信道復接與分接

1、通信原理實驗第21頁 通信原理實驗 電子信息工程學院 學生： 學號： 指導老師： 王根英 日期：2015年11月16日 上課時間：星期一第五節(jié)實驗六自定義幀結構的幀成形及其傳輸一、 實驗前的準備(1) 預習幀成形及其傳輸電路的構成。(2) 熟悉附錄b和附錄c中實驗箱面板分布及測試孔位置；定義相關模塊跳線的狀態(tài)。(3) 實驗前重點熟悉的內(nèi)容：1) 明確PCM30/32路系統(tǒng)的幀結構。2) 熟悉PCM30/32路定時系統(tǒng)。3) 明確PCM30/32幀同步電路及工作原理。(4) 思考題1) 本實驗中數(shù)字復接的幀結構由幾個時隙組成？分別是什么內(nèi)容？本實驗中數(shù)字復接的幀結構由4個時隙組成。分別是幀同步時

2、隙、話路時隙、開關信號時隙、特殊碼時隙。2) 本實驗中的幀定位碼是什么？其作用是什么？本實驗中的幀定位碼是11100100，作用是能夠使接收端通過對幀同步碼的檢測，確定每幀的起始位置，從而能正確地進行分路。3) 但實驗中幀結構由幾個比特組成？每路信號的速率是多少？本實驗中每個時隙由8個比特組成，一個幀結構共32個比特。每路信號的速率是64kbps，一幀的速率是256kbps。二、 實驗目的(1) 加深對PCM30/32系統(tǒng)幀結構的理解。(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、幀同步的告警復用和分用過程的理解。三、 實驗儀器(1

3、) ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng)(2) 20MHz雙蹤示波器四、 基本原理在PCM30/32路數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,每個樣值均編8位碼,一幀分為32個時隙,通常用TS0TS31來表示,其中30個時隙用于30路話音業(yè)務。TS0為幀定位時隙,用于接收分路做幀同步用。TS1TS15時隙用于話音業(yè)務,分別對應第1路到第15路的話音信號。TS16時隙用于信令信號傳輸,完成信令的接續(xù)。TS17TS31時隙用于話音業(yè)務,分別對應第16路到第30路話音信號。在通信系統(tǒng)原理實驗箱中,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。實驗電路設計了一幀共含有4個時隙,分別用TS0TS3表示。每個

4、時隙含8比特碼。其幀結構如圖51所示。TS0時隙為幀同步時隙,本同步系統(tǒng)中幀定位碼選用8位碼,這8位碼是11100100。應注意到,這7位碼與實際中的PCM30/32路系統(tǒng)基群幀同步碼不同,它用是能夠使接收端通過對幀同步碼的檢測,確定每幀的起始位置,從而能夠正確地進行分路。TS1時隙用來傳輸話音信號,實驗箱中的一路電話信號的傳輸就是占用該時隙的;TS2時隙為開關信號,復用輸入信號的狀態(tài)是通過8位跳線開關來設定的,跳線插入為1,跳線拔出為0;TS3時隙用來傳輸特殊碼序列,特殊碼序列可以通過跳線開關進行選擇,共有4種碼型可以選擇。TS0TS3復合成一個256kbps數(shù)據(jù)流,在同一信道上傳輸。復用模

5、塊主要由幀同步碼的產(chǎn)生、開關信號的產(chǎn)生、話音信號時隙的復用、特殊碼時隙的復用及PCM信號的傳輸電路組成，分接模塊主要由同步碼檢出、同步調(diào)整、接收定時系統(tǒng)、接收時隙分接電路組成。復接器系統(tǒng)定時用于提供統(tǒng)一的基準時間信號，分接器的定時來自同步單元恢復的接收時鐘，在同步單元的控制下，分接器的時鐘信號與復接器的時鐘信號保持正確的相位關系，即保持同步。首先從接收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)整，同步調(diào)整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)能夠正確地將接收信號進行分路。當系統(tǒng)進人同步狀態(tài)后，則形成了接收端定時信號，此時的接收定時信號完全與發(fā)送端信號同步。因此，分接單

