时分中继课程设计

1、 课程设计报告 设计类型： 课程设计综合课程设计 设计题目： 数字时分中继自环通信模型设计 系 别： 电子信息学院 年级专业： 通信工程 学 号： 111003410734 学生姓名： 指导教师： 2013年 12月23日-2013年12月27日摘要： 随着互联网的高速发展人们对高速数据传输和移动多媒体业务的渴望不断上升，通信界正依托当今飞速发展的通信技术向3G体制挺进。在这一演进过程中，分组交换技术以自己独特的优点扮演着愈来愈重要的角色。在数字通信中，为了提高通信线路的利用率，采用时分复用技术进行信息传送。分组交换采用统计时分复用技术，它在给用户分配线路资源时，不像同步时分复用那样

2、固定分配带宽，而是按需动态分配。这样线路利用率比较高。近年来，随着光纤技术获得巨大成就，信道的传输速率明显增强，这位分组交换技术的发展开辟了新的道路，帧中继、异步转移模式等快速分组交换技术迅速的发展起来。展望未来的高速互联网世界以分组交换技术为基础的分组核心网最终将承担全部数据业务已是不争的事实。目录1简介：21.1时分中继的背景21.2同步时分复用简介21.3同步时分复用设计22时分中继实验32.1 实验目的32.2 实验方法32.3 实验步骤53数字交换网络芯片MT8980介绍63.1 简要说明63.2 引出端符号说明73.3 引出端功能说明73.4 电路的基本原理84实验相关波形105

3、实验总结13 数字时分复用与中继传输一 简介：1.1时分中继的背景在数字通信系统中，对模拟信源使用抽样、量化、编码等过程进行数字化后，一般都采用时分复用来提高信道的传输效率。复用就是用同一个信道传输多路信号（如语音、数据、图像信号）。为了在接收端能将多路信号区分开，必须使不同路信号具有某种不同的特征、按照区分多路信号的方式可以把复用分为时分复用、频分复用和码分复用。时分复用就是将传输时间分为多个互不重叠的时隙，利用不同时隙传输各路不同信号，多路信号使用各自的时隙，合路称为一个复用信号，在同一信道中传输。在接收端可以按同样的规律把多路信号从复用的一路信号中分开。1.2同步时分复用简介同步时分复用

4、：一个帧的若干时隙，按顺序编号，标号相同的成为一个子信道，传递同一路话路信息，速率恒定。固定分配带宽，对传递的信号无差别控制，并且不做任何处理，其流量控制基于呼叫延时制。位置化信道（STDM，SynchronousTime-DivisionMultiplexing）这种技术按照信号的路数划分时间片，每一路信号具有相同大小的时间片。时间片轮流分配给每路信号，该路信号在时间片使用完毕以后要停止通信，并把物理信道让给下一路信号使用。当其他各路信号把分配到的时间片都使用完以后，该路信号再次取得时间片进行数据传输。这种方法叫做同步时分多路复用技术。同步时分多路复用技术优点是控制简单，实现起来容易。缺点是

5、如果某路信号没有足够多的数据，不能有效地使用它的时间片，则造成资源的浪费；而有大量数据要发送的信道又由于没有足够多的时间片可利用，所以要拖很长一段的时间，降低了设备的利用效率。1.3同步时分复用设计针对数字CCD图像数据传输的问题,提出了一种借助于光纤的串行传输方案，阐述了系统工作原理、硬件结构和软件仿真。以CPLD和FIFO为核心器件，基于同步时分复用原理，实现了2路同步控制信号和8路图像数据的不同速率信号的复接和分接。对以往的并行传输系统进行了改进,简化了系统结构，并实现了CCD相机图像数据高速率，远距离传输的要求。常用于电路交换中，适合透明数据传输。二 时分中继实验2.1 实验目的1通过

6、时隙的改变和调整实验，进一步理解时分复用的概念。2. 说出数字时分复用技术优越之处。2.2 实验方法 打开电源开关，选择“时分中继”，按确认。见图16-1所示。此时四个话路（即甲方一、二路，乙方一、二路的PCM的编码波形）的时序初始值分别设置为04、08、16、30，用示波器双踪通道接入到TP202和TP08，通过测量该两点波形来观察32个时隙内的四个话路时序分配的情况，其中TP08为8KHz帧同步窄脉冲信号（零时隙位置，可容纳32个话路复用），TP202为四个话路时分复用输出的波形。闪动的数字即表示对应话路的时隙位置当前可设置，通过上下键可更改此数字。按“确认”键，可更改下一话路的时隙位置，

