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通信原理实验
通信原理实验
——自定义帧结构的帧成形、传输及帧同步系统
姓名
学号
同组成员
指导教师王琴
时间2014/12/7
第十一周星期三14:
00—16:
00
目录
一、实验目的1
二、实验仪器1
三、实验预习1
1、PCM30/32路系统的帧结构1
2、PCM30/32定时系统3
3、PCM30/32帧同步电路及工作原理5
4、假同步、假失步的概念7
5、前方保护、后方保护的概念7
四、实验内容7
（一）实验六：
自定义帧结构的帧成形及其传输7
1、发送传输帧结构观测7
2、收发帧同步指示的观测11
3、解复接开关信号输出的观测11
4、解复接ｍ序列数据输出测量13
（二）实验七：
自定义帧结构的帧同步系统14
1、帧同步过程观察15
2、在误码环境下的帧同步性能测试和数据传输的定性观测19
五、思考题20
六、参考文献20
得分
姓名：
徐丽淼学号：
12211043班级：
通信1202
第十一周星期三第四大节
实验名称：
自定义帧结构的帧成形、传输及帧同步系统
一、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帧同步系统的基本概念。
二、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
三、实验预习
1、PCM30/32路系统的帧结构
在PCM30/32路数字传输系统中，每个样值均编8位码，一帧分为32个时隙，通常用TS0~TS31来表示，其中30个时隙用于30路话音业务。
TS0为帧定位时隙，用于接收分路做帧同步用。
TS1~TS15时隙用于话音业务，分别对应第1路到第15路的话音信号。
TS16时隙用于信令信号传输，完成信令的接续。
TS17~TS31时隙用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音信号。
图一PCM30/32路系统的帧结构
在通信系统原理实验箱中，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4个时隙，分别用TS0~TS3表示。
每个时隙含8比特码。
其帧结构如图二所示。
TS0时隙为帧同步时隙，本同步系统中帧定位码选用8位码，这8位码是11100100。
应注意到，这7位码与实际中的PCM30/32路系统基群帧同步码不同，它的作用是能够使接收端通过对帧同步码的检测，确定每帧的起始位置，从而能够正确地进行分路。
TS1时隙用来传输语音信号，实验箱中的一路电话信号的传输就是占用该时隙的；TS2时隙为开关信号，复用输入信号的状态是通过8位跳线开关来设定的，跳线插入为1，跳线拔出为0；TS3时隙用来传输特殊码序列，特殊码序列可以通过跳线开关进行选择，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。
图二实验用帧结构
2、PCM30/32定时系统
（1）时钟系统：
用于产生帧、路、位等时钟信号的系统。
（2）时钟的作用
主时钟CP：
用于产生各类定时脉冲的时钟源。
时隙脉冲：
TS0、TS16帧时隙脉冲用于帧码及信令码的插入和分离。
路脉冲：
CH1～CH30路脉冲用于抽样、合路和分路。
位脉冲：
D1～D8用于编码、译码。
复帧脉冲：
复帧码、线路信令码的插入和分离。
（3）发端时钟系统
PCM30/32路系统发端定时系统方框图如图三。
图三PCM30/32路系统发端定时系统方框图
各种定时信号的作用及参数：
①时钟脉冲
频率：
2048kHz
频率稳定度：
50×，误差：
±102Hz
占空比：
50%，脉冲宽度：
0.488/2=0.244µs
②位脉冲
用于编码、解码、产生路脉冲、帧同步码和标志信号码等;
频率：
256kHz，8相，脉冲宽度：
0.244µs
图四时钟脉冲、位脉冲示意图
③路脉冲
作用：
1）用于各话路信号抽样和分路；
2）TS0、TS16路时隙脉冲形成。
频率：
8kHz（抽样）宽度：
0.488µs×4=1.95µs
图五路脉冲示意图
④路时隙与复帧脉冲
1）时隙脉冲：
TS0路时隙脉冲：
传送帧同步码
TS16路时隙脉冲：
传送信令码
频率均为：
8kHz，宽度均为：
0.488µs×8=3.91µs
2）复帧脉冲：
传送复帧同步码，频率：
0.5kHz，16相，宽度：
125µs
图六路时隙与复帧脉冲示意图
（4）收端定时钟提取
说明：
收端定时系统没有主时钟源（晶体振荡器），由时钟提取电路代替，2.048MHz时钟产生位脉冲、路脉冲等方法同发端一样。
图七谐振槽提取定时钟的方框图
3、PCM30/32帧同步电路及工作原理
PCM30/32帧同步电路如下图八所示，其中帧成形及其传输实验可以由复接模块来完成。
复用模块主要由帧同步码的产生、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，分接模块主要由同步码检出、同步调整、接收定时系统、接收时隙分接电路组成。
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收时钟，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。
首先从接收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整，同步调整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的将接收信号进行分路。
当系统进入同步状态后，则形成了接收端定时信号，此时的接收定时信号完全与发送端信号同步。