6、元可以把輸人信號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出原始的支路數(shù)字信號，在通信系統(tǒng)原理實驗系統(tǒng)中，復接模塊用一片現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片來完成。在該芯片內(nèi)部還構造了一個m序列發(fā)生器，為便于觀測復接信號波形，通過跳線開關SWBO2（M-SELO，M-SELI)可以選擇4種m序列碼型。m序列碼型可以在TPBO1檢測點觀測。錯碼產(chǎn)生器可以通過跳線開關SWB02(E_SELO，E_SELI)設置4種不同信道誤碼率，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。在實驗電路圖5-2中，各測試點的定義如下。發(fā)送m序列輸出。TPB

7、O1:發(fā)端插入錯碼指示。TPB02:復接器輸出信號。TPB03:復接器輸出時鐘。TPB04:分接m序列支路輸出。TPB05:分接收端幀同步指示。TPB06:發(fā)端幀同步指示。TPB07:發(fā)端幀同步指示。五、 實驗內(nèi)容實驗前的準備工作，首先是將解復接模塊內(nèi)的輸人信號和時鐘選擇跳線開關KB01、KB02設置為LOOP（自環(huán)）位置。在這種情況下，復接模塊和解復接模塊直接相連，不經(jīng)過線路編碼。再將復接模塊內(nèi)的工作狀態(tài)選擇跳線開關SBW02的m序列選擇跳線開關M_SEL0、M_SEL1拔下，這時，m序列發(fā)生器輸出產(chǎn)生m序列全0。將錯碼選擇跳線開關E_SELO、E_SEL1拔下，這種情況不在傳輸幀中插人誤碼

8、?？傊?，實驗的初始條件是復接、分接直接相連；m序列為全0；傳輸無誤碼。1. 發(fā)送傳輸幀結構觀察用示波器同時觀測復接模塊的發(fā)送幀同步指示測試點TPBO7與復接模塊的數(shù)字復接信號測試點TPB03的波形，觀測時用TPB07作同步。數(shù)字復接信號的幀結構應與圖5-1相同。畫出TPB07的波形和TPB03數(shù)字復用信號波形，注意兩者之間的對應關系。 TPB07與TPB03波形 上方接近于標準方波的是發(fā)送幀同步指示TPB07的波形，下方為接收處TPB03的波形。可以看到有很好的同步。1、幀定位信號的測量。在TPB03測試點波形中，找到幀定位信號所占用的時隙，畫圖標出幀定位字所占時間位置。 幀定位信號從波形中可

9、以明顯看出幀定位信號11100100。1、 幀內(nèi)話音數(shù)據(jù)觀察。找出幀內(nèi)話音信號的位置，在圖中標出話音數(shù)據(jù)所占時間位置。由于話音信號的隨機性，無法看到清晰的信號，只要確定其位置即可。 幀內(nèi)話音數(shù)據(jù)1、幀內(nèi)開關信號觀測。找到幀內(nèi)開關信號在幀結構中的位置。調(diào)整跳線開關SWBO1上短路器，就可以改變開關信號的狀態(tài)，在TPB03測試點波形中可以看到開關信號狀態(tài)的變化，由此可以找到開關信號在幀結構中的位置，并可以觀測到開關信號狀態(tài)變化情況。 幀內(nèi)開關信號由圖可以看出，當我們改變開關的跳線帽時，幀內(nèi)開關信號也隨之改變，同時LED0-LED7也隨之改變。幀內(nèi)m序列數(shù)據(jù)觀測。調(diào)整示波器同步旋鈕，調(diào)整跳線開關短路

