專利名稱：研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信電子技術領域。涉及到通信原理實驗電子系統(tǒng)。是用一個先進的電子系統(tǒng)做為平臺，解決各種數(shù)字通信原理電路的實驗問題，可以做為高校通信類專業(yè)的專用實驗教學設備，也可以做為新型數(shù)字通信電路的研究實驗設備。
背景技術：
近年來通信技術發(fā)展極快，尤其在通信設備小型化、數(shù)字化、多功能化和高速化的要求下，實現(xiàn)通信功能的單元電路從原理到電路結構以及所用器件都在不斷發(fā)生了很大的變化，因而要求通信專業(yè)技術人員必須掌握和運用這些新的技術，相應的高校教學實驗設備也應向新的技術看齊。大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA技術非常適用于通信技術的發(fā)展要求，被廣泛采用，這是一個硬件制造軟件化，軟件執(zhí)行硬件化的良好技術載體。但是目前還沒有一種通用的平臺裝置來檢驗某種新的數(shù)字模塊電路原理的正確性以及對用這種原理所設計的電路的性能進行平評價。而目前高校通信實驗教學中，實驗設備局限于單元IC器件搭建的某幾個單一功能電路，無法分別開出多種實驗課程，更不能以系統(tǒng)的規(guī)模進行設計性、綜合性實驗，而實驗方法則主要是驗證性觀察測量，學生得不到創(chuàng)新性、開發(fā)性教育。從實施角度講，采用現(xiàn)有通信設備，雖然精良，但是價格昂貴，并且現(xiàn)有設備是以運行為主的，解決以上二個問題也力所不及。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一種檢驗新的數(shù)字模塊電路原理的正確性以及對用這種原理所設計的電路的性能進行評價的通用平臺及能夠分別開出多種實驗課程，并以系統(tǒng)的規(guī)模進行設計性、綜合性實驗的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術解決方案是，由一個發(fā)信平臺和一個收信平臺及一種選擇信道可組成一個通用通信系統(tǒng)，也可以由四個以下發(fā)信平臺和四個以下收信平臺及四種信道連接，組成一對多、多對一、多對多的通信系統(tǒng)。組成系統(tǒng)以后，由實驗人員選擇具體的通信形式，并選用相應的編解碼程序下載到平臺上，組成完整的通信系統(tǒng)，可由機上的數(shù)顯裝置及狀態(tài)顯示器及外接示波器等儀表評價該系統(tǒng)。
本發(fā)明裝置從技術上講是采用先進的FPGA技術做為各種信源、信道編解碼器的應用載體，從配置上看，它具備組成通信系統(tǒng)的各個功能模塊，例如信源及指示器，采樣及數(shù)模變換器，多種信道及信道特性模擬器，接收放大整形器及被恢復信源的指示終端和指示器。用戶在這套系統(tǒng)中可以實驗某一新的信源或信道編碼方法的性能及在系統(tǒng)中的應用情況，更多的是在高校通信專業(yè)綜合實驗中，由學生自由設計成某一方式的數(shù)字通信系統(tǒng)，因此它是一種通用設計性綜合性的通信原理實驗系統(tǒng)。
本發(fā)明的系統(tǒng)結構如圖1，由發(fā)信機平臺、收信機平臺、信道和信道特性模擬裝置組成，發(fā)信和收信平臺和計算機有通信接口，可由計算機下載設計、仿真后的功能程序，也可將程序固化在掉電不丟失的存儲器中，以方便使用，由平臺上的設置開關指定系統(tǒng)為某一種類的通信系統(tǒng)。圖中的信道是三種有線信道和一種無線信道，三種有線信道為模擬信道(電信號)、數(shù)字信道(電信號)、光纖信道(光信號)，信道特性模擬器相應的也有四種方式，相應于三種有線信道，它們均可實現(xiàn)所傳輸信號的衰減、延遲、加入噪聲和干擾，并可調節(jié)。
發(fā)機平臺由機箱、主板和電源構成外觀整機。主機板上有多路信源，包括可變直流信號及相應的數(shù)顯表；可變頻率信號及相應的指示器；多種音樂信號及相應的指示喇叭；由單片機及液晶顯示器組成的圖形及字符發(fā)生器，其輸出可選擇為經(jīng)D/A轉換后的模擬信號信源，又可選擇為經(jīng)RS-232后輸出串行數(shù)字信源，還有一音頻輸入插孔和視頻輸入插孔。主機板上有多路A/D轉換器，其數(shù)據(jù)輸出線和控制線均接到FPGA的I/O引腳上。主機板上有二片F(xiàn)PGA芯片，根據(jù)用法可選擇一片或者二片，每片F(xiàn)PGA上引出8位LED指示燈，8位信號測試輸出引腳和4位數(shù)碼LED用以指示所調試程序的狀態(tài)。主機板上的信道驅動部分都單獨和FPGA相連。其中模擬信號由FPGA驅動D/A轉換器實現(xiàn)。
