實驗-CMI碼型變換實驗

1、實驗 CMI 碼型變換實驗一、實驗原理和電路說明在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中， 并不是所有碼字都能在信道中傳輸。 例如， 含有豐富直流和 低頻成分的基帶信號就不適宜在信道中傳輸， 因為它有可能造成信號嚴(yán)重畸變。 同時， 一般 基帶傳輸系統(tǒng)都從接收到的基帶信號流中提取收定時信號， 而收定時信號卻又依賴于傳輸?shù)?碼型，如果碼型出現(xiàn)長時間的連“ 0”或連“ 1”符號，則基帶信號可能會長時間的出現(xiàn)0 電位，從而使收定時恢復(fù)系統(tǒng)難以保證收定時信號的準(zhǔn)確性。 實際的基帶傳輸系統(tǒng)還可能提出 其他要求， 因而對基帶信號也存在各種可能的要求。 歸納起來， 對傳輸用的基帶信號的主要 要求有兩點：1、對各種代碼的要求，期

2、望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型；2、對所選碼型的電波波形要求，期望電波波形適宜于在信道中傳輸。前一問題稱為傳輸碼型的選擇； 后一問題稱為基帶脈沖的選擇。 這是兩個既有獨立性又 有互相聯(lián)系的問題，也是基帶傳輸原理中十分重要的兩個問題。傳輸碼 （傳輸碼又稱為線路碼） 的結(jié)構(gòu)將取決于實際信道特性和系統(tǒng)工作的條件。 在較 為復(fù)雜的基帶傳輸系統(tǒng)中，傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有下列主要特性：1、能從其相應(yīng)的基帶信號中獲取定時信息；2、相應(yīng)的基帶信號無直流成分和只有很小的低頻成分；3、不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；4、盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；5、具有內(nèi)在的檢錯能力，等等。滿足或部

3、分滿足以上特性的傳輸碼型種類繁多，主要有： CMI 碼、 AMI 、HDB3 等等， 下面將主要介紹 CMI 碼。根據(jù) CCITT 建議，在程控數(shù)字交換機中 CMI 碼一般作為 PCM 四次群數(shù)字中繼接口的 碼型。在 CMI 碼模塊中，完成 CMI 的編碼與解碼功能。CMI 編碼規(guī)則見表 4.2.1 所示：表 4.2.1 CMI 的編碼規(guī)則輸入碼字編碼結(jié)果001100/11 交替表示因而在 CMI 編碼中，輸入碼字 0 直接輸出 01碼型，較為簡單。對于輸入為 1 的碼字， 其輸出 CMI 碼字存在兩種結(jié)果 00 或 11碼，因而對輸入 1 的狀態(tài)必須記憶。同時，編碼后 的速率增加一倍，因而整

4、形輸出必須有 2 倍的輸入碼流時鐘。在這里 CMI 碼的第一位稱之 為 CMI 碼的高位，第二位稱之為 CMI 碼的低位。在 CMI 解碼端，存在同步和不同步兩種狀態(tài)，因而需進行同步。同步過程的設(shè)計可根 據(jù)碼字的狀態(tài)進行： 因為在輸入碼字中不存在 10 碼型，如果出現(xiàn) 10 碼，則必須調(diào)整同步狀 態(tài)。在該功能模塊中，可以觀測到 CMI 在譯碼過程中的同步過程。 CMI 碼具有如下特點：1、不存在直流分量；2、在 CMI 碼流中，具有很強的時鐘分量，有利于在接收端對時鐘信號進行恢復(fù)；3、具有檢錯能力，這是因為 1 碼用 00 或 11 表示，而 0 碼用 01 碼表示，因而在 CMI 碼流中不存

