自定義幀結(jié)構(gòu)的成形及其傳輸

1、通信原理實(shí)驗(yàn) 1 姓名： 仝 欣 學(xué)號： 13213029 指導(dǎo)教師： 王根英 日期： 上課時(shí)間：星期 一 第 5 大節(jié) 通信原理實(shí)驗(yàn) 電子信息工程學(xué)院 通信原理實(shí)驗(yàn) 2 自定義幀結(jié)構(gòu)的幀成形及其傳輸及自定義自定義幀結(jié)構(gòu)的幀成形及其傳輸及自定義 幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng) 一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 （1）預(yù)習(xí)幀成形及其傳輸電路的構(gòu)成。 （2）熟悉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄 B 和附錄 C 實(shí)驗(yàn)面板分布及測試孔位置，定 義本實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。 （3）實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)掌握的內(nèi)容： 明確 PCM30/32 路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)。 熟悉 PCM30/32 路系統(tǒng)的定時(shí)系統(tǒng)。 明確 PCM30/32 幀同步電路

2、及其工作原理。 （4）思考題： 本實(shí)驗(yàn)中數(shù)字復(fù)接幀結(jié)構(gòu)由幾個(gè)時(shí)隙構(gòu)成？分別是什么內(nèi)容？ 本實(shí)驗(yàn)中幀定位碼是什么？其作用是什么？ 本實(shí)驗(yàn)中幀結(jié)構(gòu)各時(shí)隙有幾個(gè)比特組成？每路信號是速率是多 少？ 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）加深對 PCM30/32 系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的理解。 （2）加深對 PCM30/32 路幀同步系統(tǒng)及其工作過程的理解。 （3）加深對 PCM30/32 系統(tǒng)話路、信令、幀同步和告警復(fù)用和分用過 程的理解。 （4）加深對 PCM30/32 幀同步系統(tǒng)的理解。 （5）加深對 PCM30/32 路幀同步系統(tǒng)同步過程的理解。 （6）掌握 PCM30/32 路幀同步系統(tǒng)的基本概念。 三、實(shí)驗(yàn)儀

3、器三、實(shí)驗(yàn)儀器 （1）ZH5001A 通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺 （2）20MHz 雙蹤示波器 一臺 四、基本原理四、基本原理 在通信系統(tǒng)原理試驗(yàn)箱中，信道傳輸上采用了類似 TDM 的傳輸方式、 定長組幀、幀定位碼與信息格式。實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)了一幀共含有四個(gè)時(shí)隙， 分別用 TS0TS3 表示。每個(gè)時(shí)隙含有 8 比特。TS0 為幀同步時(shí)隙，同步碼為 11100100，它用于確定起始位置，從而進(jìn)行正確的分路；TS1 時(shí)隙用來傳輸 話音信號，是隨機(jī)的；TS2 時(shí)隙為開關(guān)信號，通過 8 個(gè)跳線開關(guān)來設(shè)定，插 入為 1，拔掉為 0；TS3 用來傳輸特殊碼序列，特殊碼序列通過跳線選擇， 共有四種碼型。幀成形及其

4、傳輸實(shí)驗(yàn)，可由復(fù)接模塊和解復(fù)接模塊完成。 復(fù)接器系統(tǒng)定時(shí)用于提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)信號，分接器的定時(shí)來自同步單 元恢復(fù)的時(shí)鐘信號，在同步單元的控制下，分接器與復(fù)接器的時(shí)鐘信號保 持正確的相位關(guān)系，即保持同步。錯(cuò)碼產(chǎn)生器可以通過跳線開關(guān) 通信原理實(shí)驗(yàn) 3 SWB02(E_SEL0,E_SEL1)設(shè)置四種不同的信道誤碼率，便于了解在誤碼環(huán)境 下，接收端幀同步過程和幀同步系統(tǒng)抗誤碼性能，從而加深對假同步和假 失步形成過程的理解。實(shí)驗(yàn)電路各測試點(diǎn)定義如下： TPB01：發(fā)送 m 序列輸出。 TPB02：發(fā)端插入錯(cuò)碼指示。 TPB03:復(fù)接器輸出信號。 TPB04：復(fù)接器輸出時(shí)鐘。 TPB05：分接 m 序

