1、单路双工通信系统综合实验实验八 单路双工通信系统综合实验一、 实验原理在复接/解复接实验中，实验能直观观测信号的帧结构和接收端的帧同步过程；为了深入了解信号时分复用技术在一个传输系统中的性能、作用及对相关通信业务的影响，本节实验将数据和话音业务通过复接/解复接模块传输，测量复接/解复接器在传输信道不同误码率（4种可选）环境下对数据和话音业务的影响。系统连接框图见图4.37所示。二、 实验仪器1、 ZH5001通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz双踪示波器 一台3、 电话机 二部三、 实验目的1、 帧的概念和基本特性2、 了解帧的概念和基本特性3、 了解帧的结构、帧组成过程4、 熟悉帧复接
2、/解复接器在通信系统中所处的地位及作用。5、 定性了解帧传输在不同信道误码率时对话音业务和数据业务的影响。四、 回答预习问题1、在进行该实验时，首先预习一下实验系统概述中“数字复接/解复接模块、交换处理模块、用户接口模块、双音多频检测模块、ADPCM编译码模块”的原理；电话1模块、电话2模块、ADPCM1模块、ADPCM2、 DTMF1 、DTMF2模块、复接模块和解复接模块中跳线开关的含义。数字复接/解复接模块:数字复接/解复接由复接和解复接两个独立的模块构成。通信原理综合实验系统实现在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
3、分成了一个一个的固定时隙，帧结构组成如图2.37所示。各时隙从0到3顺序编号，分别记为TS0、TS1、TS2和TS3。TS0时隙为帧定位码，帧定位码选用7位Barker码（1110010），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时隙为设置的开关信号，TS3时隙为为特殊码序列。TS0TS3复合成一个256Kbps数据流在同一信道上传输。 复接/解复接原理组成框图见图2.38所示。帧传输复接模块主要由Barker码产生、同步调整、复接、系统定时单元所组成；帧传输解复接模块（亦称分接器）是由同步、定时、分接和恢复单元组成，其各电路完成的功能和和作用参见原理教材。复
4、接/解复接模块电原理图见图2.39所示。复接模块主要由一片现场可编程门阵列（EPM7064）UB01（EPM7064）芯片、跳线开关SWB01和工作方式选择开关组成。其电路工作原理如下所述：1. 话音编码数据：输入的话音编码信号来自ADPCM2模块，编码方式取决于菜单设置；2. 开关信号：开关信号码字为8bit，可以直接通过跳线开关设置来改变码型。在解复接模块正常工作并同步时，该开关码字信号从解复接模块的发光二极管DB01DB08一一对应直观的显示出来。3. m序列由UB01内部产生：M序列的码型共有4种，由跳线开关SWB02（M_SEL0、M_SEL1）决定。从TPB01测试点可以监测发端m
5、序列信号，具体设置见下表：4. Barker码：码型1110010，不足部分补零。该帧定位码由UB01内部产生。5. 系统定时、同步调整及复接：复接器定时用于提供统一的基准时间信号；调整单元的作用是把各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与内部定时信号完全同步的数字信号，然后由复接单元完成时间复用形成合路数字信号流。该部分电路功能由UB01完成。复接后的信号可以在解复接模块TPB03（左上角）观测到；TPB07是发端帧同步指示信号，用于观测复接信号，做示波器同步用。6. 错码产生器：错码产生器用于学生了解帧传输复接/解复接器在有误码的环境下接收端帧同步过程和抗误码性能，错码产生及错码
6、插入由UB01实现。通过跳线开关SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以选择4种信道误码率，错码指示可以用示波器在TPB02监测点观测。具体设置见下表：解复接模块主要由一片可编程门阵列UB02（EMP7128）芯片、发光二极管DB01DB08组成。其电路工作原理如下所述：1. 同步、接收系统定时、分接、恢复电路：分接器的定时来自同步单元恢复的接收时钟。同步采用逐码移位同步搜索法，调整收端本地帧定位码的相位，使之与收到的总码流中的帧定位码对准。在同步单元的控制下，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系（同步）；同步后通过分接单元将收端各分路定时脉冲就对接收到的码流进行正确
7、的分路，把合路的数字信号实施分离形成同步的支路数字信号，然后再经过恢复单元恢复出原来的支路数字信号，该部分电路功能由UB02完成。2. 解复接话音编码数据：送到ADPCM1模块进行解码。3. 解复接开关信号：直接送到发光二极管DB01DB08显示出来。4. 解复接m序列：送到TPB05监测点，可用示波器观测。5. 帧同步指示：解复接的帧同步电路同步在复接信号帧同步码上，接收帧同步指示信号送到TPB06监测点。正常时，用示波器观测该信号与发端帧同步指示完全同步。当无复接信号或误码过大造成时，解复接帧同步电路将失步，可以观测失步的调整过程。6. 跳线开关KB01、KB02：用于解复接模块选择不同的
