實(shí)驗(yàn)八單路雙工通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)八 單路雙工通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)原理在復(fù)接/解復(fù)接實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^觀測(cè)信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)和接收端的幀同步過(guò)程；為了深入了解信號(hào)時(shí)分復(fù)用技術(shù)在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中的性能、作用及對(duì)相關(guān)通信業(yè)務(wù)的影響，本節(jié)實(shí)驗(yàn)將數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)通過(guò)復(fù)接/解復(fù)接模塊傳輸，測(cè)量復(fù)接/解復(fù)接器在傳輸信道不同誤碼率（4種可選）環(huán)境下對(duì)數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)的影響。系統(tǒng)連接框圖見(jiàn)圖4.37所示。二、 實(shí)驗(yàn)儀器1、 ZH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)2、 20MHz雙蹤示波器一臺(tái)3、 電話機(jī)二部三、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 幀的概念和基本特性2、 了解幀的概念和基本特性3、 了解幀的結(jié)構(gòu)、幀組成過(guò)程4、 熟悉幀復(fù)接/解復(fù)接器在通信系統(tǒng)中所處的地

2、位及作用。5、 定性了解幀傳輸在不同信道誤碼率時(shí)對(duì)話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響。四、 回答預(yù)習(xí)問(wèn)題1、 在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先預(yù)習(xí)一下實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述中“數(shù)字復(fù)接/解復(fù)接模塊、交換處理模塊、用戶接口模塊、雙音多頻檢測(cè)模塊、ADPCM編譯碼模塊”的原理；電話1模塊、電話2模塊、ADPCM1模塊、ADPCM2、 DTMF1 、DTMF2模塊、復(fù)接模塊和解復(fù)接模塊中跳線開(kāi)關(guān)的含義。數(shù)字復(fù)接/解復(fù)接模塊:數(shù)字復(fù)接/解復(fù)接由復(fù)接和解復(fù)接兩個(gè)獨(dú)立的模塊構(gòu)成。通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在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，幀

3、結(jié)構(gòu)組成如圖2.37所示。各時(shí)隙從0到3順序編號(hào)，分別記為TS0、TS1、TS2和TS3。TS0時(shí)隙為幀定位碼，幀定位碼選用7位Barker碼（1110010），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)隙為設(shè)置的開(kāi)關(guān)信號(hào)，TS3時(shí)隙為為特殊碼序列。TS0TS3復(fù)合成一個(gè)256Kbps數(shù)據(jù)流在同一信道上傳輸。 復(fù)接/解復(fù)接原理組成框圖見(jiàn)圖2.38所示。幀傳輸復(fù)接模塊主要由Barker碼產(chǎn)生、同步調(diào)整、復(fù)接、系統(tǒng)定時(shí)單元所組成；幀傳輸解復(fù)接模塊（亦稱分接器）是由同步、定時(shí)、分接和恢復(fù)單元組成，其各電路完成的功能和和作用參見(jiàn)原理教材。復(fù)接/解復(fù)接模塊電原理圖見(jiàn)圖2

4、.39所示。復(fù)接模塊主要由一片現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（EPM7064）UB01（EPM7064）芯片、跳線開(kāi)關(guān)SWB01和工作方式選擇開(kāi)關(guān)組成。其電路工作原理如下所述：1. 話音編碼數(shù)據(jù)：輸入的話音編碼信號(hào)來(lái)自ADPCM2模塊，編碼方式取決于菜單設(shè)置；2. 開(kāi)關(guān)信號(hào)：開(kāi)關(guān)信號(hào)碼字為8bit，可以直接通過(guò)跳線開(kāi)關(guān)設(shè)置來(lái)改變碼型。在解復(fù)接模塊正常工作并同步時(shí)，該開(kāi)關(guān)碼字信號(hào)從解復(fù)接模塊的發(fā)光二極管DB01DB08一一對(duì)應(yīng)直觀的顯示出來(lái)。3. m序列由UB01內(nèi)部產(chǎn)生：M序列的碼型共有4種，由跳線開(kāi)關(guān)SWB02（M_SEL0、M_SEL1）決定。從TPB01測(cè)試點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)發(fā)端m序列信號(hào)，具體設(shè)置見(jiàn)下表：4

