专利名称：综合型数字通信实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信电子技术领域。涉及到通信原理实验电子系统。是用一个先进的电子系统做为平台，解决各种数字通信原理电路的实验问题，可以做为高校通信类专业的专用实验教学设备，也可以做为新型数字通信电路的研究实验设备。
背景技术：
近年来通信技术发展极快，尤其在通信设备小型化、数字化、多功能化和高速化的要求下，实现通信功能的单元电路从原理到电路结构以及所用器件都在不断发生了很大的变化，因而要求通信专业技术人员必须掌握和运用这些新的技术，相应的高校教学实验设备也应向新的技术看齐。大规模可编程器件FPGA技术非常适用于通信技术的发展要求，被广泛采用，这是一个硬件制造软件化，软件执行硬件化的良好技术载体。但是目前还没有一种通用的平台装置来检验某种新的数字模块电路原理的正确性以及对用这种原理所设计的电路的性能进行平评价。而目前高校通信实验教学中，实验设备局限于单元IC器件搭建的某几个单一功能电路，无法分别开出多种实验课程，更不能以系统的规模进行设计性、综合性实验，而实验方法则主要是验证性观察测量，学生得不到创新性、开发性教育。从实施角度讲，采用现有通信设备，虽然精良，但是价格昂贵，并且现有设备是以运行为主的，解决以上二个问题也力所不及。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种检验新的数字模块电路原理的正确性以及对用这种原理所设计的电路的性能进行评价的通用平台及能够分别开出多种实验课程，并以系统的规模进行设计性、综合性实验的综合型数字通信实验装置。
本实用新型的技术解决方案是，由一个发信平台和一个收信平台及一种选择信道可组成一个通用通信系统，也可以由四个以下发信平台和四个以下收信平台及四种信道连接，组成一对多、多对一、多对多的通信系统。组成系统以后，由实验人员选择具体的通信形式，并选用相应的编解码程序下载到平台上，组成完整的通信系统，可由机上的数显装置及状态显示器及外接示波器等仪表评价该系统。
本实用新型装置从技术上讲是采用先进的FPGA技术做为各种信源、信道编解码器的应用载体，从配置上看，它具备组成通信系统的各个功能模块，例如信源及指示器，采样及数模变换器，多种信道及信道特性模拟器，接收放大整形器及被恢复信源的指示终端和指示器。用户在这套系统中可以实验某一新的信源或信道编码方法的性能及在系统中的应用情况，更多的是在高校通信专业综合实验中，由学生自由设计成某一方式的数字通信系统，因此它是一种通用设计性综合性的通信原理实验系统。
本实用新型的系统结构如图1，由发信机平台、收信机平台、信道和信道特性模拟装置组成，发信和收信平台和计算机有通信接口，可由计算机下载设计、仿真后的功能程序，也可将程序固化在掉电不丢失的存储器中，以方便使用，由平台上的设置开关指定系统为某一种类的通信系统。图中的信道是三种有线信道和一种无线信道，三种有线信道为模拟信道(电信号)、数字信道(电信号)、光纤信道(光信号)，信道特性模拟器相应的也有四种方式，相应于三种有线信道，它们均可实现所传输信号的衰减、延迟、加入噪声和干扰，并可调节。
发机平台由机箱、主板和电源构成外观整机。主机板上有多路信源，包括可变直流信号及相应的数显表；可变频率信号及相应的指示器；多种音乐信号及相应的指示喇叭；由单片机及液晶显示器组成的图形及字符发生器，其输出可选择为经D/A转换后的模拟信号信源，又可选择为经RS-232后输出串行数字信源，还有一音频输入插孔和视频输入插孔。主机板上有多路A/D转换器，其数据输出线和控制线均接到FPGA的I/O引脚上。主机板上有二片FPGA芯片，根据用法可选择一片或者二片，每片FPGA上引出8位LED指示灯，8位信号测试输出引脚和4位数码LED用以指示所调试程序的状态。主机板上的信道驱动部分都单独和FPGA相连。其中模拟信号由FPGA驱动D/A转换器实现。