7、或完成了全部设置并输出时分复用波形。下面是更改复用中话路时隙位置的波形示意图1人工交换2. 空分交换3时分交换4时分中继时 隙 分 配话路1. 04 话路2. 08话路3. 16 话路4. 30 图2-1 数字时分交换时序初始化设置示意图图2-2 数字时分交换时序初始化设置后输出波形图时 隙 分 配话路1. 19 话路2. 21话路3. 24 话路4. 271人工交换2. 空分交换3时分交换4时分中继图2-3 数字时分交换时序改变设置示意图图2-4 数字时分交换时序改变设置后输出波形图1人工交换2. 空分交换3时分交换4时分中继时 隙 分 配话路1. 12 话路2. 13话路3. 14 话路4

8、. 15图2-5 数字时分交换时序排队设置示意图 图2-6 数字时分交换时序排队设置后输出波形图1人工交换2 空分交换3时分交换4时分中继时 隙 分 配话路1. 17 话路2.17话路3. 17 话路4. 17图2-7 数字时分交换时序竞争重叠设置示意图 图2-8 数字时分交换时序竞争重叠设置后输出波形图 本实验中，四个电话用户的数据都是分别放在时分交换网络输入端四路码流的0时隙位置上。通过薄膜开关给每路电话用户分配输出时隙，将这四路码流0时隙的用户数据都搬移到中继线上（一路码流）输出。TP202、TP203可以观测到其时分复用的信号波形。本实验中，采用了一次群速率标准2048Kb/s，而每路

9、话音的数字编码速率为64Kb/s（8 KHz×8Bit），这样一帧中就可以容纳32路数据复用。因为本实验平台上只设置了4路电话，所以只能占有一帧中的4个信道位置，其它信道位置高阻状态输出。中继信号通过K201开关自环后，返回时分交换网络，根据呼叫的交换信令将中继线上的用户数据再搬移到某个用户端的接收部分。这样，只要没有新的交换信令出现，则交换网络一直维持这种数据搬移传输状态，从而达到数字交换的目的。 数字时分中继的信号流程框图（见图2-9） 2.3 实验步骤1. 打开电源开关，按下“复位”键，显示“欢迎使用程控交换实验”，按下“开始”键，进入交换状态选择，此时选择“时分中继”方式，按

10、下“确认”键。2. 给四路电话接口都接上电话单机。示波器一通道（触发）放在TP08上（帧同步窄脉冲，0时隙），另一通道放在TP202上（中继线上的时分复用波形）3. 通过上面介绍的时隙分配的设置方法，分别按照图16-1至图16-8的示意图给每路用户电话分配其在中继线上的时分复用位置，记住这些时隙数据并按“确认”键，输出时分复用波形，见TP202。4. 对某电话单机讲话或按键，可见到只有此电话对应的时分复用数据在不断变化，对照TP02的帧同步窄脉冲波形位置，验证刚才给此电话用户分配的时分复用位置是否正确。5. 我们以甲一路（号码：48）与甲二路（号码：49）为例，进行两路电话用户间的正常呼叫，验

11、证这两路电话是否能正常通话。6. 甲一路与甲二路之间的信息交换是通过时分交换芯片MT8980完成的，下面我们将通过示波器测量波形验证芯片MT8980的工作情况，其方法可参见上一课实验步骤4至实验步骤6。7. 思考主叫甲一路用户和被叫甲二路用户的通信信号的流程。PCM乙二路乙一路甲二路甲一路K201自环中继线时隙分配输出/接收中继局中继线传输图2-9 数字时分中继的信号流程框图3.数字交换网络芯片MT8980介绍3.1 简要说明该器件是8线×32信道数字交换电路。它内部包含串-并变换器，数据存储器、帧计数器、控制接口电路、接续存储器、控制寄存器、输出复用电路及并-串变换器等功能单元。输

12、入和输出均连接8条PCM基群(3032路)数据线，在控制信号作用下，可实现240256路数字话音或数据的无阻塞数字交换。它是目前集成度较高的新型数字交换电路，可用于中、小型程控用户数字交换机。电路的基本特性为：(1)输入信通容量为8线×32路。输出信道容量为8线×32路。(2)信道数据率64kbs。提供256路无阻塞数字交换。具有微处理器控制接口。(3)电源 +5V(4)功耗 30mW(5)工艺 CMOS(6)封装 40引线双列直插3.2 引出端符号说明 数据应答信号输出 帧同步脉冲输入 VSS 负电源(地) 时钟输入 VDD 正电源 DS 数据选通 ODE 输出驱动允许R