5、在 10 碼，且無 00 與 11 碼組連續(xù)出現(xiàn)，這個特點可用于檢測 CMI 的部 分錯碼。CMI 編碼模塊組成框圖如圖 4.2.1 所示。CMI 編碼器由： 1 碼編碼器、 0 碼編碼器、輸出選擇器組成。1、1 編碼器：因為在 CMI 編碼規(guī)則中，要求在輸入碼為 1 時，交替出現(xiàn) 00、11 碼， 因而在電路中必須設(shè)置一狀態(tài)來確認(rèn)上一次輸入比特為 1 時的編碼狀態(tài)。這一機制 是通過一個 D 觸發(fā)器來實現(xiàn)，每次當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)1 碼時， D 觸發(fā)器進行一次狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，從而完成對 1 碼編碼狀態(tài)的記憶（ 1 狀態(tài)記憶）。同時， D 觸發(fā)器的 Q 輸出 端也將作為輸入比特為 1 時的編碼輸出（測試點

6、 TPX03 ）。2、0編碼器：當(dāng)輸入碼流為 0 時，則以時鐘信號輸出做 01碼。3、輸出選擇器： 由輸入碼流緩沖器的輸出 Q用于選擇是 1 編碼器輸出還是 0編碼器輸 出。輸入碼經(jīng)過編碼之后在測試點 TPX05 上可測量出 CMI 的編碼輸出結(jié)果。M 序列產(chǎn)生器： M 序列產(chǎn)生器輸出受碼型選擇跳線開關(guān) KX02 控制，產(chǎn)生不同的特殊碼序列（ 111100010011010 或 1110010）。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) KX01 設(shè)置在 M 位置時（右端）， CMI 編碼器輸入為 M 序列產(chǎn)生器輸出數(shù)據(jù)，此時可以用示波器觀測 CMI 編碼 輸出信號，驗證 CMI 編碼規(guī)則。錯碼發(fā)生器：為驗證

7、CMI 編譯碼器系統(tǒng)具有檢測錯碼能力，可在 CMI 編碼器中人為插 入錯碼。將 KX03 設(shè)置在 E_EN 位置時（左端） ，插入錯碼，否則設(shè)置在 NO_N 位置（右端） 時，無錯碼插入。隨機序列產(chǎn)生器： 為觀測 CMI 譯碼器的失步功能， 可以產(chǎn)生隨機數(shù)據(jù)送入 CMI 譯碼器， 使其無法同步。先將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) KX01 設(shè)置在 Dt 位置（左端） ，再將跳線開關(guān) KX04 設(shè)置在 2_3 位置（右端） ，CMI 編碼器將選擇隨機信號序列數(shù)據(jù)輸出。正常工作時， 跳線開關(guān) KX04 設(shè)置在 1_2 位置（左端） 。在該模塊中，測試點的安排如下：1、TPX01 ：輸入數(shù)據(jù)（ 256Kbps

8、）2、TPX02 ：輸入時鐘（ 256KHz ）3、TPX03：1 狀態(tài)記憶輸出4、TPX04 ：輸出時鐘（ 512KHz ）5、TPX05 ：CMI 編碼輸出（ 512Kbps）6、TPX06 ：加錯輸出指示CMI 譯碼模塊組成框圖如圖 4.2.2 所示。TPY01輸入數(shù)據(jù)512Kbps輸入時鐘扣脈沖512KHzTPY04扣脈沖串并變換CMI 譯碼解碼輸出256KbpsTPY06 256Kbps同步檢測輸出時鐘TPY03TPY05TPY05512Kbps錯碼檢出指示調(diào)整觀測時間圖 4.2.2 CMI 譯碼模塊組成框圖CMI 譯碼電路由串并變換器、譯碼器、同步檢測器、扣脈沖電路等電路組成。1、

9、串并變換器：輸入的 512Kbps 的 CMI 碼流首先送入一個串并變換器，在時鐘的作 用將 CMI 的編碼碼字的高位與低位碼子分路輸出。2、CMI 譯碼器：當(dāng) CMI 碼的高位與低位通過異或門實現(xiàn) CMI 碼的譯碼。由于電路中 的時延存在差異，輸出端可能存在毛刺，又進行輸出整形。譯碼之后的結(jié)果可在 TPY07 上測量出來，其與 TPX01 的波形應(yīng)一致，僅存在一定的時延。3、同步檢測器：根據(jù) CMI 編碼的原理， CMI 碼同步時不會出現(xiàn) 10 碼字（不考慮信道 傳輸錯碼）；如果 CMI 碼沒有同步好（即 CMI 的高位與低位出現(xiàn)錯鎖） ，將出現(xiàn)多 組 10 碼字， 此時將不正確譯碼。 同步