5、. Barker碼：碼型1110010，不足部分補(bǔ)零。該幀定位碼由UB01內(nèi)部產(chǎn)生。5. 系統(tǒng)定時(shí)、同步調(diào)整及復(fù)接：復(fù)接器定時(shí)用于提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)；調(diào)整單元的作用是把各輸入支路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的頻率或相位調(diào)整，形成與內(nèi)部定時(shí)信號(hào)完全同步的數(shù)字信號(hào)，然后由復(fù)接單元完成時(shí)間復(fù)用形成合路數(shù)字信號(hào)流。該部分電路功能由UB01完成。復(fù)接后的信號(hào)可以在解復(fù)接模塊TPB03（左上角）觀測(cè)到；TPB07是發(fā)端幀同步指示信號(hào)，用于觀測(cè)復(fù)接信號(hào)，做示波器同步用。6. 錯(cuò)碼產(chǎn)生器：錯(cuò)碼產(chǎn)生器用于學(xué)生了解幀傳輸復(fù)接/解復(fù)接器在有誤碼的環(huán)境下接收端幀同步過(guò)程和抗誤碼性能，錯(cuò)碼產(chǎn)生及錯(cuò)碼插入由UB01實(shí)現(xiàn)。通過(guò)跳線

6、開(kāi)關(guān)SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以選擇4種信道誤碼率，錯(cuò)碼指示可以用示波器在TPB02監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。具體設(shè)置見(jiàn)下表：解復(fù)接模塊主要由一片可編程門陣列UB02（EMP7128）芯片、發(fā)光二極管DB01DB08組成。其電路工作原理如下所述：1. 同步、接收系統(tǒng)定時(shí)、分接、恢復(fù)電路：分接器的定時(shí)來(lái)自同步單元恢復(fù)的接收時(shí)鐘。同步采用逐碼移位同步搜索法，調(diào)整收端本地幀定位碼的相位，使之與收到的總碼流中的幀定位碼對(duì)準(zhǔn)。在同步單元的控制下，使分接器的基準(zhǔn)時(shí)間與復(fù)接器的基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)保持正確的相位關(guān)系（同步）；同步后通過(guò)分接單元將收端各分路定時(shí)脈沖就對(duì)接收到的碼流進(jìn)行正確的分路，把合路的數(shù)字信號(hào)實(shí)施

7、分離形成同步的支路數(shù)字信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)恢復(fù)單元恢復(fù)出原來(lái)的支路數(shù)字信號(hào)，該部分電路功能由UB02完成。2. 解復(fù)接話音編碼數(shù)據(jù)：送到ADPCM1模塊進(jìn)行解碼。3. 解復(fù)接開(kāi)關(guān)信號(hào)：直接送到發(fā)光二極管DB01DB08顯示出來(lái)。4. 解復(fù)接m序列：送到TPB05監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可用示波器觀測(cè)。5. 幀同步指示：解復(fù)接的幀同步電路同步在復(fù)接信號(hào)幀同步碼上，接收幀同步指示信號(hào)送到TPB06監(jiān)測(cè)點(diǎn)。正常時(shí)，用示波器觀測(cè)該信號(hào)與發(fā)端幀同步指示完全同步。當(dāng)無(wú)復(fù)接信號(hào)或誤碼過(guò)大造成時(shí)，解復(fù)接幀同步電路將失步，可以觀測(cè)失步的調(diào)整過(guò)程。6. 跳線開(kāi)關(guān)KB01、KB02：用于解復(fù)接模塊選擇不同的輸入數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)KB0