13、 读写控制信号 CBO 控制总线输出 片选信号A0A5 地址输入 D0D7 控制数据输入输出 STI0STI7 串行PCM码流输入 STO0STO7 串行PCM码流输出3.3 引出端功能说明 ： 时钟输入，频率为4096MHz，串行码流由此时钟的下降沿定位。 ： 帧同步脉冲输入，它作为2048Mbs码流的同步信号，低电平使内部计数器在下次负跳变时复位。 ： 片选信号输入，低电平有效。DS ： 微处理器接口时数据输入选通信号，高电平有效。 VDD ： 正电源。 VSS ： 负电源，通常为地。R ： 微处理器接口时读、写控制信号，若输入高电平，为读出；若输入低电平，则为写入。 ： 数据应答信号输出

14、(开漏输出)，它为微处理器接口时数据证实信号，若此端下拉至低电平，电路处理完数据，通常 经909(W4)接+5V。ODE ： 输出驱动允许。若该输入保持高电平，则STO0STO7输出驱动器正常工作；若为低电平，则STO0STO7呈高阻。但是如果利用软件控制方式，即使ODE为高电平，也可以置STO0STO7进入高阻态。CBO ： 控制总线输出。每帧由256比特组成，每码元为接续存储器高位256个存储单元第1位的值。第0码流相应的码元先输出。 A0A5 ：微处理器接口时地址信号输入。 D0D7 ：微处理器接口时双向数据输入输出(三态)。 STI0STI7 ： 8路串行输入的PCM基群(32信道)码

15、流，速率为2048Mbs。 STO0ST07 ： 8路三态串行输出的PCM基群码流，速率为2048Mbs。3.4 电路的基本原理 电路由串-并变换器、数据存储器、帧计数器、控制寄存器、控制接口单元、接续存储器、输出复用器与并-串变换器等部分构成。串行PCM数据流以2048Mbs速率(共32个64kbs，8比特数字时隙)分八路由STI0STI7输入，经串-并变换，根据码流号和信道(时隙)号依次存入256×8比特数据存储器的相应单元内。控制寄存器通过控制接口，接受来自微处理器的指令，并将此指令写到接续存储器。这样，数据存储器中各信道的数据按照接续存储器的内容(即接续命令)，以某种顺序从中

16、读出，再经复用、缓存、并-串变换，变为时隙交换后的八路2048Mbs串行码流，从而达到数字交换的目的。 如果不再对控制寄存器发出命令，则电路内部维持现有状态，刚才交换过的两时隙将一直处于交换过程，直到接受新命令为止。 接续存储器的容量为256×11位，分为高3位和低8位两部分，前者决定本输出时隙的状态；后者决定本输出时隙所对应的输入时隙。另外，由于输出多路开关的作用，电路还可以工作于消息模式(messagemode)，以使接续存储器低8位的内容作为数据直接输出到相应时隙中去。 电路内部的全部动作均由微处理器通过控制接口控制，可以读取数据存储器、控制寄存器和接续存储器的内容，并可向控制

17、寄存器和接续存储器写入指令。此外，还可置电路于分离方式，即微处理器的所有读操作均读自于数据存储器，所有写操作均写至接续存储器的低8位。微处理器对电路的控制主要体现在对内部存储器的读写操作，控制格式为：(一)地址线(A5A0)：若A50，选择控制寄存器，所有操作均针对控制寄存器。若A51，则由A4A0选择时隙号，以保证对各时隙进行控制，如下面寻址表所示。寻址表A5A4A3A2A1A0地址（十六进制）寻址位置0XXXXX001F控制寄存器11100100100100101120213F信道0信道1信道31(二)控制寄存器格式：不用码流地址位存储器选择位模式选择位01723456其中：b7 ：分离方

18、式选择位。当b71时，无论b3、b4是什么状态，所有读操作均读自数据存储器；所有写操作均写至接续存储器低8位。b6 ：输出方式选择位。当b61，ODE1时，为消息方式；当b60，为交换方式。b5 ：不用。b4、b3 ：存储器选择位。00 ：测试芯片时用，通常不能设成此状态。01 ：选择数据存储器。10 ：选择接续存储器低8位。11 ：选择接续存储器高8位。 b2b0 ：码流地址位，决定所选下一操作的输入码流或输出码流号。(三)接续存储器高3位格式：01723456不用各信道控制位其中：b7b3 ：不用。若读操作时，均置为0。b2 ：当b21时，工作于消息方式，接续存储器低8位内容被作为数据送至

