1、實驗八 單路雙工通信系統綜合實驗一、 實驗原理在復接/解復接實驗中，實驗能直觀觀測信號的幀結構和接收端的幀同步過程；為了深入了解信號時分復用技術在一個傳輸系統中的性能、作用及對相關通信業務的影響，本節實驗將數據和話音業務通過復接/解復接模塊傳輸，測量復接/解復接器在傳輸信道不同誤碼率（4種可選）環境下對數據和話音業務的影響。系統連接框圖見圖4.37所示。二、 實驗儀器1、 ZH5001通信原理綜合實驗系統一臺2、 20MHz雙蹤示波器一臺3、 電話機二部三、 實驗目的1、 幀的概念和基本特性2、 了解幀的概念和基本特性3、 了解幀的結構、幀組成過程4、 熟悉幀復接/解復接器在通信系統中所處的地

2、位及作用。5、 定性了解幀傳輸在不同信道誤碼率時對話音業務和數據業務的影響。四、 回答預習問題1、 在進行該實驗時，首先預習一下實驗系統概述中“數字復接/解復接模塊、交換處理模塊、用戶接口模塊、雙音多頻檢測模塊、ADPCM編譯碼模塊”的原理；電話1模塊、電話2模塊、ADPCM1模塊、ADPCM2、 DTMF1 、DTMF2模塊、復接模塊和解復接模塊中跳線開關的含義。數字復接/解復接模塊:數字復接/解復接由復接和解復接兩個獨立的模塊構成。通信原理綜合實驗系統實現在信道傳輸上采用了類似TDM的傳輸方式：定長組幀、幀定位碼與信息格式。一幀共有4個時間間隔，按8個bit一組分成了一個一個的固定時隙，幀

3、結構組成如圖2.37所示。各時隙從0到3順序編號，分別記為TS0、TS1、TS2和TS3。TS0時隙為幀定位碼，幀定位碼選用7位Barker碼（1110010），使接收端具有良好的相位分辨能力。TS1時隙為話音業務PCM編碼信號，TS2時隙為設置的開關信號，TS3時隙為為特殊碼序列。TS0TS3復合成一個256Kbps數據流在同一信道上傳輸。 復接/解復接原理組成框圖見圖2.38所示。幀傳輸復接模塊主要由Barker碼產生、同步調整、復接、系統定時單元所組成；幀傳輸解復接模塊（亦稱分接器）是由同步、定時、分接和恢復單元組成，其各電路完成的功能和和作用參見原理教材。復接/解復接模塊電原理圖見圖2

4、.39所示。復接模塊主要由一片現場可編程門陣列（EPM7064）UB01（EPM7064）芯片、跳線開關SWB01和工作方式選擇開關組成。其電路工作原理如下所述：1. 話音編碼數據：輸入的話音編碼信號來自ADPCM2模塊，編碼方式取決于菜單設置；2. 開關信號：開關信號碼字為8bit，可以直接通過跳線開關設置來改變碼型。在解復接模塊正常工作并同步時，該開關碼字信號從解復接模塊的發光二極管DB01DB08一一對應直觀的顯示出來。3. m序列由UB01內部產生：M序列的碼型共有4種，由跳線開關SWB02（M_SEL0、M_SEL1）決定。從TPB01測試點可以監測發端m序列信號，具體設置見下表：4

5、. Barker碼：碼型1110010，不足部分補零。該幀定位碼由UB01內部產生。5. 系統定時、同步調整及復接：復接器定時用于提供統一的基準時間信號；調整單元的作用是把各輸入支路數字信號進行必要的頻率或相位調整，形成與內部定時信號完全同步的數字信號，然后由復接單元完成時間復用形成合路數字信號流。該部分電路功能由UB01完成。復接后的信號可以在解復接模塊TPB03（左上角）觀測到；TPB07是發端幀同步指示信號，用于觀測復接信號，做示波器同步用。6. 錯碼產生器：錯碼產生器用于學生了解幀傳輸復接/解復接器在有誤碼的環境下接收端幀同步過程和抗誤碼性能，錯碼產生及錯碼插入由UB01實現。通過跳線

6、開關SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以選擇4種信道誤碼率，錯碼指示可以用示波器在TPB02監測點觀測。具體設置見下表：解復接模塊主要由一片可編程門陣列UB02（EMP7128）芯片、發光二極管DB01DB08組成。其電路工作原理如下所述：1. 同步、接收系統定時、分接、恢復電路：分接器的定時來自同步單元恢復的接收時鐘。同步采用逐碼移位同步搜索法，調整收端本地幀定位碼的相位，使之與收到的總碼流中的幀定位碼對準。在同步單元的控制下，使分接器的基準時間與復接器的基準時間信號保持正確的相位關系（同步）；同步后通過分接單元將收端各分路定時脈沖就對接收到的碼流進行正確的分路，把合路的數字信號實施

