自定义帧结构的成形及其传输

通信原理实验1姓名：仝欣学号：13213029指导教师：王根英日期：上课时间：星期一第5大节通信原理实验电子信息工程学院通信原理实验2自定义帧结构的帧成形及其传输及自定义帧结构的帧同步系统一、实验准备（1）预习帧成形及其传输电路的构成。（2）熟悉实验指导书附录B和附录C实验面板分布及测试孔位置，定义本实验相关模块的跳线状态。（3）实验前重点掌握的内容：①明确PCM30/32路系统的帧结构。②熟悉PCM30/32路系统的定时系统。③明确PCM30/32帧同步电路及其工作原理。（4）思考题：①本实验中数字复接帧结构由几个时隙构成？分别是什么内容？②本实验中帧定位码是什么？其作用是什么？③本实验中帧结构各时隙有几个比特组成？每路信号是速率是多少？二、实验目的（1）加深对PCM30/32系统帧结构的理解。（2）加深对PCM30/32路帧同步系统及其工作过程的理解。（3）加深对PCM30/32系统话路、信令、帧同步和告警复用和分用过程的理解。（4）加深对PCM30/32帧同步系统的理解。（5）加深对PCM30/32路帧同步系统同步过程的理解。（6）掌握PCM30/32路帧同步系统的基本概念。三、实验仪器（1）ZH5001A通信系统原理实验箱一台（2）20MHz双踪示波器一台四、基本原理在通信系统原理试验箱中，信道传输上采用了类似TDM的传输方式、定长组帧、帧定位码与信息格式。实验电路设计了一帧共含有四个时隙，分别用TS0~TS3表示。每个时隙含有8比特。TS0为帧同步时隙，同步码为11100100，它用于确定起始位置，从而进行正确的分路；TS1时隙用来传输话音信号，是随机的；TS2时隙为开关信号，通过8个跳线开关来设定，插入为1，拔掉为0；TS3用来传输特殊码序列，特殊码序列通过跳线选择，共有四种码型。帧成形及其传输实验，可由复接模块和解复接模块完成。复接器系统定时用于提供统一的时间基准信号，分接器的定时来自同步单元恢复的时钟信号，在同步单元的控制下，分接器与复接器的时钟信号保持正确的相位关系，即保持同步。错码产生器可以通过跳线开关SWB02(E_SEL0,E_SEL1)通信原理实验3设置四种不同的信道误码率，便于了解在误码环境下，接收端帧同步过程和帧同步系统抗误码性能，从而加深对假同步和假失步形成过程的理解。实验电路各测试点定义如下：①TPB01：发送m序列输出。②TPB02：发端插入错码指示。③TPB03:复接器输出信号。④TPB04：复接器输出时钟。⑤TPB05：分接m序列支路输出。⑥TPB06：分接收端帧同步指示。⑦TPB07：发端帧同步指示。五、实验内容1.自定义帧结构的帧成形及其传输原理：帧结构组成：4路时隙TS0TS1TS2TS3话路时隙开关信号时隙特殊码时隙帧同步时隙11100100本实验中信道传输上采用了类似TDM的传输方式、定长组帧、帧定位码与信息格式。一帧共有4个时间间隔，按8个bit一组分成了一个一个的固定时隙，如上图所示。时隙从0到3顺序编号，分别记为TS0、TS1、TS2和TS3。TS0时隙间隔为帧定位码，帧定位的码型和码长选择直接影响接收端帧定位搜索和漏同步性能，BARKER码具有良好的自相关特性。本同步系统中帧定位码选用7位BARKER码（11100100），使接收端具有良好的相位分辨能力。TS1时隙为话音业务PCM编码信号。TS2时隙为开关信号，8位跳线开关数据全改变。TS3时隙为特殊码序列，共有4种码型可以选择。TS0~TS3复合成一个256kbps数据流，在同一信道上传输。实验电路：帧成形及其传输实验可以由复接模块和解复接模块来完成，复接模块和解复接模块电路原理框图如下。