19、输出码流中；当b20时，工作于交换方式，即接续存储器低8位的内容作为数据存储器的地址，将输入信道数据读到交换所要求的输出码流的相应时隙中。b1 ：外部控制位。其内容将在下帧从CBO端输出。b0 ：输出允许位。当ODE1时，且控制寄存器b60，若此位为1，则数据输出到相应码流和时隙中；若为0，则输出时隙呈高阻。（四)接续存储器低8位格式：码流地址位01723456信道地址位其中：b7b5 ：码流地址位。这3位的二进制数确定输入码流号，如若b7b6b5100，则接续存储器选中STI4存入的数据存储地址。b4b0 ：信道地址位。这5位确定b7b5所选中码流的信道(时隙)号。但若接续存储器高3位的b2

20、1时，便转入消息方式，b7b0的内容会被直接送至相应输出码流中。四.实验相关波形图1.数字时分交换时序初始化设置后输出波形图图2.数字时分交换时序改变设置波形图图3.数字时分交换时序排队设置后输出波形图图4.数字时分交换时序竞争重叠设置后输出波形图 图5.帧同步窄脉冲，0时隙图6.通话时相应时隙的不断变化波形图五 实验总结通过本次实验，我们组通过一段时间的努力并且通过老师的指导将实验顺利的完成。这次实验，我们了解了时分复用的基本概念，以下是我们所掌握的该实验时分复用的基本工作方式：时分复用技术把公共信道按时间分配给用户使用，是一种按时间区分信号的方法。时分复用时先将多个用户设备通过时分多路复用

21、器连接到一个公共信道上，时分多路复用器给各个设备分配一段使用公共信道的时间，这段时间也称为时隙（Time Slot）。当轮到某个设备工作时，该设备就同公共信道接通，而其它设备就同公共信道暂时断开。设备使用时间过后，时分多路复用器将信道使用权交给下一个设备，依此类推一直轮流到最后一个设备，然后再重新开始。这样既保证了各路信号的传输，又能让它们互不干扰。使用时分复用信道的设备一般是低速设备，时分复用器将不间断的低速率数据在时间上压缩后变成间断的高速率数据，从而达到低速设备复用高速信道的目的。其优点是可以获得较高的信道利用率，缺点是由于需要缓存，会产生附加的随机时延和数据丢失的可能。在此，我要感谢老

22、师和同组的人员的指导和帮助，通过他们的帮助，顺利的完成了实验并且了解到了关于很多时分复用的应用。 参考文献1、RZ8623程控交换综合实验讲义 南京润众科技有限公司2Digital Communication  John R. Barry , Edward A. Lee , David G. Messerschmitt  Kluwer Academic Publishers; 3rd ed. 2003 3、移动无线通信 美 Mischa Schwartz 电子工业出版社 2006.94、数据通信技术 申普兵 国防工业出版社

23、2006.85、数据通信与网络技术 周昕 清华大学出版社 2004.26、数据通信 美 William Stallings 人民邮电出版社 2005.17、程控数字交换与交换网（第二版） 叶敏 北京邮电大学出版社2003.1同步时分复用TDM机制多路复用的另外一种主要方式是时分复用（TDM），常用的TDM有两种：同步时分复用和统计时分复用。这一节我们研究同步时分复用，通常简称TDM。时分复用（TDM）：一种复用方式，把公共的信道分别分配给多个不同的信息信道，每时刻一个信道，使得将传输设备划分为两个或者多个信道。同步时分复用：一种TDM方式，共享的传输线的间隙以固定的预先确定的方式分配给不用的设备。当传输介质传输数据的速度超过所传信号所需的速率时才可能采用TDM方式。加载有才、数字数据的若干数字或模拟信号，可通过在特定时间交替传送每个信号的一小部分的方式同时传送。图10.3（b）是TDM的一般情况。6个信号源送入到复用器，复用器将这6个信号的比特交织在一起，依次取一个信号的一部分比特传输出去，并如此循环发送。例如，图10.3（b）中的复用器的6个输入信号均为9.6bit/s，则传输信号线要同时传送这6路数据需要至少57.6kbit/s的容量。图10.8描述了一个简单的TDM的实例：3个数据信号在一个传输介质上同时传输。此例中，每个信号的传输速率均为6