10、器SWB02上M_SELO、M_SEL1，產(chǎn)生不同的m序列，由于兩個跳線的插拔有4種組合，因此可以產(chǎn)生4個不同的m序列，這些不同的m序列出現(xiàn)在幀結構相應的時隙后，有可能清晰地觀察到，也有可能表現(xiàn)為模糊不清，出現(xiàn)這兩種情況的原因自己分析。本步不要求讀出m序列的具體值，只要求能夠確定m序列所占用的時隙即可。幀內(nèi)m序列數(shù)據(jù)觀測：M_SELO、M_SEL1均拔下：M_SELO插上、M_SEL1拔下：M_SELO、M_SEL1均插上：由以上幾個圖可以看出，只有當m序列為全0或者全1的時候，才可以看清楚，當m序列為15位或者7位的時候，由于不是8的整數(shù)倍，就會導致看不清楚。2、收發(fā)幀同步指示的觀測 發(fā)送幀

11、同步指示測試點為TPB07，接收幀同步指示測試點為TPB06g用示波器同時觀測幀復接模塊同步指示測試點TPB07與解復接模塊幀同步指示測試點TPB06波形，觀測時用TPB07同步，記錄TPB07和TPB06的波形，說明TPB07和TPB06測試到的波形怎樣才能夠說明收發(fā)系統(tǒng)之間是同步的。 收發(fā)幀同步指示的觀測（可以看到，收發(fā)幀有很好的同步。）2. 解復接開關信號輸出的觀測當收發(fā)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)情況下，觀察解復接模塊的開關信號指示，即發(fā)光二極管指示燈(LED0-LED7)與復接模塊內(nèi)跳線開關SWBO1之間的對應關系。通過改變復接模塊內(nèi)跳線開關SWBOI中短路器，觀察解復接模塊中發(fā)光二極管LEDO

12、-LED7的狀態(tài)變化，找到發(fā)光二極管隨跳線開關而變化的關系，記錄結果。當我們改變條線帽的插拔時，可以看到解復接模塊輸出LED0-LED7成反序的亮滅狀態(tài)。3. 解復接m序列數(shù)據(jù)輸出測量測試點為發(fā)端復接模塊m序列輸人TPBO1、收端分接模塊m序列輸出TPBO5。用示波器同時測量發(fā)端序列測試點TPBOI與解復接輸出m序列TPB05波形，觀測時用TPBO1同步。調(diào)整示波器同步，觀測收發(fā)m序列是否一致。按表5-1調(diào)整跳線開關短路器SWB02上的M_SELO、M_SEL1，產(chǎn)生4種不同的m序列輸出，觀測收發(fā)幀內(nèi)m序列數(shù)據(jù)是否一致變化，將測試結果記錄于表5-1中。解復接m序列數(shù)據(jù)輸出測量：M_SELO、M

13、_SEL1均拔下：M_SELO插上、M_SEL1拔下：M_SELO拔下、M_SEL1插上：M_SELO、M_SEL1均插上：M_SEL1M_SELOm序列數(shù)據(jù)M_SEL1M_SELOm序列數(shù)據(jù)拔拔全0，全0插拔0010111拔插全1，全1插插0101110010011六、 實驗結論分析本次實驗實現(xiàn)了信號的復接與分接，實際中使用的PCM30/32話路系統(tǒng)，而試驗中使用的是自定義的4個時隙，每個時隙8個bit，一共32bit。從原理上面驗證了信號的分接與復接。實現(xiàn)了同步時隙、話路時隙、開關時隙和特殊碼時隙的傳輸。七、 思考題(1) 在第1步實驗觀測幀結構時，哪個時隙的信號能夠觀測清晰？哪個時隙的信