通信原理实验4时钟●●●UB01HDB3CMILOOPM序列发生器SWB02跳线器M_SEL1同步码同步调整系统定时复接错码发生SWB02跳线器E_SEL1E_SEL0复接/解复接模块原理框图开关信号PCM/ADPCMTPB01开关1-8SWB01M_SEL0PCM/ADPCM分接恢复LED1～LED8TPB07发送帧同步指示同步接收帧同步指示TPB06m序列TPB05TPB03TPB04系统定时TPB02错码指示数据跳线器跳线器KB02KB01线路编码模块（AMI/HDB3/CMI）编码译码UB01复接模块主要由帧同步码产生、开关信号的产生、话音信号时隙的复用、特殊码时隙的复用及PCM信号的传输电路组成。分解模块主要由同步码检出、同步调制、接收定时系统、接收时隙分解电路组成。复接器系统定时用于提供统一的基准时间信号，分接器的定时来自同步单元恢复的接受时钟，在同步单元的控制下，分接器的时钟信号与复接器的时钟信号保持正确的相位关系，即保持同步。首先从接受信号中检测帧同步码，利用帧同步码检测输出脉冲来进行同步调制，同步调制的目的是为了使收发定时系统同步，从而使接收定时系统能够正确地分为多路支路数字信号，从而可以从分接单元恢复出原始的支路数字信号。实验电路图中，各测试点的定义如下：TPB01：发送m序列输出。TPB02：发端插入错码指示。TPB03：复接器输出信号。TPB04：复接器输出时钟。通信原理实验5TPB05：分接m序列支路输出。TPB06：分接收端帧同步指示。TPB07：发端帧同步指示。2.发送传输帧结构观测帧定位信号的测量由图可读出帧定位码为：11100100帧内话音数据观察帧内开关信号观测开关状态：通信原理实验6帧内m序列数据观测无m序列组合：有m序列组合：通信原理实验73.收发帧同步指示的观测观测发送帧同步指示测试点TPB07与接收帧同步指示测试点TPB06从图中可见，当收端脉冲信号对应发端下降沿时，收端同步指示与发端指示一致，说明收发系统之间是同步的。4.解复接开关信号输出的观测通过改变复接模块内跳线开关SWB01中短路器，观察解复接模块中发光二极管LED0~LED7状态变化，得到发光二极管随跳线开关而变化的对应关系如下表:LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7DB08DB07DB06DB05DB04DB03DB02DB01通信原理实验85.解复接m序列数据输出测量只插M_SEL1，7位m序列1110010插M_SEL0和M_SEL1，15位m序列111100010011010通信原理实验9只插M_SEL0，全1序列都不插，全0序列从图中可见，解复接m序列与发端一致，时延也不明显。四种开关状态分别对应了四种m序列，分别为全0，7位m序列，15位m序列，全1序列。6.自定义帧结构的帧同步系统原理：在TDM复接系统中，要保证接受端分路系统与发送端一致，必须要有一个同步系统，从而实现接受端与发送端同步。同步系统是复接/接复接设备中最重要的组成部分。帧定位同步的方法通常有两种：逐步移位同步搜索和置位同步搜索法。通信系统原理实验中的解复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调制接收端本地帧定位码的相位，使之与接收到的总码流中的帧定位字对准。对收发系统同步后，就可以用接收端各分路定时脉冲对接收到的码流进行正确的分路。如果本地帧同步码的相位没有对准码流接收信号的帧定位字码位，则同步检测电路将输出一个扣除脉冲可将接收时钟信号扣除一个时钟，这等效于将数据码流后移一个码元时钟周期，使帧定位检测电路检测后移一位码元，如果下一位检测结果仍然与帧定通信原理实验10位字不一致，则再扣除一个时钟，这一过程称为“同步搜索”。搜索直至检测到帧定位码为止。在接受码流中，除有真正的帧定位码字外，随机的数字信号也可能存在与帧定位字完全相同的码型，若误将该信号识别为帧定位字，则会出现假同步的现象。