主機板上另有一塊大規(guī)模CPLD芯片實現(xiàn)管理和控制及標準時鐘的產(chǎn)生。
接收機平臺也由一機箱、主板和電源組成一個外觀整機。主機板上有相應于接收信號類型的放大、濾波、整形電路。主板上有和發(fā)機一樣的二片F(xiàn)PGA大規(guī)模芯片及相應的8位LED指示燈，8位測試輸出信號引腳及4位數(shù)碼LED。主機板上還有多路D/A轉換器其數(shù)據(jù)線和控制線與FPGA相連，其模擬輸出信號送到相應的終端上，有相應的指示裝置，其中波形信號送到由單片機控制的液晶點陣顯示器上去，相應的視頻和音頻信號送到視頻和音頻輸出插口上。主機板上也具有一片CPLD芯片，做為主板上管理控制器及標準時鐘的產(chǎn)生。
本系統(tǒng)的工作和使用原理、通信就是實現(xiàn)可靠的信息發(fā)和收的過程，在發(fā)端，多個信源接入A/D轉換器，由用戶編制的FPGA采樣程序(或使用本機提供的標準程序)變成數(shù)字信號，F(xiàn)PGA也直接接收串行/并行數(shù)字信號，這些信源數(shù)據(jù)在FPGA內由程序進行多種信源編碼和信道編碼，并實現(xiàn)多種調制和復用，最后送入四種信道中的某一信道中，信道模擬器對所傳輸?shù)男盘柤訑_，最后由接收平臺接收并還原成原始信號，并送指示器，完成通信過程。
這些都是由FPGA的程序模塊來完成。本機提供標準的參考程序。對同一功能用戶可以用多種方法實現(xiàn)，當然通信質量也不一樣。用戶更可以在本機上試驗某一部分的新發(fā)明電路。
信道模擬器是可選的單元模塊。
發(fā)、收主機板上都具有存儲器單元，將調試好的正確程序存入，則可將其變成某種固定功能的通信系統(tǒng)。
本發(fā)明所達到的有益效果是，從高校通信專業(yè)實驗課角度，一機可作多個實驗，一個實驗可用多個方法，且是設計性的實驗，可組成完整通信系統(tǒng)，內容豐富，利于開發(fā)學生的創(chuàng)新能力。從研究的角度可以把某一新的通信功能電路原理在此機上配合現(xiàn)有功能模塊組成系統(tǒng)，以便對新的模塊進行評價。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是本發(fā)明的實施示意圖。
圖2是發(fā)信平臺電路原理框圖。
圖3為收信平臺電路原理框圖。
圖4是信道特性框圖。
具體實施例方式
通信發(fā)機平臺由以下幾部分組成信源部分、采樣及模數(shù)部分、信號處理部分、輸出驅動部分、控制及各種時鐘源選擇部分、電源部分。
信源部分。信源1為可調幅度直流電壓源并有相應的數(shù)顯電壓表指示；信源2為可調頻率源并有相應的頻率指示器；信源3為圖形信源，由單片機及圖形液晶顯示器組成，可輸出串行、并行的數(shù)字信號，也輸出用D/A轉換器輸出的模擬波形信號；信源4是多種模擬音樂信號，由開關控制的放大及喇叭指示。另有視頻及音頻輸入插座及相應的放大器為附加信源。
采樣及模數(shù)部分?？刹捎枚嘟M該模塊，以便實驗多信源的同時傳送實驗。本裝置采用四組由選擇開關來選擇的信源的模數(shù)模塊。
信號處理部分。采用二片F(xiàn)PGA，分別帶有各自的數(shù)字顯示、狀態(tài)顯示及輸信號插針供調試程序用，配有存儲器及工作開關，來決定FPGA由上位機下載程序還是開機時由存儲器轉載程序。二片F(xiàn)PGA均可由頻率源插座選擇頻率信號。二片F(xiàn)PGA都可控制采樣部分和輸出部分，實現(xiàn)多對多通信。二片F(xiàn)PGA也可級聯(lián)使用實現(xiàn)更大的系統(tǒng)。
輸出驅動部分。模擬輸出部分是指數(shù)字信號的正弦波調制，數(shù)字輸出是485，488，232等標準的數(shù)字輸出，光纖輸出是驅動LED激光器，無線調制采用標準模塊。
控制部分。產(chǎn)生各種頻率源及信源指示部分所需要信號。
通信收機平臺由以下幾部分組成接收放大、信號處理、數(shù)模轉換、被恢復信號指示等幾部分組成。
接收放大部分四種信道收到的信號由相應的放大、整形器變成標準的數(shù)字碼流。信號處理部分的FPGA1和FPGA2都可接收這種碼流進行相應的解碼，以便恢復相應的數(shù)字信號，由D/A轉換器還原成模擬信號，由相應的指示器指示出來。二片F(xiàn)PGA的配置及使用和圖2是一樣的。
信道特性模擬器，它是個配件，由調節(jié)器1和調節(jié)器2來調節(jié)對信號的加擾程度。對信號的加擾也可由發(fā)信端的信號處理部分產(chǎn)生。
權利要求
