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(hào)： 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(cè)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 幀同步電路及其工作原理。（4）思考題：

2、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(hào)是速率是多少？二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)?zāi)康模?）加深對(duì) PCM30/32 系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的理解。（2）加深對(duì) PCM30/32 路幀同步系統(tǒng)及其工作過程的理解。（3）加深對(duì) 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(duì) PCM30/32 幀同步系統(tǒng)的理解。（5）加深對(duì) 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)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器（1）ZH5001A 通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)箱

3、一臺(tái)（2）20MHz 雙蹤示波器 一臺(tái)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(zhǎng)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(hào)，是隨機(jī)的；TS2 時(shí)隙為開關(guān)信號(hào)，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)

4、信號(hào)，分接器的定時(shí)來自同步單元恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)，在同步單元的控制下，分接器與復(fù)接器的時(shí)鐘信號(hào)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) 3SWB02(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(duì)假同步和假失步形成過程的理解。實(shí)驗(yàn)電路各測(cè)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(hào)。TPB04：復(fù)接器輸出時(shí)鐘。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。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.

5、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(hào)時(shí)隙開關(guān)信號(hào)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(zhǎng)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(hào)，分別記為TS0、TS1、TS2 和 TS3。TS0 時(shí)隙間隔為幀定位碼，幀定位的碼型和碼長(zhǎng)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

6、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(hào)。TS2 時(shí)隙為開關(guān)信號(hào)，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 HDB3 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

7、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(hào) 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(hào)的產(chǎn)生、話音信號(hào)時(shí)隙的復(fù)用、特殊碼時(shí)隙的復(fù)用及 PCM 信

8、號(hào)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(hào)，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(hào)與復(fù)接器的時(shí)鐘信號(hào)保持正確的相位關(guān)系，即保持同步。首先從接受信號(hào)中檢測(cè)幀同步碼，利用幀同步碼檢測(cè)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(hào)，從而可以從分接單元恢復(fù)出原始的支路數(shù)字信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路圖中，各測(cè)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(hào)。TPB04：復(fù)

9、接器輸出時(shí)鐘。通信原理實(shí)驗(yàn) 5TPB05：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(cè)發(fā)送傳輸幀結(jié)構(gòu)觀測(cè)幀定位信號(hào)的測(cè)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(hào)觀測(cè)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(cè)無 m 序列組合：有 m 序列組合：通信原理實(shí)驗(yàn) 73.3.收發(fā)幀同步指示的觀測(cè)收發(fā)幀同步指示的觀測(cè)觀測(cè)發(fā)送幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB06從圖中可見，當(dāng)收端脈沖信號(hào)對(duì)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(hào)輸

10、出的觀測(cè)解復(fù)接開關(guān)信號(hào)輸出的觀測(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系如下表:LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7DB08DB07DB06DB05DB04DB03DB02DB01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(cè)量序列數(shù)據(jù)輸出測(cè)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

11、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(duì)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)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(duì)準(zhǔn)。對(duì)收

12、發(fā)系統(tǒng)同步后，就可以用接收端各分路定時(shí)脈沖對(duì)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(duì)準(zhǔn)碼流接收信號(hào)的幀定位字碼位，則同步檢測(cè)電路將輸出一個(gè)扣除脈沖可將接收時(shí)鐘信號(hào)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(cè)電路檢測(cè)后移一位碼元，如果下一位檢測(cè)通信原理實(shí)驗(yàn) 10結(jié)果仍然與幀定位字不一致，則再扣除一個(gè)時(shí)鐘，這一過程稱為“同步搜索” 。搜索直至檢測(cè)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(hào)也可能存在與幀定位字完全相同的碼型，若誤將該信號(hào)識(shí)別為幀定位字，則會(huì)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

13、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(huì)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(zhǎng)一些，否則將意味著不斷的中斷通信，這一時(shí)間的長(zhǎng)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(cè)幀同步過程觀測(cè)（1）輸入全 0 碼觀測(cè)發(fā)送幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測(cè)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(hào)的脈沖與發(fā)送幀同步指示的下降沿一一對(duì)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(hào)的脈沖相對(duì)發(fā)送幀同步指示信號(hào)在示波器中反復(fù)移動(dòng)，不能與下降沿一一對(duì)應(yīng)并穩(wěn)定顯示

14、，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(hào)的脈沖與發(fā)送幀同步指示信號(hào)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(hào)設(shè)置為幀定位信號(hào)，將 KB01 反復(fù)拔出插入在反復(fù)拔出插入過程中，出現(xiàn)了兩種同步現(xiàn)象，一種為真同步，一種為假同步，真同步時(shí)，脈沖信號(hào)與下降沿相對(duì)，假同步時(shí)，脈沖信號(hào)與上升沿相對(duì)，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) 128.8.在誤碼環(huán)境下的幀同步性能測(cè)試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩ㄐ詼y(cè)試在誤碼環(huán)境下的幀同步性能測(cè)試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩ㄐ詼y(cè)試（1）信道誤碼率為 1*10-1觀測(cè)發(fā)送幀同步指示

15、測(cè)試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB06觀測(cè)復(fù)接模塊幀同步指示信號(hào)和解復(fù)接模塊幀同步指示信號(hào)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)收發(fā)信號(hào)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(hào)不一致。（2）信道誤碼率為 1.6*10-2觀測(cè)發(fā)送幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB06通信原理實(shí)驗(yàn) 13觀測(cè)復(fù)接模塊幀同步指示信號(hào)和解復(fù)接模塊幀同步指示信號(hào)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)收發(fā)信號(hào)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(hào)不一致。（3）信道誤碼率為 4*10-3觀測(cè)發(fā)送幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB07 與接收幀同步指示測(cè)試點(diǎn) TPB06此時(shí)收

16、發(fā)實(shí)現(xiàn)了同步，LED 燈能正確表示對(duì)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(shí)出第一時(shí)隙。語音信號(hào)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(hào)的改變，可以辨識(shí)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(hào)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(cè)幀結(jié)構(gòu)時(shí)？哪個(gè)時(shí)隙的信號(hào)不能觀察清晰？哪個(gè)時(shí)隙的信號(hào)有可能清晰觀察也有可能不清晰？答：因?yàn)檎Z音信號(hào)輸入為隨機(jī)的不確定信號(hào)，所以對(duì)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(cè)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，可通過哪些