7、分離形成同步的支路數字信號，然后再經過恢復單元恢復出原來的支路數字信號，該部分電路功能由UB02完成。2. 解復接話音編碼數據：送到ADPCM1模塊進行解碼。3. 解復接開關信號：直接送到發光二極管DB01DB08顯示出來。4. 解復接m序列：送到TPB05監測點，可用示波器觀測。5. 幀同步指示：解復接的幀同步電路同步在復接信號幀同步碼上，接收幀同步指示信號送到TPB06監測點。正常時，用示波器觀測該信號與發端幀同步指示完全同步。當無復接信號或誤碼過大造成時，解復接幀同步電路將失步，可以觀測失步的調整過程。6. 跳線開關KB01、KB02：用于解復接模塊選擇不同的輸入數據和時鐘信號。當KB0

8、1、KB02設置到HDB3位置，表示輸入解復接模塊信號來自HDB3碼模塊；當KB01、KB02設置到CMI位置，表示輸入解復接模塊信號來自CMI碼模塊；當KB01、KB02設置到LOOP位置，表示輸入解復接模塊信號直接來自復接模塊（不進行線路編譯碼）；交換處理模塊:交換接續控制模塊設置在兩個DTMF模塊之間。該模塊專門由一個PLD（EPM7064）實現，用于完成交換的各項處理功能。交換接續控制模塊功能框圖見圖2.15所示。交換接續控制模塊根據用戶環路狀態進行接續控制。當用戶摘機時，通過信號音信號線送一連繼的撥號音（450Hz）給用戶。用戶撥號的號碼通過DTMF檢測模塊檢測并送入交換接續控制器；

9、當所撥用戶號碼正確，且被叫用戶空閑，呼叫處理模塊將向被叫用戶振鈴，同時向主叫送回鈴音（4秒斷1秒的450Hz信號）。否則，當用戶撥的號碼是空號或對方用戶忙時，向主叫用戶送忙音（0.35秒斷與0.35秒的450Hz信號）。通話結束，任一方掛機，另一方都將聽到忙音，表示呼叫結束。為了實現簡便，對于交換過程中的其它信號音通常以忙音代替（如空號音）。交換接續控制基本完成了一個PBX的主要功能。用戶接口模塊:用戶電路也稱為用戶線接口電路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。其一般具有B（饋電），R（振鈴）、S（監視）、C（編譯碼）、H（混合）、T（測試）、O（過

10、壓保護）七項功能。在通信終端平臺中采用PBL38710專用用戶接口器件，其內部結構組成框圖如圖2.1所示。PBL38710具有多種工作模式，在這里主要使用其兩根控制線C0、C1與一根狀態線DET。當C10、C21時，DET將檢測用戶線在沒有鈴流時的用戶摘掛機狀態，DET0表示用戶摘機，DET1表示用戶未摘機。當C11、C20時，DET將檢測用戶線在有鈴流時的用戶摘掛機狀態，DET0表示用戶摘機，DET1表示用戶未摘機，在該狀態下，PBL38710還將輸入的鈴流信號放大以達到驅動用戶電路的要求。當然，還可以設置控制線的其它方式來控制PBL38710進入相應的狀態，可參見PBL38710的說明書。

11、PBL38710的檢測模式與檢測輸出的關系見表2.1。在通信終端平臺中，有兩套完全一致的用戶接口電路，左邊的用戶終端電話號碼為1，右端用戶終端電話號碼為2。為保護測試模塊的安全，用戶接口模塊實驗所需的全部測試點都通過測試插座引出，因而用戶接口電路的實驗可在測試模塊中進行。表2.1 PBL38710的模式與檢測輸出關系TP105C2TP104C1TP103100：用戶摘機1：用戶未摘機010：振鈴狀態下摘機1：振鈴狀態下未摘機下面以左邊用戶接口電路為例說明用戶接口電路的基本原理，其框圖組成見圖2.2所示。用戶接口模塊由U101（PBL38710）、U102（TL082）及相應的跳線器、電位器等元

12、件組成。用戶話機是通過電話插T1、R1線與通信原理綜合實驗系統相連，在實際使用通信終端中，還應包括保護電路（主要是對地保護與抗雷電保護等等），這部分電路在實驗平臺中沒有包括。U101完成用戶摘掛機檢測、饋電、2/4線變換、振鈴等功能。U101的話音發送支路經運放U102A放大輸出。在話音接收支路，接收的模擬信號經運放U102B放大輸入到U101中。在這里，接收支路可以是下面幾種類型的信號：來自ADPCM模塊的話音信號；各種音信號（撥號音信號、忙音信號、回鈴音信號）等。各種音信號由接續控制處理模塊根據用戶電話呼叫的不同進程，選擇其中一個信號送入用戶接口電路U101中。雙音多頻檢測模塊:該模塊對用