主机板上另有一块大规模CPLD芯片实现管理和控制及标准时钟的产生。
接收机平台也由一机箱、主板和电源组成一个外观整机。主机板上有相应于接收信号类型的放大、滤波、整形电路。主板上有和发机一样的二片FPGA大规模芯片及相应的8位LED指示灯，8位测试输出信号引脚及4位数码LED。主机板上还有多路D/A转换器其数据线和控制线与FPGA相连，其模拟输出信号送到相应的终端上，有相应的指示装置，其中波形信号送到由单片机控制的液晶点阵显示器上去，相应的视频和音频信号送到视频和音频输出插口上。主机板上也具有一片CPLD芯片，做为主板上管理控制器及标准时钟的产生。
本系统的工作和使用原理、通信就是实现可靠的信息发和收的过程，在发端，多个信源接入A/D转换器，由用户编制的FPGA采样程序(或使用本机提供的标准程序)变成数字信号，FPGA也直接接收串行/并行数字信号，这些信源数据在FPGA内由程序进行多种信源编码和信道编码，并实现多种调制和复用，最后送入四种信道中的某一信道中，信道模拟器对所传输的信号加扰，最后由接收平台接收并还原成原始信号，并送指示器，完成通信过程。
这些都是由FPGA的程序模块来完成。本机提供标准的参考程序。对同一功能用户可以用多种方法实现，当然通信质量也不一样。用户更可以在本机上试验某一部分的新发明电路。
信道模拟器是可选的单元模块。
发、收主机板上都具有存储器单元，将调试好的正确程序存入，则可将其变成某种固定功能的通信系统。
本实用新型所达到的有益效果是，从高校通信专业实验课角度，一机可作多个实验，一个实验可用多个方法，且是设计性的实验，可组成完整通信系统，内容丰富，利于开发学生的创新能力。从研究的角度可以把某一新的通信功能电路原理在此机上配合现有功能模块组成系统，以便对新的模块进行评价。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型的实施示意图。
图2是发信平台电路原理框图。
图3为收信平台电路原理框图。
图4是信道特性框图。
具体实施方式
通信发机平台由以下几部分组成信源部分、采样及模数部分、信号处理部分、输出驱动部分、控制及各种时钟源选择部分、电源部分。
信源部分。信源1为可调幅度直流电压源并有相应的数显电压表指示；信源2为可调频率源并有相应的频率指示器；信源3为图形信源，由单片机及图形液晶显示器组成，可输出串行、并行的数字信号，也输出用D/A转换器输出的模拟波形信号；信源4是多种模拟音乐信号，由开关控制的放大及喇叭指示。另有视频及音频输入插座及相应的放大器为附加信源。
采样及模数部分。可采用多组该模块，以便实验多信源的同时传送实验。本装置采用四组由选择开关来选择的信源的模数模块。
信号处理部分。采用二片FPGA，分别带有各自的数字显示、状态显示及输信号插针供调试程序用，配有存储器及工作开关，来决定FPGA由上位机下载程序还是开机时由存储器转载程序。二片FPGA均可由频率源插座选择频率信号。二片FPGA都可控制采样部分和输出部分，实现多对多通信。二片FPGA也可级联使用实现更大的系统。
输出驱动部分。模拟输出部分是指数字信号的正弦波调制，数字输出是485,488,232等标准的数字输出，光纤输出是驱动LED激光器，无线调制采用标准模块。
控制部分。产生各种频率源及信源指示部分所需要信号。
通信收机平台由以下几部分组成接收放大、信号处理、数模转换、被恢复信号指示等几部分组成。
接收放大部分四种信道收到的信号由相应的放大、整形器变成标准的数字码流。信号处理部分的FPGA1和FPGA2都可接收这种码流进行相应的解码，以便恢复相应的数字信号，由D/A转换器还原成模拟信号，由相应的指示器指示出来。二片FPGA的配置及使用和图2是一样的。
信道特性模拟器，它是个配件，由调节器1和调节器2来调节对信号的加扰程度。对信号的加扰也可由发信端的信号处理部分产生。
权利要求1.综合型数字通信实验装置，其特征在于，由发信机平台、收信机平台、信道和组成，信道连接发信机平台和收信机平台，信道特性模拟装置与信道连接，发信平台和收信平台与计算机有通信接口。