因此，分接单元可以把输入信号正确的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，在通信系统原理实验系统中，复接模块用一片现场可编程门阵列（FPGA）芯片来完成。
在该芯片内部还构造了一个m序列发生器，为便于观测复接信号波形，通过跳线开关SWB02（M_SEL0，M_SEL1）可以选择4种m序列码型。
m序列码型可以在TPB01检测点观测。
错码产生器可以通过跳线开关SWB02（E_SEL0，E_SEL1）设置4种不同信道误码率，便于了解在误码状态环境下，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。
图八PCM30/32帧同步电路
4、假同步、假失步的概念
（1）假同步：
因信息码可能出现的与帧同步码型相同的码组而误判的同步。
（2）假失步：
由于误码引起的失步；
5、前方保护、后方保护的概念
（1）前方保护的目的：
避免出现假失步。
（2）后方保护的目的：
避免出现假同步。
图九保护过程示意图
四、实验内容
（一）实验六：
自定义帧结构的帧成形及其传输
实验前的准备工作，首先是将解复接模块内的输入信号和时钟选择跳线开关KB01、KB02设置为LOOP（自环）位置。
在这种情况下，复接模块和解复接模块直接相连，不经过线路编码。
再将复接模块内的工作状态选择跳线开关SBW02的m序列选择跳线开关M_SEL0、M_SEL1拔下，这时，m序列发生器输出产生m序列全0。
将错码选择跳线开关E_SEL0、E_SEL1拔下，这种情况不在传输帧中插入误码。
总之，实验的初始条件是复接、分接直接相连；m序列为全0；传输无误码。
1、发送传输帧结构观测
用示波器同时观测复接模板的发送帧同步指示测试点TPB07与复接模块的数字复接信号测试点TPB03的波形，观测时用TPB07作同步。
数字复接信号的帧结构应与图二相同。
画出TPB07的波形和TPB03数字复用信号波形，注意两者之间的对应关系。
①帧定位信号的测量。
在TPB03测试点波形中，找到帧定位信号所占据的时隙，画图标出帧定位字所占时间位置。
同步指示低电平时所对应帧结构为前八个码元11100100。
②帧内话音数据观察。
找出帧内话音信号的位置，在图中标出话音数据所占时间位置。
由于话音信号的随机性，无法看到清晰的信号，只要确定其位置即可。
同步指示低电平时所对应帧结构为第二组八个码元，话音信号是随机的。
③帧内开关信号观测。
找到帧内开关信号在帧结构中的位置。
调整跳线开关SWB01上短路器，就可以改变开关信号的状态，在TPB03测试点波形中可以看到开关信号状态的变化，由此可以找到开关信号在帧结构中的位置，并可以观测到开关信号状态变化情况。
此时开关信号为1000000。
此时开关信号为00000000。
此时开关信号为1001000。
④帧内m序列数据观测。
调整示波器同步旋钮，调整跳线开关短路器SWB02上M_SEL0、M_SEL1，产生不同的m序列出现在帧结构相应的时隙后，有可能清晰地观察到，也有可能表现为模糊不清，出现这两种情况的原因自己分析。
本步不要求读出m序列的具体值，只要求能确定m序列所占用的时隙即可。
可以看到M_SEL0=M_SEL1=0、M_SEL0=1，M_SEL1=0时清晰；M_SEL0=M_SEL1=1、M_SEL0=0，M_SEL1=1时不清晰。
因为此时m序列为7位和15位输出，而帧应该是8的倍数。
2、收发帧同步指示的观测
发送帧同步指示测试点为TPB07，接收帧同步指示测试点为TPB06。
用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TPB07与解复接模块帧同步指示测试点TPB06波形，观测时用TPB07同步，记录TPB07和TPB06的波形，说明TPB07和TPB06测试到的波形怎样才能说明收发系统之间是同步的。
收端帧同步指示与发端一致，且对应发端下降沿。
3、解复接开关信号输出的观测
当收发系统处于同步状态情况下，观察解复接模块的开关信号指示，即发光二极管指示灯（LED0~LED7）与复接模块内跳线开关SWB01之间的对应关系。
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的状态变化，找到发光二极管随跳线开关而变化的关系，记录结果。
我们分别接了开关从上到下第8、5和8以及3号开关，对应点亮二极管从上到下第1、1和4以及6号灯。
即两者顺序相反。
4、解复接ｍ序列数据输出测量
测试点位发端模块ｍ序列输入TPB01、收端分接模块ｍ序列输出TPB05。
用示波器同步测量发端ｍ序列测试点TPB01与解复接输出ｍ序列TPB05波形，观测时用TPB01。
调整示波器同步，观测收发m序列是否一致。
按表格1调整跳线开关短路器SWB02上的M_SEL0、M_SEL1，产生4种不同的ｍ序列输出，观测收发帧内的ｍ序列数据是否一致变化，将测试结果记录于表格1中。
表格1m序列数据测试结果
M_SEL1
M_SEL0
m序列数据
拔
拔
拔
插
插
拔
插
插
由上表可知，只要接M_SEL0接收就看不清，全1（M_SEL0）和全0（都不接）都可以解复接M序列。
（二）实验七：
自定义帧结构的帧同步系统
实验前跳线开关的设置：
首先将解复接模块内的输入信号和时钟选择跳线开关KB01、KB02设置为LOOP（自环）位置，使复接模块的输出不经过线路编码，直接送到解复接模块连接成自环测试方式；将复接模块内的跳线开关SBW02的ｍ序列选择选择跳线开关M_SEL0、M_SEL1拔下，这时，ｍ序列发生器产生器将产生ｍ序列0。
再将错码选择跳线开关E_SEL0、E_SEL1拔下，此时，不在传输帧中插入误码。
1、帧同步过程观察
①用示波器同时观测复接模块内帧同步指示测试点TPB07与解复接模块内帧同步指示测试点TPB06的波形
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