10、檢測器的原理是： 當(dāng)在一定時間內(nèi) （1024bit ）， 如出現(xiàn)多組 10 碼字則認(rèn)為 CMI 譯碼器未同步。此時同步檢測電路輸出一個控制信 號到扣脈沖電路扣除一個時鐘，調(diào)整 1bit 時延，使 CMI 譯碼器同步。 CMI 譯碼器 在 檢 測 到 1 0 碼 字 時 ， 將 輸 出 錯 碼 指 示 （ T P Y 0 5 ）。4、測試點 TPY03 是調(diào)整觀測時間（ 1024bit 的周期）。 在該模塊中，測試點的安排如下：1、TPY01 ：CMI 編碼輸入數(shù)據(jù)2、TPY02 ：512KHz 輸入時鐘3、TPY03 ：調(diào)整觀測時間（ 1024bit 的周期）4、TPY04 ：扣脈沖指示5、T

11、PY05 ：錯碼輸出指示6、TPY06 ：256KHz 時鐘輸出7、TPY07 ：CMI 譯碼數(shù)據(jù)輸出實驗儀器1、 JH5001 通信原理綜合實驗系統(tǒng)2、 20MHz 雙蹤示波器三、實驗?zāi)康?、掌 握 CMI 碼的編碼規(guī)則2、熟 悉 CMI 編譯碼系統(tǒng)的特性四、實驗內(nèi)容首先將輸入信號選擇跳線開關(guān) KX01 設(shè)置在 M 位置（右端） ；加錯使能跳線開關(guān) KX03 設(shè)置在無錯 NO_E 位置（右端）；m 序列碼型選擇開關(guān) KX02 設(shè)置在 2_3位置（右端），產(chǎn)生 7 位周期 m 序列；將輸出數(shù)據(jù)選擇開關(guān) KX04 設(shè)置在 1_2 位置，選擇 CMI 編碼數(shù)據(jù)輸出。 1. CMI 碼編碼規(guī)則測試（

12、1） 用示波器同時觀測 CMI 編碼器輸入數(shù)據(jù)（ TPX01）和輸出編碼數(shù)據(jù)（ TPX05 ）。 觀測時用 TPX01 同步，仔細(xì)調(diào)整示波器同步。找出并畫下一個 m 序列周期輸入數(shù) 據(jù)和對應(yīng)編碼輸出數(shù)據(jù)波形。根據(jù)觀測結(jié)果，分析編碼輸出數(shù)據(jù)是否與編碼理論一致。 （實驗結(jié)果如圖）2） 將 KX02 設(shè)置在 1_2 位置（左端），產(chǎn)生 15 位周期 m 序列， 重復(fù)上一步驟測量。 畫下測量波形，分析測量結(jié)果。 （實驗結(jié)果如圖）2. 1 碼狀態(tài)記憶測量（1） 用示波器同時觀測 CMI 編碼器輸入數(shù)據(jù)（ TPX01 ）和 1 碼狀態(tài)記憶輸出（ TPX03 ）。觀測時用 TPX01 同步，仔細(xì)調(diào)整示波器同

