將數字信源單元的K1置為1110 010X，觀察數字終端分接出來的兩路信號和數字信源單元的對應關系，分析原因。

??? 五、實驗報告要求

??? 1.本實驗系統中，為什么位同步信號在一定范圍內抖動時并不發生誤碼？位同步信號的這個抖動范圍大概為多少？在圖7-5所示的實際通信系統中是否也存在此現象？為什么。
2.幀同步信號在對復用數據進行分接時起何作用，用實驗結果加以說明。
3.分析數字終端模塊中串/并變換和并/串變換電路的工作原理。