8、1、KB02設(shè)置到HDB3位置，表示輸入解復(fù)接模塊信號(hào)來(lái)自HDB3碼模塊；當(dāng)KB01、KB02設(shè)置到CMI位置，表示輸入解復(fù)接模塊信號(hào)來(lái)自CMI碼模塊；當(dāng)KB01、KB02設(shè)置到LOOP位置，表示輸入解復(fù)接模塊信號(hào)直接來(lái)自復(fù)接模塊（不進(jìn)行線路編譯碼）；交換處理模塊:交換接續(xù)控制模塊設(shè)置在兩個(gè)DTMF模塊之間。該模塊專門由一個(gè)PLD（EPM7064）實(shí)現(xiàn)，用于完成交換的各項(xiàng)處理功能。交換接續(xù)控制模塊功能框圖見(jiàn)圖2.15所示。交換接續(xù)控制模塊根據(jù)用戶環(huán)路狀態(tài)進(jìn)行接續(xù)控制。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，通過(guò)信號(hào)音信號(hào)線送一連繼的撥號(hào)音（450Hz）給用戶。用戶撥號(hào)的號(hào)碼通過(guò)DTMF檢測(cè)模塊檢測(cè)并送入交換接續(xù)控制器；

9、當(dāng)所撥用戶號(hào)碼正確，且被叫用戶空閑，呼叫處理模塊將向被叫用戶振鈴，同時(shí)向主叫送回鈴音（4秒斷1秒的450Hz信號(hào)）。否則，當(dāng)用戶撥的號(hào)碼是空號(hào)或?qū)Ψ接脩裘r(shí)，向主叫用戶送忙音（0.35秒斷與0.35秒的450Hz信號(hào)）。通話結(jié)束，任一方掛機(jī)，另一方都將聽(tīng)到忙音，表示呼叫結(jié)束。為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，對(duì)于交換過(guò)程中的其它信號(hào)音通常以忙音代替（如空號(hào)音）。交換接續(xù)控制基本完成了一個(gè)PBX的主要功能。用戶接口模塊:用戶電路也稱為用戶線接口電路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。其一般具有B（饋電），R（振鈴）、S（監(jiān)視）、C（編譯碼）、H（混合）、T（測(cè)試）、O（過(guò)

10、壓保護(hù)）七項(xiàng)功能。在通信終端平臺(tái)中采用PBL38710專用用戶接口器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2.1所示。PBL38710具有多種工作模式，在這里主要使用其兩根控制線C0、C1與一根狀態(tài)線DET。當(dāng)C10、C21時(shí)，DET將檢測(cè)用戶線在沒(méi)有鈴流時(shí)的用戶摘掛機(jī)狀態(tài)，DET0表示用戶摘機(jī)，DET1表示用戶未摘機(jī)。當(dāng)C11、C20時(shí)，DET將檢測(cè)用戶線在有鈴流時(shí)的用戶摘掛機(jī)狀態(tài)，DET0表示用戶摘機(jī)，DET1表示用戶未摘機(jī)，在該狀態(tài)下，PBL38710還將輸入的鈴流信號(hào)放大以達(dá)到驅(qū)動(dòng)用戶電路的要求。當(dāng)然，還可以設(shè)置控制線的其它方式來(lái)控制PBL38710進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)，可參見(jiàn)PBL38710的說(shuō)明書。

11、PBL38710的檢測(cè)模式與檢測(cè)輸出的關(guān)系見(jiàn)表2.1。在通信終端平臺(tái)中，有兩套完全一致的用戶接口電路，左邊的用戶終端電話號(hào)碼為1，右端用戶終端電話號(hào)碼為2。為保護(hù)測(cè)試模塊的安全，用戶接口模塊實(shí)驗(yàn)所需的全部測(cè)試點(diǎn)都通過(guò)測(cè)試插座引出，因而用戶接口電路的實(shí)驗(yàn)可在測(cè)試模塊中進(jìn)行。表2.1 PBL38710的模式與檢測(cè)輸出關(guān)系TP105C2TP104C1TP103100：用戶摘機(jī)1：用戶未摘機(jī)010：振鈴狀態(tài)下摘機(jī)1：振鈴狀態(tài)下未摘機(jī)下面以左邊用戶接口電路為例說(shuō)明用戶接口電路的基本原理，其框圖組成見(jiàn)圖2.2所示。用戶接口模塊由U101（PBL38710）、U102（TL082）及相應(yīng)的跳線器、電位器等元