5、列支路輸出。 TPB06：分接收端幀同步指示。 TPB07：發(fā)端幀同步指示。 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.1.自定義幀結(jié)構(gòu)的幀成形及其傳輸自定義幀結(jié)構(gòu)的幀成形及其傳輸 原理： 幀結(jié)構(gòu)組成 ： 4 4 路時(shí)隙路時(shí)隙 TS0TS1TS2TS3 話路時(shí)隙話路時(shí)隙 開關(guān)信號時(shí)隙開關(guān)信號時(shí)隙 特殊碼時(shí)隙特殊碼時(shí)隙 幀同步時(shí)隙幀同步時(shí)隙 11100100 本實(shí)驗(yàn)中信道傳輸上采用了類似 TDM 的傳輸方式、定長組幀、幀定位 碼與信息格式。一幀共有 4 個(gè)時(shí)間間隔，按 8 個(gè) bit 一組分成了一個(gè)一個(gè) 的固定時(shí)隙，如上圖所示。時(shí)隙從 0 到 3 順序編號，分別記為 TS0、TS1、TS2 和 TS3。TS

6、0 時(shí)隙間隔為幀定位碼，幀定位的碼型和碼長選 擇直接影響接收端幀定位搜索和漏同步性能，BARKER 碼具有良好的自相關(guān) 特性。本同步系統(tǒng)中幀定位碼選用 7 位 BARKER 碼（11100100） ，使接收端 具有良好的相位分辨能力。TS1 時(shí)隙為話音業(yè)務(wù) PCM 編碼信號。TS2 時(shí)隙為 開關(guān)信號，8 位跳線開關(guān)數(shù)據(jù)全改變。TS3 時(shí)隙為特殊碼序列，共有 4 種碼 型可以選擇。TS0TS3 復(fù)合成一個(gè) 256kbps 數(shù)據(jù)流，在同一信道上傳輸。 實(shí)驗(yàn)電路： 幀成形及其傳輸實(shí)驗(yàn)可以由復(fù)接模塊和解復(fù)接模塊來完成，復(fù)接模塊 和解復(fù)接模塊電路原理框圖如下。 通信原理實(shí)驗(yàn) 4 時(shí) 鐘 UB01 HDB

7、3 CMI LOOP M 序列 發(fā)生器 SWB02 跳 線 器 M_SEL1 同步碼 同步調(diào)整 系 統(tǒng) 定 時(shí) 復(fù) 接 錯(cuò)碼 發(fā)生 SWB02 跳 線 器 E_SEL1 E_SEL0 復(fù) 接/解 復(fù) 接 模 塊 原 理 框 圖 開 關(guān) 信 號 PCM/ADPCM TPB01 開關(guān) 1-8 SWB01 M_SEL0 PCM/ADPCM 分 接 恢 復(fù) LED1LED8 TPB07 發(fā) 送 幀 同 步 指 示 同 步 接 收 幀 同 步 指 示 TPB06 m 序列 TPB05 TPB03 TPB04 系 統(tǒng) 定 時(shí) TPB02 錯(cuò)碼指示 數(shù) 據(jù) 跳線器 跳線器 KB02 KB01 線線路路編編碼

8、碼模模塊塊 （AMI/HDB3 /CMI） UB01 復(fù)接模塊主要由幀同步碼產(chǎn)生、開關(guān)信號的產(chǎn)生、話音信號時(shí)隙的復(fù) 用、特殊碼時(shí)隙的復(fù)用及 PCM 信號的傳輸電路組成。分解模塊主要由同步 碼檢出、同步調(diào)制、接收定時(shí)系統(tǒng)、接收時(shí)隙分解電路組成。 復(fù)接器系統(tǒng)定時(shí)用于提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)間信號，分接器的定時(shí)來自同 步單元恢復(fù)的接受時(shí)鐘，在同步單元的控制下，分接器的時(shí)鐘信號與復(fù)接 器的時(shí)鐘信號保持正確的相位關(guān)系，即保持同步。首先從接受信號中檢測 幀同步碼，利用幀同步碼檢測輸出脈沖來進(jìn)行同步調(diào)制，同步調(diào)制的目的 是為了使收發(fā)定時(shí)系統(tǒng)同步，從而使接收定時(shí)系統(tǒng)能夠正確地分為多路支 路數(shù)字信號，從而可以從分接單元

9、恢復(fù)出原始的支路數(shù)字信號。 實(shí)驗(yàn)電路圖中，各測試點(diǎn)的定義如下： TPB01：發(fā)送 m 序列輸出。 TPB02：發(fā)端插入錯(cuò)碼指示。 TPB03：復(fù)接器輸出信號。 TPB04：復(fù)接器輸出時(shí)鐘。 通信原理實(shí)驗(yàn) 5 TPB05：分接 m 序列支路輸出。 TPB06：分接收端幀同步指示。 TPB07：發(fā)端幀同步指示。 2.2.發(fā)送傳輸幀結(jié)構(gòu)觀測發(fā)送傳輸幀結(jié)構(gòu)觀測 幀定位信號的測量 由圖可讀出幀定位碼為：11100100 幀內(nèi)話音數(shù)據(jù)觀察 幀內(nèi)開關(guān)信號觀測 開關(guān)狀態(tài)： 通信原理實(shí)驗(yàn) 6 幀內(nèi) m 序列數(shù)據(jù)觀測 無 m 序列組合： 有 m 序列組合： 通信原理實(shí)驗(yàn) 7 3.3.收發(fā)幀同步指示的觀測收發(fā)幀同步

