实验CMI码型变换实验.docx
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实验CMI码型变换实验
实验CMI码型变换实验
一、实验原理和电路说明
在实际的基带传输系统中，并不是所有码字都能在信道中传输。
例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。
同时，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取收定时信号，而收定时信号却又依赖于传输的码型，如果码型出现长时间的连“0”或连“1”符号，则基带信号可能会长时间的出现0电
位，从而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。
实际的基带传输系统还可能提出其他要求，因而对基带信号也存在各种可能的要求。
归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：
1、对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；
2、对所选码型的电波波形要求，期望电波波形适宜于在信道中传输。
前一问题称为传输码型的选择；后一问题称为基带脉冲的选择。
这是两个既有独立性又有互相联系的问题，也是基带传输原理中十分重要的两个问题。
传输码（传输码又称为线路码）的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件。
在较为复杂的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性：
1、能从其相应的基带信号中获取定时信息；
2、相应的基带信号无直流成分和只有很小的低频成分；
3、不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；
4、尽可能地提高传输码型的传输效率；
5、具有内在的检错能力，等等。
满足或部分满足以上特性的传输码型种类繁多，主要有：
CMI码、AMI、HDB3等等，下面将主要介绍CMI码。
根据CCITT建议，在程控数字交换机中CMI码一般作为PCM四次群数字中继接口的码型。
在CMI码模块中，完成CMI的编码与解码功能。
CMI编码规则见表4.2.1所示：
表4.2.1CMI的编码规则
输入码字
编码结果
0
01
1
00/11交替表示
因而在CMI编码中，输入码字0直接输出01码型，较为简单。
对于输入为1的码字，其输出CMI码字存在两种结果00或11码，因而对输入1的状态必须记忆。
同时，编码后的速率增加一倍，因而整形输出必须有2倍的输入码流时钟。
在这里CMI码的第一位称之为CMI码的高位，第二位称之为CMI码的低位。
在CMI解码端，存在同步和不同步两种状态，因而需进行同步。
同步过程的设计可根据码字的状态进行：
因为在输入码字中不存在10码型，如果出现10码，则必须调整同步状态。
在该功能模块中，可以观测到CMI在译码过程中的同步过程。
CMI码具有如下特点：
1、不存在直流分量；
2、在CMI码流中，具有很强的时钟分量，有利于在接收端对时钟信号进行恢复；
3、具有检错能力，这是因为1码用00或11表示，而0码用01码表示，因而在CMI码流中不存在10码，且无00与11码组连续出现，这个特点可用于检测CMI的部分错码。
CMI编码模块组成框图如图4.2.1所示。
CMI编码器由：
1码编码器、0码编码器、输出选择器组成。
1、1编码器：
因为在CMI编码规则中，要求在输入码为1时，交替出现00、11码，因而在电路中必须设置一状态来确认上一次输入比特为1时的编码状态。
这一机制是通过一个D触发器来实现，每次当输入码流中出现1码时，D触发器进行一次状
态翻转，从而完成对1码编码状态的记忆（1状态记忆）。
同时，D触发器的Q输出端也将作为输入比特为1时的编码输出（测试点TPX03）。
2、0编码器：
当输入码流为0时，则以时钟信号输出做01码。
3、输出选择器：
由输入码流缓冲器的输出Q用于选择是1编码器输出还是0编码器输出。
输入码经过编码之后在测试点TPX05上可测量出CMI的编码输出结果。
M序列产生器：
M序列产生器输出受码型选择跳线开关KX02控制，产生不同的特
殊码序列（111100010011010或1110010）。
当输入数据选择跳线开关KX01设置在M位置
时（右端），CMI编码器输入为M序列产生器输出数据，此时可以用示波器观测CMI编码输出信号，验证CMI编码规则。
错码发生器：
为验证CMI编译码器系统具有检测错码能力，可在CMI编码器中人为插入错码。
将KX03设置在E_EN位置时（左端），插入错码，否则设置在NO_N位置（右端）时，无错码插入。
随机序列产生器：
为观测CMI译码器的失步功能，可以产生随机数据送入CMI译码器，使其无法同步。
先将输入数据选择跳线开关KX01设置在Dt位置（左端），再将跳线开关KX04设置在2_3位置（右端），CMI编码器将选择随机信号序列数据输出。
正常工作时，跳线开关KX04设置在1_2位置（左端）。
在该模块中，测试点的安排如下：
1、TPX01：
输入数据（256Kbps）
2、TPX02：
输入时钟（256KHz）
3、TPX03：
1状态记忆输出
4、TPX04：
输出时钟（512KHz）
5、TPX05：
CMI编码输出（512Kbps）
6、TPX06：
加错输出指示
CMI译码模块组成框图如图4.2.2所示。
图4.2.2CMI译码模块组成框图
CMI译码电路由串并变换器、译码器、同步检测器、扣脉冲电路等电路组成。
1、串并变换器：
输入的512Kbps的CMI码流首先送入一个串并变换器，在时钟的作用将CMI的编码码字的高位与低位码子分路输出。
