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)拇a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，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼

2、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。滿足或部分滿足以上特性的傳輸碼型種類繁多，主要有

3、：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

4、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：

5、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)K

6、X02控制，產(chǎn)生不同的特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

7、排如下：1、 TPX01：輸入數(shù)據(jù)（256Kbps）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。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、 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

8、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10碼字時，將輸出錯碼指示（TPY05）。4、 測試點TPY03是調(diào)整觀測時間（102

9、4bit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、 TPY05：錯碼輸出指示6、 TPY06：256KHz時鐘輸出7、 TPY07：CMI譯碼數(shù)據(jù)輸出二、實驗儀器1、 JH5001通信原理綜合實驗系統(tǒng)一臺2、 20MHz雙蹤示波器一臺三、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

10、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（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)

11、據(jù)（TPX01）和1碼狀態(tài)記憶輸出（TPX03）。觀測時用TPX01同步，仔細調(diào)整示波器同步。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

12、時（左端），將在輸出編碼數(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)KX01設(shè)置在M位置（右端），將m序

13、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，因