實(shí)驗(yàn)CMI碼型變換實(shí)驗(yàn)

./實(shí)驗(yàn)CMI碼型變換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)原理和電路說明在實(shí)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?yàn)樗锌赡茉斐尚盘枃?yán)重畸變。同時(shí),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(shí)信號,而收定時(shí)信號卻又依賴于傳輸?shù)拇a型,如果碼型出現(xiàn)長時(shí)間的連"0"或連"1"符號,則基帶信號可能會長時(shí)間的出現(xiàn)0電位,從而使收定時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)難以保證收定時(shí)信號的準(zhǔn)確性。實(shí)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(diǎn)：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型；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(gè)既有獨(dú)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(gè)問題。傳輸碼〔傳輸碼又稱為線路碼的結(jié)構(gòu)將取決于實(shí)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：能從其相應(yīng)的基帶信號中獲取定時(shí)信息；相應(yīng)的基帶信號無直流成分和只有很小的低頻成分；不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響,即能適應(yīng)于信息源的變化；盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；具有內(nèi)在的檢錯(cuò)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：CMI碼、AMI、HDB3等等,下面將主要介紹CMI碼。根據(jù)CCITT建議,在程控?cái)?shù)字交換機(jī)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4.2.1CMI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(shí),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(shí)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(jìn)行同步。同步過程的設(shè)計(jì)可根據(jù)碼字的狀態(tài)進(jìn)行：因?yàn)樵谳斎氪a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(diǎn)：不存在直流分量；在CMI碼流中,具有很強(qiáng)的時(shí)鐘分量,有利于在接收端對時(shí)鐘信號進(jìn)行恢復(fù)；具有檢錯(cuò)能力,這是因?yàn)?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(gè)特點(diǎn)可用于檢測CMI的部分錯(cuò)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編碼器：因?yàn)樵贑MI編碼規(guī)則中,要求在輸入碼為1時(shí),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(shí)的編碼狀態(tài)。這一機(jī)制是通過一個(gè)D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn),每次當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)1碼時(shí),D觸發(fā)器進(jìn)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(shí),D觸發(fā)器的Q輸出端也將作為輸入比特為1時(shí)的編碼輸出〔測試點(diǎn)TPX03。0編碼器：當(dāng)輸入碼流為0時(shí),則以時(shí)鐘信號輸出做01碼。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(diǎn)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M序列產(chǎn)生器輸出數(shù)據(jù),此時(shí)可以用示波器觀測CMI編碼輸出信號,驗(yàn)證CMI編碼規(guī)則。錯(cuò)碼發(fā)生器：為驗(yàn)證CMI編譯碼器系統(tǒng)具有檢測錯(cuò)碼能力,可在CMI編碼器中人為插入錯(cuò)碼。將KX03設(shè)置在E_EN位置時(shí)〔左端,插入錯(cuò)碼,否則設(shè)置在NO_N位置〔右端時(shí),無錯(cuò)碼插入。隨機(jī)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(jī)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(jī)信號序列數(shù)據(jù)輸出。正常工作時(shí),跳線開關(guān)KX04設(shè)置在1_2位置〔左端。在該模塊中,測試點(diǎn)的安排如下：TPX01：輸入數(shù)據(jù)〔256KbpsTPX02：輸入時(shí)鐘〔256KHzTPX03：1狀態(tài)記憶輸出TPX04：輸出時(shí)鐘〔512KHzTPX05：CMI編碼輸出〔512KbpsTPX06：加錯(cuò)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。串并變換器：輸入的512Kbps的CMI碼流首先送入一個(gè)串并變換器,在時(shí)鐘的作用將CMI的編碼碼字的高位與低位碼子分路輸出。CMI譯碼器：當(dāng)CMI碼的高位與低位通過異或門實(shí)現(xiàn)CMI碼的譯碼。由于電路中的時(shí)延存在差異,輸出端可能存在毛刺,又進(jìn)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(shí)延。