2、CMI译码器：
当CMI码的高位与低位通过异或门实现CMI码的译码。
由于电路中的时延存在差异，输出端可能存在毛刺，又进行输出整形。
译码之后的结果可在TPY07上测量出来，其与TPX01的波形应一致，仅存在一定的时延。
3、同步检测器：
根据CMI编码的原理，CMI码同步时不会出现10码字（不考虑信道传输错码）；如果CMI码没有同步好（即CMI的高位与低位出现错锁），将出现多组10码字，此时将不正确译码。
同步检测器的原理是：
当在一定时间内（1024bit），如出现多组10码字则认为CMI译码器未同步。
此时同步检测电路输出一个控制信号到扣脉冲电路扣除一个时钟，调整1bit时延，使CMI译码器同步。
CMI译码器在检测到10码字时，将输出错码指示（TPY05）。
4、测试点TPY03是调整观测时间（1024bit的周期）。
在该模块中，测试点的安排如下：
1、TPY01：
CMI编码输入数据
2、TPY02：
512KHz输入时钟
3、TPY03：
调整观测时间（1024bit的周期）
4、TPY04：
扣脉冲指示
5、TPY05：
错码输出指示
6、TPY06：
256KHz时钟输出
7、TPY07：
CMI译码数据输出
1、JH5001通信原理综合实验系统
2、20MHz双踪示波器
三、实验目的
1、掌握CMI码的编码规则
2、熟悉CMI编译码系统的特性
四、实验内容
首先将输入信号选择跳线开关KX01设置在M位置（右端）；加错使能跳线开关KX03设置在无错NO_E位置（右端）；m序列码型选择开关KX02设置在2_3位置（右端），产生7位周期m序列；将输出数据选择开关KX04设置在1_2位置，选择CMI编码数据输出。
1.CMI码编码规则测试
（1）用示波器同时观测CMI编码器输入数据（TPX01）和输出编码数据（TPX05）。
观测时用TPX01同步，仔细调整示波器同步。
找出并画下一个m序列周期输入数据和对应编码输出数据波形。
根据观测结果，分析编码输出数据是否与编码理论一
致。
（实验结果如图）
2）将KX02设置在1_2位置（左端），产生15位周期m序列，重复上一步骤测量。
画下测量波形，分析测量结果。
（实验结果如图）
2.1码状态记忆测量
（1）用示波器同时观测CMI编码器输入数据（TPX01）和1码状态记忆输出
（TPX03）。
观测时用TPX01同步，仔细调整示波器同步。
画下一个m序列周期输
入数据和对应1码状态记忆输出数据波形。
根据观测结果，分析是否符合相互关系。
（实验结果如图）
2）将KX02设置在2_3位置，重复上述测量。
画下测量波形，分析测量结果。
（实
验结果如图）
3.CMI码解码波形测试
用示波器同时观测CMI编码器输入数据（TPX01）和CMI解码器输出数据（TPY07）。
观测时用TPX01同步。
验证CMI译码器能否正常译码，两者波形除时延外应一一对应。
（实验结果如图）
4.CMI码编码加错波形观测
跳线开关KX03是加错控制开关，当KX03设置在E_EN位置时（左端），将在输出编码数据流中每隔一定时间插入1个错码。
TPX06是发端加错指示测试点，用示波器同时观测加错指示点TPX06和输出编码数据TPX05的波形，观测时用TPX06同步。
画下有错码时的输出编码数据，并分析接收端CMI译码器可否检测出。
（实验结果如图）
5.CMI码检错功能测试首先将输入信号选择跳线开关KX01设置在Dt位置（左端）；将加错跳线开关KX03设
置在E_EN位置，人为插入错码，模拟数据经信道传输误码。
（1）用示波器同时测量加错指示点TPX06和CMI译码模块中检测错码指示点
TPY05波形。
（实验结果如图）
2）将输入信号选择跳线开关KX01设置在M位置（右端），将m序列码型选择开关KX02设置在1_2位置（或2_3），重复
（1）试验。
观测测量结果有何变化。
（实验结果如图）
3）关机5秒钟后再开机，重复
（2）试验。
认真观测测试结果有何变化（注：
可以
重复多测试几次——关机后再开机）。
（实验结果如图）
6.CMI译码同步观测
CMI译码器是否同步可以通过检测错码检测电路输出反映出。
从当CMI译码器未同步时，错码将连续的检测出。
观测时，将输入信号选择跳线开关KX01设置在Dt位置（左端），输出数据选择开关KX04设置在2_3位置（输出不经CMI编码，使接收端无法同步）。
（1）用示波器测量失步时的检测错码检测点（TPY05）波形。
（实验结果如图）
2）将KX04设置在1_2位置，检测错码检测点波形应立刻同步。
（实验结果如图）
7.抗连0码性能测试
（1）将输入信号选择跳线开关KX01拔去，使CMI编码输入数据悬空（全0码）。
用示波器测量输出编码数据（TPX05）。
输出数据为01码，说明具有丰富的时钟信息。
（实验结果如图）
2）测量CMI译码输出数据是否与发端一致。
（实验结果如图）
五、实验小结
通过本次实验复习与巩固了上学期所学的有关CMI码的相关知识如
（1）、CMI码的编码规则和CMI编译码系统的特性：
CMI编码中，输入码字0直接输出01码型，较为简单。
对于输入为1的码字，其输出CMI码字存在两种结果00或11码，因而对输入1的状态必须记忆。
同时，编码后的速率增加一倍，因而整形输出必须有2倍的输入码流时钟。
在这里CMI码的第一位称之为CMI码的高位，第二位称之为CMI码的低位；
（2）、CMI码具有如下特点：
不存在直流分量；在CMI码流中，具有很强的时钟分量，有利于在接收端对时钟信号进行恢复；具有检错能力，这是因为1码用00或11表示，而0码用01码表示，因而在CMI码流中不存在10码，且无00与11码组连续出现，这个特点可用于检测CMI的部分错码。
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