自定義幀結(jié)構(gòu)的成形及其傳輸

1、通信原理實驗 1姓名： 仝 欣 學(xué)號： 13213029 指導(dǎo)教師： 王根英 日期： 上課時間：星期 一 第 5 大節(jié)通信原理實驗電子信息工程學(xué)院通信原理實驗 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、實驗準(zhǔn)備一、實驗準(zhǔn)備（1）預(yù)習(xí)幀成形及其傳輸電路的構(gòu)成。（2）熟悉實驗指導(dǎo)書附錄 B 和附錄 C 實驗面板分布及測試孔位置，定義本實驗相關(guān)模塊的跳線狀態(tài)。（3）實驗前重點掌握的內(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、本實驗中數(shù)字復(fù)接幀結(jié)構(gòu)由幾個時隙構(gòu)成？分別是什么內(nèi)容？本實驗中幀定位碼是什么？其作用是什么？本實驗中幀結(jié)構(gòu)各時隙有幾個比特組成？每路信號是速率是多少？二、實驗?zāi)康亩?、實驗?zāi)康模?）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、實驗儀器三、實驗儀器（1）ZH5001A 通信系統(tǒng)原理實驗箱

3、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。實驗電路設(shè)計了一幀共含有四個時隙，分別用 TS0TS3 表示。每個時隙含有 8 比特。TS0 為幀同步時隙，同步碼為11100100，它用于確定起始位置，從而進行正確的分路；TS1 時隙用來傳輸話音信號，是隨機的；TS2 時隙為開關(guān)信號，通過 8 個跳線開關(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。幀成形及其傳輸實驗，可由復(fù)接模塊和解復(fù)接模塊完成。復(fù)接器系統(tǒng)定時用于提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)

4、信號，分接器的定時來自同步單元恢復(fù)的時鐘信號，在同步單元的控制下，分接器與復(fù)接器的時鐘信號保持正確的相位關(guān)系，即保持同步。錯碼產(chǎn)生器可以通過跳線開關(guān)通信原理實驗 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，從而加深對假同步和假失步形成過程的理解。實驗電路各測試點定義如下：TPB01：發(fā)送 m 序列輸出。TPB02：發(fā)端插入錯碼指示。TPB03:復(fù)接器輸出信號。TPB04：復(fù)接器輸出時鐘。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、實驗內(nèi)容五、實驗內(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 路時隙路時隙TS0TS1TS2TS3 話路時隙話路時隙 開關(guān)信號時隙開關(guān)信號時隙 特殊碼時隙特殊碼時隙 幀同步時隙幀同步時隙11100100本實驗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 個時間間隔，按 8 個 bit 一組分成了一個一個的固定時隙，如上圖所示。時隙從 0 到 3 順序編號，分別記為TS0、TS1、TS2 和 TS3。TS0 時隙間隔為幀定位碼，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

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 時隙為話音業(yè)務(wù) PCM 編碼信號。TS2 時隙為開關(guān)信號，8 位跳線開關(guān)數(shù)據(jù)全改變。TS3 時隙為特殊碼序列，共有 4 種碼型可以選擇。TS0TS3 復(fù)合成一個 256kbps 數(shù)據(jù)流，在同一信道上傳輸。實驗電路：幀成形及其傳輸實驗可以由復(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。通信原理實驗 4 時 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 復(fù) 接 錯碼發(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 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 TPB02 錯碼指示 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)信號的產(chǎn)生、話音信號時隙的復(fù)用、特殊碼時隙的復(fù)用及 PCM 信

8、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、接收定時系統(tǒng)、接收時隙分解電路組成。復(fù)接器系統(tǒng)定時用于提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時間信號，分接器的定時來自同步單元恢復(fù)的接受時鐘，在同步單元的控制下，分接器的時鐘信號與復(fù)接器的時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行同步調(diào)制，同步調(diào)制的目的是為了使收發(fā)定時系統(tǒng)同步，從而使接收定時系統(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恢復(fù)出原始的支路數(shù)字信號。實驗電路圖中，各測試點的定義如下：TPB01：發(fā)送 m 序列輸出。TPB02：發(fā)端插入錯碼指示。TPB03：復(fù)接器輸出信號。TPB04：復(fù)

9、接器輸出時鐘。通信原理實驗 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)：通信原理實驗 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：通信原理實驗 73.3.收發(fā)幀同步指示的觀測收發(fā)幀同步指示的觀測觀測發(fā)送幀同步指示測試點 TPB07 與接收幀同步指示測試點 TPB06從圖中可見，當(dāng)收端脈沖信號對應(yīng)發(fā)端下降沿時，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

10、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:LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7DB08DB07DB06DB05DB04DB03DB02DB01通信原理實驗 8 5.5.解復(fù)接解復(fù)接 m m 序列數(shù)據(jù)輸出測量序列數(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通信原理實驗 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，必須要有一個同步系統(tǒng)，從而實現(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)原理實驗中的解復(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

12、發(fā)系統(tǒng)同步后，就可以用接收端各分路定時脈沖對接收到的碼流進行正確的分路。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扣除脈沖可將接收時鐘信號扣除一個時鐘，這等效于將數(shù)據(jù)碼流后移一個碼元時鐘周期，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驗 10結(jié)果仍然與幀定位字不一致，則再扣除一個時鐘，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)，而進入幀失

13、步狀態(tài)。從而幀失步到重新獲得同步的這段時間（也稱同步時間）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 TPB07 與接收幀同步指示測試點 TPB06上圖為同步時收端同步指示，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，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

14、，說明此時進入失步狀態(tài)。失步狀態(tài)：通信原理實驗 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，才能進入同步狀態(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)了兩種同步現(xiàn)象，一種為真同步，一種為假同步，真同步時，脈沖信號與下降沿相對，假同步時，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：通信原理實驗 128.8.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

15、測試點 TPB07 與接收幀同步指示測試點 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)此時收發(fā)信號不能實現(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)送幀同步指示測試點 TPB07 與接收幀同步指示測試點 TPB06通信原理實驗 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)此時收發(fā)信號不能實現(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 TPB07 與接收幀同步指示測試點 TPB06此時收

16、發(fā)實現(xiàn)了同步，LED 燈能正確表示對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。通信原理實驗 14六、實驗結(jié)論分析六、實驗結(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隙。語音信號是隨機的，故在波形圖中第二時隙看不清。通過開關(guān)信號的改變，可以辨識出幀結(jié)構(gòu)中的第三時隙。時隙中的位數(shù)為 8 位，非零的 m 序列為 7 為或 15 位，第四時隙中的波形是循環(huán)變化的，故也看不清。由于信號傳輸時延，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 步實驗觀測幀結(jié)構(gòu)時？哪個時隙的信號不能觀察清晰？哪個時隙的信號有可能清晰觀察也有可能不清晰？答：因為語音信號輸入為隨機的不確定信號，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，可以清晰觀察，當(dāng)輸入為 7 位或 15 位序列時，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幀內(nèi) m 序列數(shù)據(jù)周期，為什么？答：都不可以，因為 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.本實驗中，可通過哪些