由于各种因素使电路失去同步，破坏了电路的同步工作状态，而进入帧失步状态。从而帧失步到重新获得同步的这段时间（也称同步时间）使通信处于中断状态。误码也会造成帧失步。因此，从同步到下一次失步的时间应该尽量长一些，否则将意味着不断的中断通信，这一时间的长短表示了TDM同步系统的抗干扰能力。7.帧同步过程观测（1）输入全0码观测发送帧同步指示测试点TPB07与接收帧同步指示测试点TPB06上图为同步时收端同步指示，接收同步指示信号的脉冲与发送帧同步指示的下降沿一一对应。（2）将KB01拔出插入但KB01短路器拔出时，LOOD短路，接收同步指示信号的脉冲相对发送帧同步指示信号在示波器中反复移动，不能与下降沿一一对应并稳定显示，说明此时进入失步状态。失步状态：通信原理实验11插入短路器，并没有立即同步，只有当且仅当接收同步指示信号的脉冲与发送帧同步指示信号的下降沿重合时，才能进入同步状态，输出稳定波形。（3）将开关信号设置为帧定位信号，将KB01反复拔出插入在反复拔出插入过程中，出现了两种同步现象，一种为真同步，一种为假同步，真同步时，脉冲信号与下降沿相对，假同步时，脉冲信号与上升沿相对，两种同步状态的波形相位相差180°。真同步：假同步：8.在误码环境下的帧同步性能测试和数据传输的定性测试通信原理实验12（1）信道误码率为1*10^-1观测发送帧同步指示测试点TPB07与接收帧同步指示测试点TPB06观测复接模块帧同步指示信号和解复接模块帧同步指示信号，发现此时收发信号不能实现同步。观察二极管，出现了明显的误码现象，频繁闪烁，与开关输入信号不一致。（2）信道误码率为1.6*10^-2观测发送帧同步指示测试点TPB07与接收帧同步指示测试点TPB06通信原理实验13观测复接模块帧同步指示信号和解复接模块帧同步指示信号，发现此时收发信号不能实现同步。观察LED灯，仍然出现了明显的误码现象，频繁闪烁，与开关输入信号不一致。（3）信道误码率为4*10^-3观测发送帧同步指示测试点TPB07与接收帧同步指示测试点TPB06此时收发实现了同步，LED灯能正确表示对应的开关状态。通信原理实验14六、实验结论分析帧同步码11100100可用于从复接后波形中辨识出第一时隙ＴＳ０。语音信号是随机的，故在波形图中第二时隙ＴＳ１看不清。通过开关信号的改变，可以辨识出帧结构中的第三时隙ＴＳ２。时隙中的位数为8位，非零的m序列为7为或15位，第四时隙ＴＳ３中的波形是循环变化的，故也看不清。由于信号传输时延，收发帧内m序列变化并不一致。七、思考题1.自定义帧结构的帧形成及其传输在第1步实验观测帧结构时？哪个时隙的信号不能观察清晰？哪个时隙的信号有可能清晰观察也有可能不清晰？答：因为语音信号输入为随机的不确定信号，所以对应的帧不能观察清晰。特殊序列码的帧可能观察清可能观察不清，当输入序列码为全0或全1码时，可以清晰观察，当输入为7位或15位序列时，不能清晰观察。在m序列数据为7位和15位的情况下，能否调整示波器使在同步的条件下观测完整的一个帧内m序列数据周期，为什么？答：都不可以，因为1帧有8位数据，周期不一样。2.自定义帧结构的帧同步系统1.本实验中，可通过哪些方法来判断帧失步？答：通过观察LED灯闪烁，在输入开关信号一定时，若LED灯频繁闪烁，不能稳定一一对应显示，则说明帧失步。通过示波器观察帧同步指示测试点，当复接模块帧同步指示信号和解复接模块帧同步指示信号不能保持相位相对稳定，而频繁变换时，说明此时处于帧失步状态。2.将复接模块内开关信号跳线开关SWB01中的LED7~LED0设置为11100100码型，使其与帧定位信号一致，对复接模块会造成什么影响？答：同步时可能出现假同步现象，原因是复接模块可能会把开关信号误识别为帧同步信号，使得接收端不能正确得接复接。