实验八时分复用与解复用实验

8 1 实验八实验八 时分复用与解复用实验时分复用与解复用实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握时分复用的概念 2 了解时分复用与解复用系统的构成及工作原理 3 了解时分复用这种复用方式的优点与缺点 4 了解时分复用在整个通信系统中的作用 二 实验内容二 实验内容 1 对两路模拟信号进行 PCM 编码 然后进行复用 观察复用后的信号并与复用前的编 码信号比较 2 将复用后的信号进行解复用 然后进行 PCM 解码 观察解复用后的两路解码信号与 原两路模拟信号是否相同 三 实验器材三 实验器材 1 信号源模块 2 时分复用模块 3 模拟信号数字化模块 4 20M 双踪示波器 一台 5 连接线 若干 四 实验原理四 实验原理 在实际的通信系统中 为了提高通信系统的利用率 往往用多路通信的方式来传输信 号 所谓多路通信 就是把多个不同信源所发出的信号组合成一个群信号 并经由同一信 道进行传输 在收端再将它分离并被相应接收 时分复用 TDM 即 Time Division Multiplexing 就是一种常用的多路通信方式 时分复用是建立在抽样定理基础上的 因为 抽样定理使连续 模拟 的基带信号由可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替 这样 当抽样脉冲占据较短时间时 在抽样脉冲之间就留出了时间空隙 利用这些空隙便可以传 输其他信号的抽样值 因此 就可能用一条信道同时传送若干个基带信号 并且每一个抽样 值占用的时间越短 能够传输的路数也就越多 图 8 1 表示的是两个基带信号在时间上交 替出现 显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离 各个信号就能分 别得到恢复 这就是时分复用的概念 此外 时分复用通信系统有两个突出的优点 一是 多路信号的汇合与分路都是数字电路 简单 可靠 二是时分复用通信系统对非线性失真 的要求比较低 然而 时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了 较高的要求 所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号 为此 必须在每帧 内加上标志信号 即帧同步信号 它可以是一组特定的码组 也可以是特定宽度的脉冲 在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接 如传送电话通信中的占线 摘机与挂 机信号以及振铃信号等信令 上述所有信号都是时间分割 按某种固定方式排列起来 称 为帧结构 采用时分复用的数字通信系统 在国际上已逐步建立其标准 原则上是把一定 8 2 路数电话语音复合成一个标准数据流 称为基群 然后再把基群数据流采用同步或准同 步数字复接技术 汇合成更高速地数据信号 复接后的序列中按传输速率不同 分别成为 一次群 二次群 三次群 四次群等等 图图 8 1 两个信号的时分复用两个信号的时分复用 在本实验中 第一路模拟信号送入时分复用模块 第二路模拟信号送入模拟信号数字 化模块 分别在这两个模块中进行 PCM 编码 得到两路 PCM 码 PCMA 和 PCMB 再 和时分复用模块产生的帧同步码进行时分复用 得到包含四路数据 第四路为空数据 一帧为 32 位的时分复用信号 其复用部分的原理框图如图 8 2 移 位 寄 存 器 数 据 选 择 器 锁 存 器 数 据 选 择 器 码 型 选 择 数 据 选 择 器 F DATA F FS PCMB F BS 移 位 寄 存 器 锁 存 器 PCMA CLK FS 数 据 选 择 器 第 四 路 全 零 BS 8 3 图图 8 2 时分复用原理框图时分复用原理框图 由图 8 2 可见 时分复用是通过时钟信号对移位寄存器构成的并 串转换电路的输出信 号轮流进行选通而实现的 时分复用输出信号的位同步信号的频率为 BS 的四倍 帧同步 信号的频率为位同步信号的三十二分之一 时分复用输出信号每一帧由 32 位组成 其帧结 构如图 8 3 所示 拨码开关 SW701 可设置帧同步码的码型 图图 8 3 时分复用输出信号帧结构时分复用输出信号帧结构 复用信号通过解复用电路还原出两路 PCM 编码信号 分别送入时分复用模块和模拟 信号数字化模块进行 PCM 译码输出 得到的两路信号分别与输入信号相同 图 8 4 是解复 用部分的原理框图 时分复用与解复用的所有功能都是在 U701 EPM7128SLC84 15 中 完成的 J DATA