13、步。畫下一個m 序列周期輸入數(shù)據(jù)和對應(yīng) 1 碼狀態(tài)記憶輸出數(shù)據(jù)波形。 根據(jù)觀測結(jié)果， 分析是否符合相互關(guān)系。（實驗結(jié)果如圖）2） 將 KX02 設(shè)置在 2_3 位置，重復(fù)上述測量。畫下測量波形，分析測量結(jié)果。（實驗結(jié)果如圖）3. CMI 碼解碼波形測試用示波器同時觀測 CMI 編碼器輸入數(shù)據(jù)（ TPX01）和 CMI 解碼器輸出數(shù)據(jù)（ TPY07 ）。 觀測時用 TPX01 同步。 驗證 CMI 譯碼器能否正常譯碼， 兩者波形除時延外應(yīng)一一對應(yīng)。 （實 驗結(jié)果如圖）4. CMI 碼編碼加錯波形觀測跳線開關(guān) KX03 是加錯控制開關(guān)，當(dāng) KX03 設(shè)置在 E_EN 位置時（左端） ，將在輸出編

14、碼數(shù)據(jù)流中每隔一定時間插入 1 個錯碼。TPX06 是發(fā)端加錯指示測試點，用示波器同時觀測加錯指示點 TPX06 和輸出編碼數(shù)據(jù) TPX05 的波形，觀測時用 TPX06 同步。畫下有錯碼時的輸出編碼數(shù)據(jù)，并分析接收端 CMI 譯碼器可否檢測出。 （實驗結(jié)果如圖）5. CMI 碼檢錯功能測試 首先將輸入信號選擇跳線開關(guān) KX01 設(shè)置在 Dt 位置（左端）；將加錯跳線開關(guān) KX03 設(shè)置在 E_EN 位置，人為插入錯碼，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)信道傳輸誤碼。（ 1） 用示波器同時測量加錯指示點 TPX06 和 CMI 譯碼模塊中檢測錯碼指示點TPY05 波形。 （實驗結(jié)果如圖）2） 將輸入信號選擇跳線開關(guān)

15、KX01 設(shè)置在 M 位置（右端） ，將 m 序列碼型選擇開 關(guān) KX02 設(shè)置在 1_2 位置（或 2_3），重復(fù)（ 1）試驗。觀測測量結(jié)果有何變化。 （ 實 驗結(jié)果如圖）3） 關(guān)機 5 秒鐘后再開機，重復(fù)（ 2）試驗。認(rèn)真觀測測試結(jié)果有何變化（注：可以重復(fù)多測試幾次關(guān)機后再開機） 。（ 實驗結(jié)果如圖）6. CMI 譯碼同步觀測CMI 譯碼器是否同步可以通過檢測錯碼檢測電路輸出反映出。從當(dāng) CMI 譯碼器未同步 時，錯碼將連續(xù)的檢測出。 觀測時， 將輸入信號選擇跳線開關(guān) KX01 設(shè)置在 Dt 位置（左端）， 輸出數(shù)據(jù)選擇開關(guān) KX04 設(shè)置在 2_3 位置（輸出不經(jīng) CMI 編碼，使接收端

16、無法同步） 。（ 1） 用示波器測量失步時的檢測錯碼檢測點（ TPY05 ）波形。 （實驗結(jié)果如圖）2） 將 KX04 設(shè)置在 1_2 位置，檢測錯碼檢測點波形應(yīng)立刻同步。（實驗結(jié)果如圖）7. 抗連 0 碼性能測試（ 1） 將輸入信號選擇跳線開關(guān) KX01 拔去，使 CMI 編碼輸入數(shù)據(jù)懸空（全 0 碼）。 用示波器測量輸出編碼數(shù)據(jù)（ TPX05 ）。輸出數(shù)據(jù)為 01 碼，說明具有豐富的時鐘信 息。 （實驗結(jié)果如圖）2） 測量 CMI 譯碼輸出數(shù)據(jù)是否與發(fā)端一致。 （實驗結(jié)果如圖）五、實驗小結(jié)通過本次實驗復(fù)習(xí)與鞏固了上學(xué)期所學(xué)的有關(guān) CMI 碼的相關(guān)知識如 （1） 、CMI 碼的編碼 規(guī)則和 CMI 編譯碼系統(tǒng)的特性： CMI 編碼中， 輸入碼字 0 直接輸出 01 碼型， 較為簡單。對 于輸入為 1 的碼字，其輸出 CMI 碼字存在兩種結(jié)果 00 或 11 碼