同步檢測器：根據(jù)CMI編碼的原理,CMI碼同步時(shí)不會出現(xiàn)10碼字〔不考慮信道傳輸錯(cuò)碼；如果CMI碼沒有同步好〔即CMI的高位與低位出現(xiàn)錯(cuò)鎖,將出現(xiàn)多組10碼字,此時(shí)將不正確譯碼。同步檢測器的原理是：當(dāng)在一定時(shí)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(shí)同步檢測電路輸出一個(gè)控制信號到扣脈沖電路扣除一個(gè)時(shí)鐘,調(diào)整1bit時(shí)延,使CMI譯碼器同步。CMI譯碼器在檢測到10碼字時(shí),將輸出錯(cuò)碼指示〔TPY05。測試點(diǎn)TPY03是調(diào)整觀測時(shí)間〔1024bit的周期。在該模塊中,測試點(diǎn)的安排如下：TPY01：CMI編碼輸入數(shù)據(jù)TPY02：512KHz輸入時(shí)鐘TPY03：調(diào)整觀測時(shí)間〔1024bit的周期TPY04：扣脈沖指示TPY05：錯(cuò)碼輸出指示TPY06：256KHz時(shí)鐘輸出TPY07：CMI譯碼數(shù)據(jù)輸出二、實(shí)驗(yàn)儀器JH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺20MHz雙蹤示波器 一臺三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誄MI碼的編碼規(guī)則熟悉CMI編譯碼系統(tǒng)的特性四、實(shí)驗(yàn)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(cuò)使能跳線開關(guān)KX03設(shè)置在無錯(cuò)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。CMI碼編碼規(guī)則測試用示波器同時(shí)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(shí)用TPX01同步,仔細(xì)調(diào)整示波器同步。找出并畫下一個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖將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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1碼狀態(tài)記憶測量用示波器同時(shí)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(shí)用TPX01同步,仔細(xì)調(diào)整示波器同步。畫下一個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖將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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖CMI碼解碼波形測試用示波器同時(shí)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(shí)用TPX01同步。驗(yàn)證CMI譯碼器能否正常譯碼,兩者波形除時(shí)延外應(yīng)一一對應(yīng)。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖CMI碼編碼加錯(cuò)波形觀測跳線開關(guān)KX03是加錯(cuò)控制開關(guān),當(dāng)KX03設(shè)置在E_EN位置時(shí)〔左端,將在輸出編碼數(shù)據(jù)流中每隔一定時(shí)間插入1個(gè)錯(cuò)碼。TPX06是發(fā)端加錯(cuò)指示測試點(diǎn),用示波器同時(shí)觀測加錯(cuò)指示點(diǎn)TPX06和輸出編碼數(shù)據(jù)TPX05的波形,觀測時(shí)用TPX06同步。畫下有錯(cuò)碼時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖CMI碼檢錯(cuò)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(cuò)跳線開關(guān)KX03設(shè)置在E_EN位置,人為插入錯(cuò)碼,模擬數(shù)據(jù)經(jīng)信道傳輸誤碼。用示波器同時(shí)測量加錯(cuò)指示點(diǎn)TPX06和CMI譯碼模塊中檢測錯(cuò)碼指示點(diǎn)TPY05波形。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖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(yàn)。觀測測量結(jié)果有何變化。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖關(guān)機(jī)5秒鐘后再開機(jī),重復(fù)〔2試驗(yàn)。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(jī)后再開機(jī)。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖CMI譯碼同步觀測CMI譯碼器是否同步可以通過檢測錯(cuò)碼檢測電路輸出反映出。從當(dāng)CMI譯碼器未同步時(shí),錯(cuò)碼將連續(xù)的檢測出。觀測時(shí),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。用示波器測量失步時(shí)的檢測錯(cuò)碼檢測點(diǎn)〔TPY05波形。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖將KX04設(shè)置在1_2位置,檢測錯(cuò)碼檢測點(diǎn)波形應(yīng)立刻同步。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖抗連0碼性能測試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(shí)鐘信息。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖測量CMI譯碼輸出數(shù)據(jù)是否與發(fā)端一致。<實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)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,因而對輸入1的狀態(tài)必須記