自定义帧结构的成形及其传输

1、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帧结构的帧同步系统 一、实验准备一、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： 明确 PCM30/32 路系统的帧结构。 熟悉 PCM30/32 路系统的定时系统。 明确 PCM30/32 帧同步电路

2、及其工作原理。 （4）思考题： 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？ 本实验中帧定位码是什么？其作用是什么？ 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

3、器三、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 TS0TS3 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

4、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 通信原理实验 3 SWB02(E_SEL0,E_SEL1)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： 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。 TPB05：分接 m 序

5、列支路输出。 TPB06：分接收端帧同步指示。 TPB07：发端帧同步指示。 五、实验内容五、实验内容 1.1.自定义帧结构的帧成形及其传输自定义帧结构的帧成形及其传输 原理： 帧结构组成 ： 4 4 路时隙路时隙 TS0TS1TS2TS3 话路时隙话路时隙 开关信号时隙开关信号时隙 特殊码时隙特殊码时隙 帧同步时隙帧同步时隙 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。TS

6、0 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。TS0TS3 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 UB01 HDB

7、3 CMI LOOP M 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_SEL1 E_SEL0 复 接/解 复 接 模 块 原 理 框 图 开 关 信 号 PCM/ADPCM TPB01 开关 1-8 SWB01 M_SEL0 PCM/ADPCM 分 接 恢 复 LED1LED8 TPB07 发 送 帧 同 步 指 示 同 步 接 收 帧 同 步 指 示 TPB06 m 序列 TPB05 TPB03 TPB04 系 统 定 时 TPB02 错码指示 数 据 跳线器 跳线器 KB02 KB01 线线路路编编码

8、码模模块块 （AMI/HDB3 /CMI） 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

9、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 5 TPB05：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。 2.2.发送传输帧结构观测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 7 3.3.收发帧同步指示的观测收发帧同步

10、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。 4.4.解复接开关信号输出的观测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 LED0LED7 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: LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7 DB08DB07DB06DB05DB04DB03DB02DB01 通信原理实验 8 5.5.解复接解复接 m m 序列数据输出测

11、量序列数据输出测量 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。 6.6.自定义帧结构的帧同步系统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

12、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 通信原理实验 10 结果仍然与帧定位字不一致，则再

13、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。 7.7.帧同步过程观测帧同步过程观测 （1）输入全 0 码 观测发送帧同步指示测试点

14、 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

15、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： 通信原理实验 12 8.8.在误码环境下的帧同步性能测试和数据传输的定性测试在误码环境下的帧同步性能测试和数据传输的定性测试 （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

16、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。语 音信号是随机的，故在波形图中第二时隙看不清。通过开关信号的

17、改变，可以辨识出帧结构中的第三时隙。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、思考题七、思考题 1.自定义帧结构的帧形成及其传输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自定义帧结构的帧同步系统 1.本实验中，可通过