8、输入数据和时钟信号。当KB01、KB02设置到HDB3位置，表示输入解复接模块信号来自HDB3码模块；当KB01、KB02设置到CMI位置，表示输入解复接模块信号来自CMI码模块；当KB01、KB02设置到LOOP位置，表示输入解复接模块信号直接来自复接模块（不进行线路编译码）；交换处理模块:交换接续控制模块设置在两个DTMF模块之间。该模块专门由一个PLD（EPM7064）实现，用于完成交换的各项处理功能。交换接续控制模块功能框图见图2.15所示。交换接续控制模块根据用户环路状态进行接续控制。当用户摘机时，通过信号音信号线送一连继的拨号音（450Hz）给用户。用户拨号的号码通过DTMF检测模
9、块检测并送入交换接续控制器；当所拨用户号码正确，且被叫用户空闲，呼叫处理模块将向被叫用户振铃，同时向主叫送回铃音（4秒断1秒的450Hz信号）。否则，当用户拨的号码是空号或对方用户忙时，向主叫用户送忙音（0.35秒断与0.35秒的450Hz信号）。通话结束，任一方挂机，另一方都将听到忙音，表示呼叫结束。为了实现简便，对于交换过程中的其它信号音通常以忙音代替（如空号音）。交换接续控制基本完成了一个PBX的主要功能。用户接口模块:用户电路也称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。其一般具有B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H
10、（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。在通信终端平台中采用PBL38710专用用户接口器件，其内部结构组成框图如图2.1所示。PBL38710具有多种工作模式，在这里主要使用其两根控制线C0、C1与一根状态线DET。当C10、C21时，DET将检测用户线在没有铃流时的用户摘挂机状态，DET0表示用户摘机，DET1表示用户未摘机。当C11、C20时，DET将检测用户线在有铃流时的用户摘挂机状态，DET0表示用户摘机，DET1表示用户未摘机，在该状态下，PBL38710还将输入的铃流信号放大以达到驱动用户电路的要求。当然，还可以设置控制线的其它方式来控制PBL38710进入相应的状态，可参
11、见PBL38710的说明书。PBL38710的检测模式与检测输出的关系见表2.1。在通信终端平台中，有两套完全一致的用户接口电路，左边的用户终端电话号码为1，右端用户终端电话号码为2。为保护测试模块的安全，用户接口模块实验所需的全部测试点都通过测试插座引出，因而用户接口电路的实验可在测试模块中进行。 表2.1 PBL38710的模式与检测输出关系TP105C2TP104C1TP103100：用户摘机1：用户未摘机010：振铃状态下摘机1：振铃状态下未摘机下面以左边用户接口电路为例说明用户接口电路的基本原理，其框图组成见图2.2所示。用户接口模块由U101（PBL38710）、U102（TL08
12、2）及相应的跳线器、电位器等元件组成。用户话机是通过电话插T1、R1线与通信原理综合实验系统相连，在实际使用通信终端中，还应包括保护电路（主要是对地保护与抗雷电保护等等），这部分电路在实验平台中没有包括。U101完成用户摘挂机检测、馈电、2/4线变换、振铃等功能。U101的话音发送支路经运放U102A放大输出。在话音接收支路，接收的模拟信号经运放U102B放大输入到U101中。在这里，接收支路可以是下面几种类型的信号：来自ADPCM模块的话音信号；各种音信号（拨号音信号、忙音信号、回铃音信号）等。各种音信号由接续控制处理模块根据用户电话呼叫的不同进程，选择其中一个信号送入用户接口电路U101中
13、。双音多频检测模块:该模块对用户接口模块发送支路信号进行双音多频检测，并将检测的结果送到交换接续控制模块中进行接续处理。在通信原理综合实验系统中，有两套完全一致的双音多频检测模块，这两个模块分别与相应的电话用户接口模块相连。双音多频检测模块电路原理图见图2.5和图2.6所示。本教程仅以双音多频检测模块1的原理进行说明，另一个模块原理与第一个模块相同，不再重述。双音多频检测模块由U301（CM8870）、X301（3.58MHz晶体）及相应的跳线器、电位器组成。从用户接口单元来的输入信号进入U301进行双音多频检测。在U301双音多频检测电路中，X301为晶体，它为U301工作提供基本的参考频率
14、。当U301检测到存在双音多频时，U301的检测信号DET_DTMF11，此时交换接续控制模块将双音多频代码（DTMFA3、DTMFA2、DTMFA1、DTMFA0）读入，用以完成相应的呼叫接续。ADPCM编译码模块:时分复用：时分复用就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用复接：随着通信网的进一步发展，通信网的规模越来越大，路数越来越多，网际关系也越来越密切，出现了几个多路传输的网或链路间需要互连，这就称为复接。解复接：复接的逆过程。帧的组成结构：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，帧结构组成如图2.37所