14、號不能觀察清晰？哪個時隙的信號有可能清晰也有可能不清晰？同步時隙和開關時隙可以觀測清楚。話路時隙不能觀測清楚，這是由于話路時隙信號是不具有以8為周期的周期性。m序列碼時隙可能觀測清楚，也可能觀測不清楚，這是由于m序列碼可能是以8為周期，也可能不以8為周期。(2) 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？能。只要調(diào)整到合適的掃描范圍即可。這是由于輸出可以將傳輸?shù)膍序列拼接起來。實驗七自定義幀結構的幀同步系統(tǒng)一、 實驗前的準備(1) 預習自定義幀結構的幀同步系統(tǒng)電路的構成。(2) 熟悉實驗指導書附錄B和附錄C中實驗箱面板分布及測試

15、孔位置；定義本實驗相關模塊的跳線狀態(tài)。(3) 實驗前重點熟悉的內(nèi)容：1) 掌握PCM30/32路系統(tǒng)的幀結構；2) 明確PCM30/32幀同步系統(tǒng)及工作原理，3) 了解假同步、假失步的概念；4) 了解前方保護、后方保護的概念。二、 實驗目的(1) 加深對PCM30/32幀同步系統(tǒng)的理解。(2) 加深對PCM30/32路幀同步系統(tǒng)同步過程的理解。(3) 掌握PCM30/32幀同步系統(tǒng)的基本概念三、 實驗儀器(1) ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng)(2) 20MHz雙蹤示波器四、 基本原理自定義幀結構幀同步系統(tǒng)電路如圖5-2所示。在TDM復接系統(tǒng)中，要保證接收端分路系統(tǒng)與發(fā)送端一致，必須要有一個

16、同步系統(tǒng)，從而實現(xiàn)接收端與發(fā)送端同步。同步系統(tǒng)是復接/解復接設備中最重要的組成部分。在幀同步系統(tǒng)中要解決的問題有：(1)幀定位碼型設計;(2)幀定位碼的碼長選擇;(3)同步搜索方法;(4)幀長度的確定;(5)幀定位保護方法;(6)幀定位保護參數(shù)的選擇。當這些設計和參數(shù)確定后，就決定了復接系統(tǒng)的下列技術性能：(1)平均同步搜捕時間;(2)平均發(fā)現(xiàn)幀時間;(3)平均確認同步時間;(4)平均幀失步時間間隔;(5)平均同步持續(xù)時間;(6)失幀引人的平均誤碼率等。幀定位同步的方法通常有兩種：逐步移位同步搜索法和置位同步搜索法。通信系統(tǒng)原理實驗中的解復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

17、法的基本工作原理是調(diào)整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。當收發(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信碼。如果下一位檢測結果仍與幀定位字不一致，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。因在接收碼流中，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。因此，只有經(jīng)過固定的周期（實際的PCM30/

18、32系統(tǒng)為250微秒，本實驗中為125微秒）在同一位置，多次連續(xù)出現(xiàn)幀定位碼字，方可進入同步狀態(tài)。這一部分功能由幀定位檢測電路和校核電路完成。由于各種因素（如干擾、線路故障等）使電路失去同步，破壞了電路的同步工作狀態(tài)，而進人幀失步狀態(tài)。從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。抗誤碼造成的幀失步由幀定位檢測電路和保護計數(shù)電路來完成，只有當在一定的時間間隔內(nèi)，在幀定位碼字的位置多次檢測不到幀定位碼字，才可以判定為幀失步，需重新進入同

19、步搜索狀態(tài)。逐步移位同步搜索法系統(tǒng)組成框圖如圖5-3所示。語音信號的中斷時間短于100ms，不易被人耳感覺出來，但對數(shù)據(jù)通信來說卻是不允許的。為了能夠深入理解在有誤碼的環(huán)境下幀失步、幀同步和抗誤碼性能，在復接模塊內(nèi)設計了錯碼產(chǎn)生器(可以有3種類型的誤碼)，通過錯碼設置跳線開關SWB02(E_SEL0，E_SEL1)可以選擇不同的信道誤碼率，誤碼率分別約為4×10-3、1.6×10-2和1×10-1。通過實驗能夠觀測到復接/解復接具有抗誤碼的性能，也就是說，在誤碼率較低的情況下，由于誤碼產(chǎn)生的位置可能落在幀定位以外的時隙，這種情況不會影響幀同步過程。當誤碼落入幀定位