12、件組成。用戶話機(jī)是通過(guò)電話插T1、R1線與通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連，在實(shí)際使用通信終端中，還應(yīng)包括保護(hù)電路（主要是對(duì)地保護(hù)與抗雷電保護(hù)等等），這部分電路在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中沒(méi)有包括。U101完成用戶摘掛機(jī)檢測(cè)、饋電、2/4線變換、振鈴等功能。U101的話音發(fā)送支路經(jīng)運(yùn)放U102A放大輸出。在話音接收支路，接收的模擬信號(hào)經(jīng)運(yùn)放U102B放大輸入到U101中。在這里，接收支路可以是下面幾種類型的信號(hào)：來(lái)自ADPCM模塊的話音信號(hào)；各種音信號(hào)（撥號(hào)音信號(hào)、忙音信號(hào)、回鈴音信號(hào)）等。各種音信號(hào)由接續(xù)控制處理模塊根據(jù)用戶電話呼叫的不同進(jìn)程，選擇其中一個(gè)信號(hào)送入用戶接口電路U101中。雙音多頻檢測(cè)模塊:該模塊對(duì)用

13、戶接口模塊發(fā)送支路信號(hào)進(jìn)行雙音多頻檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果送到交換接續(xù)控制模塊中進(jìn)行接續(xù)處理。在通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，有兩套完全一致的雙音多頻檢測(cè)模塊，這兩個(gè)模塊分別與相應(yīng)的電話用戶接口模塊相連。雙音多頻檢測(cè)模塊電路原理圖見(jiàn)圖2.5和圖2.6所示。本教程僅以雙音多頻檢測(cè)模塊1的原理進(jìn)行說(shuō)明，另一個(gè)模塊原理與第一個(gè)模塊相同，不再重述。雙音多頻檢測(cè)模塊由U301（CM8870）、X301（3.58MHz晶體）及相應(yīng)的跳線器、電位器組成。從用戶接口單元來(lái)的輸入信號(hào)進(jìn)入U(xiǎn)301進(jìn)行雙音多頻檢測(cè)。在U301雙音多頻檢測(cè)電路中，X301為晶體，它為U301工作提供基本的參考頻率。當(dāng)U301檢測(cè)到存在雙音多頻

14、時(shí)，U301的檢測(cè)信號(hào)DET_DTMF11，此時(shí)交換接續(xù)控制模塊將雙音多頻代碼（DTMFA3、DTMFA2、DTMFA1、DTMFA0）讀入，用以完成相應(yīng)的呼叫接續(xù)。ADPCM編譯碼模塊:時(shí)分復(fù)用：時(shí)分復(fù)用就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片(簡(jiǎn)稱時(shí)隙)，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用復(fù)接：隨著通信網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，通信網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，路數(shù)越來(lái)越多，網(wǎng)際關(guān)系也越來(lái)越密切，出現(xiàn)了幾個(gè)多路傳輸?shù)木W(wǎng)或鏈路間需要互連，這就稱為復(fù)接。解復(fù)接：復(fù)接的逆過(guò)程。幀的組成結(jié)構(gòu)：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，幀結(jié)構(gòu)組成如圖2.37所示。各時(shí)隙從0到3順序編號(hào)，分

15、別記為TS0、TS1、TS2和TS3。TS0時(shí)隙為幀定位碼，幀定位碼選用7位Barker碼（1110010），使接收端具有良好的相位分辨能力。 時(shí)隙的作用：2、 m序列的含義，Barker碼的含義，開(kāi)關(guān)信號(hào)的含義；m序列的含義：m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，是一種偽隨機(jī)序列、偽噪聲(PN)碼或偽隨機(jī)碼。可以預(yù)先確定并且可以重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列稱為確定序列；既不能預(yù)先確定又不能重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列稱隨機(jī)序列；不能預(yù)先確定但可以重復(fù)產(chǎn)生的序列稱偽隨機(jī)序列。Barker碼的含義：Barker碼是一個(gè)11比特序列（例如10110111000），在無(wú)線傳輸方面存在優(yōu)勢(shì)。每一個(gè)比特編碼為一個(gè)11位Barker