J BS 4分频 J2 DATA J1 DATA J1 FS J2 FS J1 BS J2 BS 移 位 寄 存 器 移 位 寄 存 器 锁 存 器 锁 存 器 数 据 选 择 器 数 据 选 择 器 J FS 图图 8 4 解复用原理框图解复用原理框图 在解复用电路中 先通过帧同步信号和位同步信号把四路数据分开 然后通过移位寄 存器构成的并 串转换电路输出串行的数据 时分复用和解复用的电路都比较简单 请同学 们参照我们提供的原理框图自己分析电路详细的工作过程 五 实验步骤五 实验步骤 1 将信号源模块 时分复用模块 模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中 确保 电源接触良好 2 插上电源线 打开主机箱右侧的交流开关 再分别按下三个模块中的开关 数据 1数据 201110010数据 1数据 2011100100000000000000000 8 位全零8 位8 位8 位全零8 位8 位帧同步码帧同步码 8 4 POWER1 POWER2 对应的发光二极管 LED001 LED002 D701 D702 LED300 LED301 发光 按一下信号源模块的 复位键 三个模块均开始工作 3 时分复用模块的 Sin IN 连接信号源的模拟输出正弦信号 模拟信号数字化模块的 S IN 同上或另接外部输入音频信号 4 用连接线把时分复用模块和模拟信号数字化模块对应的连接孔连起来 FRAMEB OUT FRAMEB IN CLKB OUT CLKB IN 2048K OUT 2048K IN DATA1 IN PCMA DATA2 IN PCMB OUT 5 用连接线连接 DATA1 IN 和 PCMA 用示波器分别观察 DATA1 IN 和 DATA2 IN 看两路模拟信号 PCM 编码是否正确 6 设置 SW701 的第一位为 1 第 2 8 位为巴克码 1110010 或任意码型 即帧 同步信号 用示波器分别观察 DATA BS FS 信号 DATA 是 SW701 DATA1 IN DATA2 IN 全零 的复用信号 BS 的频 率为 CLKB OUT 频率的四倍 FS 与 FRAMEB OUT 相同 7 从 J DATA 输入 DATA 信号 从 J BS 输入 BS 信号 从 J FS 输入 FS 信号 用示波器分别观察 J1 DATA J1 BS J1 FS 与 J2 DATA J2 BS J2 FS 信号 其中 J1 BS 与 J2 BS 信号完全一样 且频率为 BS 信号的四分之一 J1 FS 与 J2 FS 信号完全一样 且与 FS 信号一样 8 用连接线连接 J1 DATA PCM1 IN J1 BS CLK1 IN JI FS FRAME1 IN 把时分复用模块和模拟信号数字化模块对应的连接孔连起来 J2 DATA PCM2 IN J2 BS CLK2 IN J2 FS FRAME2 IN 9 用示波器观察 Sin OUT 与模拟信号数字化模块的 OUT 六 输入 输出点参考说明六 输入 输出点参考说明 1 输入点参考说明 Sin IN 第一路模拟信号输入点 DATA1 IN 第一路数据信号输入点 DATA2 IN 第二路数据信号输入点 J DATA 时分复用信号输入点 对此信号进行解复用 J BS 解复用位同步信号输入点 J FS 解复用帧同步信号输入点 PCM1 IN 解复用第一路 PCM 数据信号输入点 CLK1 IN 解复用第一路 PCM 数据位同步信号输入点 FRAME1 IN 解复用第一路 PCM 数据帧同步信号输入点 2 输出点参考说明 8 5 2048K OUT TP3067 主时钟输出点 CLKB OUT PCM 码编码位同步信号输出点 64K 方波 FRAMEB OUT PCM 码编码帧同步信号输出点 8K 方波 DATA 时分复用信号输出点 BS 复用信号位同步信号输出点 FS 复用信号帧同步信号输出点 PCMA 第一路 PCM 编码信号输出点 J1 DATA 解复用后第一路数据输出点 J1 BS 解复用后第一路数据位同步信号输出点 J1 FS 解复用后第一路数据帧同步信号输出点 J2 DATA 解复用后第二路数据输出点 J2 BS 解复用后第二路数据位同步信号输出点 J2 FS 解复用后第二路数据帧同步信号输出点 Sin OUT 解复用后第一路 PCM 译码输出点 对于 PCB 板上多出的测试点为二次开发用 分别是 FIN FS FIN BS ZS D BS ZD A BS ZA BS OUT 和 FS OUT 为电话接口及计算机数据通信模块的位同步和 帧同步信号输出点 3 拨码开关 SW70