15、示。各时隙从0到3顺序编号，分别记为TS0、TS1、TS2和TS3。TS0时隙为帧定位码，帧定位码选用7位Barker码（1110010），使接收端具有良好的相位分辨能力。 时隙的作用：2、m序列的含义，Barker码的含义，开关信号的含义；m序列的含义：m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是一种伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。可以预先确定并且可以重复实现的序列称为确定序列；既不能预先确定又不能重复实现的序列称随机序列；不能预先确定但可以重复产生的序列称伪随机序列。Barker码的含义：Barker码是一个11比特序列（例如10110111000），在无线传输方面存在优势。每一个比特
16、编码为一个11位Barker码，因此而产生的一个数据对象形成一个chip。该chip被加载到一个频率在2.4GHz频段（2.4-2.483GHz）的载波上，并采用某种调制技术进行调制。802.11系统传输速度为1Mbps，采用BPSK（二进制相移键控）；系统传输速度为2Mbps，采用QPSK（四进制相移键控）。开关信号的含义：即数字信号。相对于模拟信号信号的大小、方向在时间上是连续变化的。开关量信号的变化不是连续的，即跳跃变化，故又有脉冲信号的说法。3、m序列如何由跳线开关SWB02组合产生？m序列由UB01内部产生：M序列的码型共有4种，由跳线开关SWB02（M_SEL0、M_SEL1）决定
17、。从TPB01测试点可以监测发端m序列信号，具体设置见下表：4、信道误码率如何由跳线开关SWB02组合产生？错码产生器：错码产生器用于学生了解帧传输复接/解复接器在有误码的环境下接收端帧同步过程和抗误码性能，错码产生及错码插入由UB01实现。通过跳线开关SWB02（E_SEL0，E_SEL1）可以选择4种信道误码率，错码指示可以用示波器在TPB02监测点观测。具体设置见下表：6、叙述什么情况下会造成接收帧失步？7、标出测量点TPB01-TPB07的含义。1、 TPB01：发送m序列输出（复接模块）2、 TPB02：插入错码指示（复接模块）3、 TPB03：输入复接帧信号（解复接模块）4、 TP
18、B04：输入时钟（解复接模块）5、 TPB05：接收m序列输出（解复接模块）6、 TPB06：收端帧同步指示（解复接模块）7、 TPB07：发端帧同步指示（复接模块）五、 实验内容深刻理解电路组成和实验原理，正确设置跳线开关，完成以下实验内容，记录实验数据、实验现象和实验信号波形（标明频率、幅度、脉冲宽度）。根据图4.37设置跳线开关，系统中仅ADPCM2至ADPCM1方向经过复接系统传输，ADPCM1至ADPCM2信道传输设置为直通。要求复接模块输出m1序列码，发、收增益选择为缺省状态；DTMF1 、DTMF2模块内增益为缺省状态。 加电后通过菜单设置在PCM编码方式。1. 时分复用帧结构观
19、察利用双踪示波器，正确选择触发信号（以变化慢的信号触发变化快的信号），两两观察复接/解复接模块的位时钟信号、帧同步信号、复接帧数据信号，分析时序对应关系后画出信号波形（时钟的变化沿对应）。对照前文给出的系统设计的帧结构，标明各信号的意义和时长，读出帧同步信号、开关信号和m序列。（使用示波器时，在观察信号全貌的基础上，用single或stop观察信号的细节。）改变开关信号的形式，观察复接帧数据信号的变化。画出波形。2 不同信道误码率下复接数据信号传输质量的测量在复接模块内开关信号与帧定位码的码元格式不同的条件下，逐渐增大信道误码率，通过对照观察发端和收端的帧同步信号、发端和收端的m序列信号，分析
20、信道状况对信号传输质量的影响。3. 在数据信号中连续出现帧定位信号对帧同步质量的影响测量1）使复接模块的开关信号与帧定位信号不同，通过改变信道状况，使系统帧失步后再同步，观察收、发帧同步信号的相位关系，画出波形。2）使复接模块的开关信号与帧定位信号相同，通过改变信道状况，使系统帧失步后再同步，观察收、发帧同步信号的相位关系，画出波形。4. 电话呼叫处理过程测试 通过观察主叫和被叫电话接口模块的摘挂机状态信号、同时观察收发信号，改变主叫和被叫话机的状态，理解正常通话呼叫过程，测试忙音信号、回铃音信号、振铃信号的特性，同时观察语言信号的特点。5、不同信道误码率下PCM话音业务质量的测量复接模块内开关信号与帧定位码的码元格式不同，逐渐增大信道误码率，通过电话机2讲话，主观评价话音传输质量。五、实验报告1、 整理实验数据，画出相应的曲线和波形，得出有关结论。2、 总结实验后的收获和经验（原理、电路、仪器使用等等）。3、 总结帧失步对数据业务、话音业务的影响。4、 分析、总结不同误码率下数据业务、话音业务的影响。5、 当信道中断或传输信道误码过大或其他故障成无法通信，能利用哪些检测手段分析、判断出具体故障的原因？