10、指示的觀測 觀測發(fā)送幀同步指示測試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測試點(diǎn) TPB06 從圖中可見，當(dāng)收端脈沖信號對應(yīng)發(fā)端下降沿時(shí)，收端同步指示與發(fā) 端指示一致，說明收發(fā)系統(tǒng)之間是同步的。 4.4.解復(fù)接開關(guān)信號輸出的觀測解復(fù)接開關(guān)信號輸出的觀測 通過改變復(fù)接模塊內(nèi)跳線開關(guān) SWB01 中短路器，觀察解復(fù)接模塊中發(fā) 光二極管 LED0LED7 狀態(tài)變化，得到發(fā)光二極管隨跳線開關(guān)而變化的對應(yīng) 關(guān)系如下表: LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7 DB08DB07DB06DB05DB04DB03DB02DB01 通信原理實(shí)驗(yàn) 8 5.5.解復(fù)接解復(fù)接 m m 序列數(shù)據(jù)輸出測

11、量序列數(shù)據(jù)輸出測量 只插 M_SEL1，7 位 m 序列 1110010 插 M_SEL0 和 M_SEL1，15 位 m 序列 111100010011010 通信原理實(shí)驗(yàn) 9 只插 M_SEL0，全 1 序列都不插，全 0 序列 從圖中可見，解復(fù)接 m 序列與發(fā)端一致，時(shí)延也不明顯。 四種開關(guān)狀態(tài)分別對應(yīng)了四種 m 序列，分別為全 0，7 位 m 序 列，15 位 m 序列，全 1 序列。 6.6.自定義幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng)自定義幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng) 原理： 在 TDM 復(fù)接系統(tǒng)中，要保證接受端分路系統(tǒng)與發(fā)送端一致，必須要有 一個(gè)同步系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)接受端與發(fā)送端同步。同步系統(tǒng)是復(fù)接/接復(fù)接設(shè)

12、備中最重要的組成部分。 幀定位同步的方法通常有兩種：逐步移位同步搜索和置位同步搜索法。 通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)中的解復(fù)接同步搜索方法采用的是逐步移位同步法。逐 步移位同步搜索法的基本工作原理是調(diào)制接收端本地幀定位碼的相位，使 之與接收到的總碼流中的幀定位字對準(zhǔn)。對收發(fā)系統(tǒng)同步后，就可以用接 收端各分路定時(shí)脈沖對接收到的碼流進(jìn)行正確的分路。如果本地幀同步碼 的相位沒有對準(zhǔn)碼流接收信號的幀定位字碼位，則同步檢測電路將輸出一 個(gè)扣除脈沖可將接收時(shí)鐘信號扣除一個(gè)時(shí)鐘，這等效于將數(shù)據(jù)碼流后移一 個(gè)碼元時(shí)鐘周期，使幀定位檢測電路檢測后移一位碼元，如果下一位檢測 通信原理實(shí)驗(yàn) 10 結(jié)果仍然與幀定位字不一致，則再

13、扣除一個(gè)時(shí)鐘，這一過程稱為“同步搜 索” 。搜索直至檢測到幀定位碼為止。 在接受碼流中，除有真正的幀定位碼字外，隨機(jī)的數(shù)字信號也可能存 在與幀定位字完全相同的碼型，若誤將該信號識別為幀定位字，則會出現(xiàn) 假同步的現(xiàn)象。 由于各種因素使電路失去同步，破壞了電路的同步工作狀態(tài)，而進(jìn)入 幀失步狀態(tài)。從而幀失步到重新獲得同步的這段時(shí)間（也稱同步時(shí)間）使 通信處于中斷狀態(tài)。誤碼也會造成幀失步。因此，從同步到下一次失步的 時(shí)間應(yīng)該盡量長一些，否則將意味著不斷的中斷通信，這一時(shí)間的長短表 示了 TDM 同步系統(tǒng)的抗干擾能力。 7.7.幀同步過程觀測幀同步過程觀測 （1）輸入全 0 碼 觀測發(fā)送幀同步指示測試點(diǎn)