16、碼，因此而產(chǎn)生的一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象形成一個(gè)"chip"。該"chip"被加載到一個(gè)頻率在2.4GHz頻段（2.4-2.483GHz）的載波上，并采用某種調(diào)制技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。802.11系統(tǒng)傳輸速度為1Mbps，采用BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）；系統(tǒng)傳輸速度為2Mbps，采用QPSK（四進(jìn)制相移鍵控）。開(kāi)關(guān)信號(hào)的含義：即數(shù)字信號(hào)。相對(duì)于模擬信號(hào)信號(hào)的大小、方向在時(shí)間上是連續(xù)變化的。開(kāi)關(guān)量信號(hào)的變化不是連續(xù)的，即跳躍變化，故又有脈沖信號(hào)的說(shuō)法。3、 m序列如何由跳線開(kāi)關(guān)SWB02組合產(chǎn)生？m序列由UB01內(nèi)部產(chǎn)生：M序列的碼型共有4種，由跳線開(kāi)關(guān)SWB02（M_SEL

17、0、M_SEL1）決定。從TPB01測(cè)試點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)發(fā)端m序列信號(hào)，具體設(shè)置見(jiàn)下表：4、 信道誤碼率如何由跳線開(kāi)關(guān)SWB02組合產(chǎn)生？錯(cuò)碼產(chǎn)生器：錯(cuò)碼產(chǎn)生器用于學(xué)生了解幀傳輸復(fù)接/解復(fù)接器在有誤碼的環(huán)境下接收端幀同步過(guò)程和抗誤碼性能，錯(cuò)碼產(chǎn)生及錯(cuò)碼插入由UB01實(shí)現(xiàn)。通過(guò)跳線開(kāi)關(guān)SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以選擇4種信道誤碼率，錯(cuò)碼指示可以用示波器在TPB02監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。具體設(shè)置見(jiàn)下表：6、敘述什么情況下會(huì)造成接收幀失步？7、標(biāo)出測(cè)量點(diǎn)TPB01-TPB07的含義。1、 TPB01：發(fā)送m序列輸出（復(fù)接模塊）2、 TPB02：插入錯(cuò)碼指示（復(fù)接模塊）3、 TPB03：輸入復(fù)接幀信號(hào)

18、（解復(fù)接模塊）4、 TPB04：輸入時(shí)鐘（解復(fù)接模塊）5、 TPB05：接收m序列輸出（解復(fù)接模塊）6、 TPB06：收端幀同步指示（解復(fù)接模塊）7、 TPB07：發(fā)端幀同步指示（復(fù)接模塊）五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深刻理解電路組成和實(shí)驗(yàn)原理，正確設(shè)置跳線開(kāi)關(guān)，完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)信號(hào)波形（標(biāo)明頻率、幅度、脈沖寬度）。根據(jù)圖4.37設(shè)置跳線開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)中僅ADPCM2至ADPCM1方向經(jīng)過(guò)復(fù)接系統(tǒng)傳輸，ADPCM1至ADPCM2信道傳輸設(shè)置為直通。要求復(fù)接模塊輸出m1序列碼，發(fā)、收增益選擇為缺省狀態(tài)；DTMF1 、DTMF2模塊內(nèi)增益為缺省狀態(tài)。 加電后通過(guò)菜單設(shè)置在PCM編碼方式。1. 時(shí)分復(fù)用幀結(jié)構(gòu)觀察利用雙蹤示波器，正確選擇觸發(fā)信號(hào)（以變化慢的信號(hào)觸發(fā)變化快的信號(hào)），兩兩觀察復(fù)接/解復(fù)接模塊的位時(shí)鐘信號(hào)、幀同步信號(hào)、復(fù)接幀數(shù)據(jù)信號(hào)，分析時(shí)序?qū)?yīng)關(guān)系后畫出信號(hào)波形（時(shí)鐘的變化沿對(duì)應(yīng)）。對(duì)照前文給出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幀結(jié)構(gòu)，標(biāo)明各信號(hào)的意義和時(shí)長(zhǎng)，讀出幀同步信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)和m序列。（使用示波器時(shí)，在觀察信號(hào)全貌的基礎(chǔ)上，用single或stop觀察信號(hào)的細(xì)節(jié)。）改變開(kāi)關(guān)信號(hào)的