1.研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，由發(fā)信機平臺、收信機平臺、信道和組成，信道連接發(fā)信機平臺和收信機平臺，信道特性模擬裝置與信道連接，發(fā)信平臺和收信平臺與計算機有通信接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)信機平臺有1～4個、收信平臺有1～4個、信道有1～4個。
3.根據(jù)權利要求1、2所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，信道是三種有線信道和一種無線信道，三種有線信道為模擬信道、數(shù)字信道、光纖信道。
4.根據(jù)權利要求1、2所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)信機平臺由機箱、主板和電源構成；主板由信源部分、采樣及模數(shù)部分、信號處理部分、輸出驅動部分、控制及各種時鐘源選擇部分組成；主機板上有多路信源，包括可變直流信號及相應的數(shù)顯表；可變頻率信號及相應的指示器；多種音樂信號及相應的指示喇叭；由單片機及液晶顯示器組成的圖形及字符發(fā)生器，其輸出可選擇為經(jīng)D/A轉換為模擬信號信源，又可選擇為經(jīng)RS-232后輸出的串行數(shù)字信源，還有一音頻輸入插孔和視頻輸入插孔，主機板上有多路A/D轉換器，其數(shù)據(jù)輸出線和控制線均接到FPGA的I/O引腳上，主機板上有二片F(xiàn)PGA芯片，根據(jù)用法可選擇一片或者二片，每片F(xiàn)PGA上引出8位LED指示燈，8位信號測試輸出引腳和4位數(shù)碼LED用以指示所調試程序的狀態(tài)，主機板上的信道驅動部分都單獨和FPGA相連，其中模擬信號由FPGA驅動D/A轉換器實現(xiàn)，主機板上的大規(guī)模CPLD芯片實現(xiàn)管理和控制及標準時鐘的產(chǎn)生。
5.根據(jù)權利要求1、2所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，接收機平臺由一機箱、主板和電源組成；主機板上有相應于接收信號類型的放大、濾波、整形電路，主板上有和發(fā)機一樣的二片F(xiàn)PGA大規(guī)模芯片及相應的8位LED指示燈，8位測試輸出信號引腳及4位數(shù)碼LED，主機板上還有多路D/A轉換器其數(shù)據(jù)線和控制線與FPGA相連，其模擬輸出信號送到相應的終端上，有相應的指示，其中波形信號送到由單片機控制的液晶點陣顯示器上去，相應的視頻和音頻信號送到視頻和音頻輸出插口上，主機板上也具有一片CPLD芯片，做為主板上管理控制器及標準時鐘的產(chǎn)生。
6.根據(jù)權利要求1、2所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，信道特性模擬器是單元模塊。
7.根據(jù)權利要求1所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)信機平臺主機板上都有存儲器，將調試好的正確程序存入，將其變成固定功能的通信系統(tǒng)。
8.根據(jù)權利要求1所述的研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)，其特征在于，收信機平臺主機板上都有存儲器，將調試好的正確程序存入，將其變成固定功能的通信系統(tǒng)。
全文摘要
研究設計型通信原理實驗系統(tǒng)屬于通信電子技術領域，由發(fā)信機平臺、收信機平臺、信道和信道特性模擬裝置組成，發(fā)信機平臺有1～4個、收信平臺有1～4個、信道有1～4個，信道模擬器是單元模塊，信道特性模擬器有1～4種方式，發(fā)信機平臺由機箱、主機板、電源部分構成。主機板由信源部分、采樣及模數(shù)部分、信號處理部分、輸出驅動部分、控制及各種時鐘源選擇部分構成，接收機平臺由一機箱、主機板和電源部分構成。主機板上有相應于接收信號類型的放大、濾波、整形電路和相應于發(fā)送信息還原的相應電路單元組成。發(fā)、收信機平臺主機板上有專用存儲器單元，在需要將其變成固定功能的通信系統(tǒng)的時候，將調試好的正確程序存入。本系統(tǒng)有利于開發(fā)學生的創(chuàng)新能力，便于對新的模塊進行評價，可用于為高校通信類專業(yè)的專用實驗教學設備，也可以做為新型數(shù)字通信電路的研究實驗設備。
文檔編號H04B3/00GK1440136SQ0311110
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月1日 優(yōu)先權日2003年3月1日
發(fā)明者李明偉, 郭成安, 閻衛(wèi)平 申請人:大連理工大學