2.根据权利要求1所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，发信机平台有1～4个、收信平台有1～4个、信道有1～4个。
3.根据权利要求1、2所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，信道是三种有线信道和一种无线信道，三种有线信道为模拟信道、数字信道、光纤信道。
4.根据权利要求1、2所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，发信机平台由机箱、主板和电源构成；主板由信源部分、采样及模数部分、信号处理部分、输出驱动部分、控制及各种时钟源选择部分组成；主机板上有多路信源，包括可变直流信号及相应的数显表；可变频率信号及相应的指示器；多种音乐信号及相应的指示喇叭；由单片机及液晶显示器组成的图形及字符发生器，其输出可选择为经D/A转换为模拟信号信源，又可选择为经RS-232后输出的串行数字信源，还有一音频输入插孔和视频输入插孔，主机板上有多路A/D转换器，其数据输出线和控制线均接到FPGA的I/O引脚上，主机板上有二片FPGA芯片，根据用法可选择一片或者二片，每片FPGA上引出8位LED指示灯，8位信号测试输出引脚和4位数码LED用以指示所调试程序的状态，主机板上的信道驱动部分都单独和FPGA相连，其中模拟信号由FPGA驱动D/A转换器实现，主机板上的大规模CPLD芯片实现管理和控制及标准时钟的产生。
5.根据权利要求1、2所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，接收机平台由一机箱、主板和电源组成；主机板上有相应于接收信号类型的放大、滤波、整形电路，主板上有和发机一样的二片FPGA大规模芯片及相应的8位LED指示灯，8位测试输出信号引脚及4位数码LED，主机板上还有多路D/A转换器其数据线和控制线与FPGA相连，其模拟输出信号送到相应的终端上，有相应的指示，其中波形信号送到由单片机控制的液晶点阵显示器上去，相应的视频和音频信号送到视频和音频输出插口上，主机板上也具有一片CPLD芯片，做为主板上管理控制器及标准时钟的产生。
6.根据权利要求1、2所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，信道特性模拟器是单元模块。
7.根据权利要求1所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，发信机平台主机板上都有存储器，将调试好的正确程序存入，将其变成固定功能的通信系统。
8.根据权利要求1所述的综合型数字通信实验装置，其特征在于，收信机平台主机板上都有存储器，将调试好的正确程序存入，将其变成固定功能的通信系统。
专利摘要综合型数字通信实验装置属于通信电子技术领域，由发信机平台、收信机平台、信道和信道特性模拟装置组成，发信机平台有1～4个、收信平台有1～4个、信道有1～4个，信道模拟器是单元模块，信道特性模拟器有1～4种方式，发信机平台由机箱、主机板、电源部分构成。主机板由信源部分、采样及模数部分、信号处理部分、输出驱动部分、控制及各种时钟源选择部分构成，接收机平台由一机箱、主机板和电源部分构成。主机板上有相应于接收信号类型的放大、滤波、整形电路和相应于发送信息还原的相应电路单元组成。发、收信机平台主机板上有专用存储器单元，在需要将其变成固定功能的通信系统的时候，将调试好的正确程序存入。本系统有利于开发学生的创新能力，便于对新的模块进行评价，可用于为高校通信类专业的专用实验教学设备，也可以做为新型数字通信电路的研究实验设备。
文档编号H04L29/00GK2606500SQ03211659
公开日2004年3月10日 申请日期2003年3月1日 优先权日2003年3月1日
发明者李明伟 申请人:大连理工大学