20、時隙時，如果誤碼率較低，只要連續(xù)出現(xiàn)幀同步字的個數(shù)達到前方保護計數(shù)器的個數(shù)，就可以進人同步狀態(tài)。而從同步狀態(tài)轉到失步狀態(tài)，幀定位字的零星誤碼，由于有后方保護計數(shù)器，則不會對同步系統(tǒng)產(chǎn)生影響。當誤碼率加大以后，則系統(tǒng)無法進人和保持同步狀態(tài)，而始終處于幀同步搜索（掃描）狀態(tài)，這是由于誤碼率的增加，無法達到連續(xù)計滿后方保護計數(shù)器的個數(shù)，因此無法達到同步狀態(tài)。五、 實驗內(nèi)容實驗前跳線開關的設置：首先將解復接模塊內(nèi)的輸人信號和時鐘選擇跳線開關KB01、KB02設置為LOOP（自環(huán)）位置，使復接模塊的輸出不經(jīng)過線路編碼，直接送到解復接模塊連接成自環(huán)測試方式；將復接模塊內(nèi)的跳線開關SBW02的m序列選擇跳線

21、開關M_SEL0、M_SEL1拔下，這時，m序列發(fā)生器產(chǎn)生器將產(chǎn)生m序列0，再將錯碼選擇跳線開關E_SEI0、E_SEL1拔下，此時，不在傳輸幀中插人誤碼。1. 幀同步過程觀察1) 用示波器同時觀測復接模塊內(nèi)幀同步指示測試點TPB07與解復接模塊內(nèi)幀同步指示測試點TPB06的波形。觀測時用TPB07作同步，調(diào)整示波器可以使收發(fā)兩者信號同步。這是一種正常的工作方式。 幀同步波形波形圖中，上方是TPB07的波形，下方是TPB06的波形。從波形中可以看到，在發(fā)送同步指示的下降沿之后，接收同步指示將檢測到一個同步信號，這個同步信號為一個窄脈沖。2、將解復接模塊內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關KB01的短路器拔

22、除，使傳輸信道中斷，觀測解復接模塊幀同步失步情況。反復插入和拔除KB01的短路器，觀測同步和失步狀態(tài)，記錄測試結果。分析：KB01拔除后幀同步系統(tǒng)是否同步？當KB01插入后能否立即同步？為什么？不同步；且不能立即同步 幀失步時的波形 幀失步時，可以看到TPB06的波形在向右移動。這其實是失步后，解復接模塊在依次向后搜尋查找同步時隙過程的體現(xiàn)。插入KB01后，并不能立即同步，TPB06而是向后移動一段直至剛好移動到TPB07的下降沿，這是就完成了新的同步。這正是失步后再同步搜尋同步時隙的體現(xiàn)。 將開關信號設置為幀定位信號（插人為1，拔除為0），反復插入和拔除KB01的短路器，觀測同步和假同步現(xiàn)象。記錄同步和假同步兩種情況下TPB07和TPB06的波形及相位關系。 假同步的波形 正常情況下，接收幀同步指示TPB06應該在發(fā)送幀同步指示TPB07的下降沿后，當我們將開關信號設置為與同步時隙一樣的信號后，就有可能將開關信號檢測到而識別為同步時隙，這時候，就會出現(xiàn)假同步，假同步時，接收幀同步指示TPB06應該在發(fā)送幀同步指示TPB07的上升沿后。2、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杂^測 用示波器同時觀測復接模塊幀同步指示測試點TPB07與解復接模塊幀同步指示測試點TPB06波形。觀測時用TPB07同步，調(diào)整示波器使收發(fā)信號同步。注意觀察，在正常的情況下，解復接模塊內(nèi)的