13、戶接口模塊發送支路信號進行雙音多頻檢測，并將檢測的結果送到交換接續控制模塊中進行接續處理。在通信原理綜合實驗系統中，有兩套完全一致的雙音多頻檢測模塊，這兩個模塊分別與相應的電話用戶接口模塊相連。雙音多頻檢測模塊電路原理圖見圖2.5和圖2.6所示。本教程僅以雙音多頻檢測模塊1的原理進行說明，另一個模塊原理與第一個模塊相同，不再重述。雙音多頻檢測模塊由U301（CM8870）、X301（3.58MHz晶體）及相應的跳線器、電位器組成。從用戶接口單元來的輸入信號進入U301進行雙音多頻檢測。在U301雙音多頻檢測電路中，X301為晶體，它為U301工作提供基本的參考頻率。當U301檢測到存在雙音多頻

14、時，U301的檢測信號DET_DTMF11，此時交換接續控制模塊將雙音多頻代碼（DTMFA3、DTMFA2、DTMFA1、DTMFA0）讀入，用以完成相應的呼叫接續。ADPCM編譯碼模塊:時分復用：時分復用就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙)，并將這些時隙分配給每一個信號源使用復接：隨著通信網的進一步發展，通信網的規模越來越大，路數越來越多，網際關系也越來越密切，出現了幾個多路傳輸的網或鏈路間需要互連，這就稱為復接。解復接：復接的逆過程。幀的組成結構：一幀共有4個時間間隔，按8個bit一組分成了一個一個的固定時隙，幀結構組成如圖2.37所示。各時隙從0到3順序編號，分

15、別記為TS0、TS1、TS2和TS3。TS0時隙為幀定位碼，幀定位碼選用7位Barker碼（1110010），使接收端具有良好的相位分辨能力。 時隙的作用：2、 m序列的含義，Barker碼的含義，開關信號的含義；m序列的含義：m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱，是一種偽隨機序列、偽噪聲(PN)碼或偽隨機碼。可以預先確定并且可以重復實現的序列稱為確定序列；既不能預先確定又不能重復實現的序列稱隨機序列；不能預先確定但可以重復產生的序列稱偽隨機序列。Barker碼的含義：Barker碼是一個11比特序列（例如10110111000），在無線傳輸方面存在優勢。每一個比特編碼為一個11位Barker

16、碼，因此而產生的一個數據對象形成一個"chip"。該"chip"被加載到一個頻率在2.4GHz頻段（2.4-2.483GHz）的載波上，并采用某種調制技術進行調制。802.11系統傳輸速度為1Mbps，采用BPSK（二進制相移鍵控）；系統傳輸速度為2Mbps，采用QPSK（四進制相移鍵控）。開關信號的含義：即數字信號。相對于模擬信號信號的大小、方向在時間上是連續變化的。開關量信號的變化不是連續的，即跳躍變化，故又有脈沖信號的說法。3、 m序列如何由跳線開關SWB02組合產生？m序列由UB01內部產生：M序列的碼型共有4種，由跳線開關SWB02（M_SEL

17、0、M_SEL1）決定。從TPB01測試點可以監測發端m序列信號，具體設置見下表：4、 信道誤碼率如何由跳線開關SWB02組合產生？錯碼產生器：錯碼產生器用于學生了解幀傳輸復接/解復接器在有誤碼的環境下接收端幀同步過程和抗誤碼性能，錯碼產生及錯碼插入由UB01實現。通過跳線開關SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以選擇4種信道誤碼率，錯碼指示可以用示波器在TPB02監測點觀測。具體設置見下表：6、敘述什么情況下會造成接收幀失步？7、標出測量點TPB01-TPB07的含義。1、 TPB01：發送m序列輸出（復接模塊）2、 TPB02：插入錯碼指示（復接模塊）3、 TPB03：輸入復接幀信號

18、（解復接模塊）4、 TPB04：輸入時鐘（解復接模塊）5、 TPB05：接收m序列輸出（解復接模塊）6、 TPB06：收端幀同步指示（解復接模塊）7、 TPB07：發端幀同步指示（復接模塊）五、 實驗內容深刻理解電路組成和實驗原理，正確設置跳線開關，完成以下實驗內容，記錄實驗數據、實驗現象和實驗信號波形（標明頻率、幅度、脈沖寬度）。根據圖4.37設置跳線開關，系統中僅ADPCM2至ADPCM1方向經過復接系統傳輸，ADPCM1至ADPCM2信道傳輸設置為直通。要求復接模塊輸出m1序列碼，發、收增益選擇為缺省狀態；DTMF1 、DTMF2模塊內增益為缺省狀態。 加電后通過菜單設置在PCM編碼方式。1. 時分復用幀結構觀察利用雙蹤示波器，正確選擇觸發信號（以變化慢的信號觸發變化快的信號），兩兩觀察復接/解復接模塊的位時鐘信號、幀同步信號、復接幀數據信號，分析時序對應關系后畫出信號波形（時鐘的變化沿對應）。對照前文給出的系統設計的幀結構，標明各信號的意義和時長，讀出幀同步信號、開關信號和m序列。（使用示波器時，在觀察信號全貌的基礎上，用single或stop觀察信號的細節。）改變開關信號的