14、 TPB07 與接收幀同步指示測試點(diǎn) TPB06 上圖為同步時(shí)收端同步指示，接收同步指示信號的脈沖與發(fā)送幀同步 指示的下降沿一一對應(yīng)。 （2）將 KB01 拔出插入 但 KB01 短路器拔出時(shí)，LOOD 短路，接收同步指示信號的脈沖相對發(fā)送 幀同步指示信號在示波器中反復(fù)移動，不能與下降沿一一對應(yīng)并穩(wěn)定顯示， 說明此時(shí)進(jìn)入失步狀態(tài)。 失步狀態(tài)： 通信原理實(shí)驗(yàn) 11 插入短路器，并沒有立即同步，只有當(dāng)且僅當(dāng)接收同步指示信號的脈 沖與發(fā)送幀同步指示信號的下降沿重合時(shí)，才能進(jìn)入同步狀態(tài)，輸出穩(wěn)定 波形。 （3）將開關(guān)信號設(shè)置為幀定位信號，將 KB01 反復(fù)拔出插入 在反復(fù)拔出插入過程中，出現(xiàn)了兩種同步

15、現(xiàn)象，一種為真同步，一種 為假同步，真同步時(shí)，脈沖信號與下降沿相對，假同步時(shí)，脈沖信號與上 升沿相對，兩種同步狀態(tài)的波形相位相差 180。 真同步： 假同步： 通信原理實(shí)驗(yàn) 12 8.8.在誤碼環(huán)境下的幀同步性能測試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩ㄐ詼y試在誤碼環(huán)境下的幀同步性能測試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩ㄐ詼y試 （1）信道誤碼率為 1*10-1 觀測發(fā)送幀同步指示測試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測試點(diǎn) TPB06 觀測復(fù)接模塊幀同步指示信號和解復(fù)接模塊幀同步指示信號，發(fā)現(xiàn)此 時(shí)收發(fā)信號不能實(shí)現(xiàn)同步。 觀察二極管，出現(xiàn)了明顯的誤碼現(xiàn)象，頻繁閃爍，與開關(guān)輸入信號不 一致。 （2）信道誤碼率為 1.6*10-2 觀測發(fā)送幀

16、同步指示測試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測試點(diǎn) TPB06 通信原理實(shí)驗(yàn) 13 觀測復(fù)接模塊幀同步指示信號和解復(fù)接模塊幀同步指示信號，發(fā)現(xiàn)此 時(shí)收發(fā)信號不能實(shí)現(xiàn)同步。 觀察 LED 燈，仍然出現(xiàn)了明顯的誤碼現(xiàn)象，頻繁閃爍，與開關(guān)輸入信 號不一致。 （3）信道誤碼率為 4*10-3 觀測發(fā)送幀同步指示測試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測試點(diǎn) TPB06 此時(shí)收發(fā)實(shí)現(xiàn)了同步，LED 燈能正確表示對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。 通信原理實(shí)驗(yàn) 14 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析 幀同步碼 11100100 可用于從復(fù)接后波形中辨識出第一時(shí)隙。語 音信號是隨機(jī)的，故在波形圖中第二時(shí)隙看不清。通過開關(guān)信號的

17、改變，可以辨識出幀結(jié)構(gòu)中的第三時(shí)隙。時(shí)隙中的位數(shù)為 8 位，非 零的 m 序列為 7 為或 15 位，第四時(shí)隙中的波形是循環(huán)變化的，故也 看不清。由于信號傳輸時(shí)延，收發(fā)幀內(nèi) m 序列變化并不一致。 七、思考題七、思考題 1.自定義幀結(jié)構(gòu)的幀形成及其傳輸自定義幀結(jié)構(gòu)的幀形成及其傳輸 在第 1 步實(shí)驗(yàn)觀測幀結(jié)構(gòu)時(shí)？哪個(gè)時(shí)隙的信號不能觀察清晰？哪個(gè)時(shí) 隙的信號有可能清晰觀察也有可能不清晰？ 答：因?yàn)檎Z音信號輸入為隨機(jī)的不確定信號，所以對應(yīng)的幀不能觀察 清晰。特殊序列碼的幀可能觀察清可能觀察不清，當(dāng)輸入序列碼為全 0 或 全 1 碼時(shí)，可以清晰觀察，當(dāng)輸入為 7 位或 15 位序列時(shí)，不能清晰觀察。 在 m 序列數(shù)據(jù)為 7 位和 15 位的情況下，能否調(diào)整示波器使在同步的條 件下觀測完整的一個(gè)幀內(nèi) m 序列數(shù)據(jù)周期，為什么？ 答：都不可以，因?yàn)?1 幀有 8 位數(shù)據(jù)，周期不一樣。 2.自定義幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng)自定義幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng) 1.本實(shí)驗(yàn)中，可通過