实验八时分复用与解复用实验.doc

实验八 时分复用与解复用实验
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
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
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
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8-1 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。

图8-2 时分复用原理框图
数据1
数据2
01110010
数据1
数据2
01110010
00000000
00000000
8位全零
8位
8位
8位全零
8位
8位
帧同步码
帧同步码
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8-3 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。

图8-4 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
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
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
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SW701设置帧同步码的码型。
七、实验思考题
1． 认真阅读教材中的相关内容，回答时分复用的概念。
2． 分析本实验中时分复用信号的产生原理，再自行设计一个时分复用信号产生电路，画出电路图并分析电路工作原理。
八、实验报告要求
1． 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。
2． 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。
3． 对实验思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。
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