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固定及变速率时分复用、解复用实验第一部分固定速率时分复用/解复用实验一、实验目的1.掌握固定速率时分复用/解复用的同步复接/分接原理。
2.掌握帧同步码的识别原理。
3.掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。
二、实验内容1.搭建一个理想信道固定速率时分复用数字通信系统，使系统正常工作。
2.搭建一个理想信道固定速率时分解复用数字通信系统，使系统正常工作。
3.用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对应关系。
4.观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，直接观察时分复用与解复用的实验效果。
三、实验仪器示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
四、基本原理1．同步复接/分接原理固定速率时分复用/解复用通常也称为同步复接/分接。
在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。
图1.1 数字复接器的基本组成图 1.2 数字分接器的基本组成图数字复接器的基本组成如图1.1所示。
数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。
数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。
定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。
调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。
复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。
数字分接器的基本组成如图1.2所示。
数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。
数字分接器由同步、定时、分接和恢复单元所组成。
定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。
同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，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，即保持同步。
分接单元与复接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。
常见的信道复用技术及特点
信道复用技术是指多个通信信号共用同一信道进行传输的技术。
常见的信道复用技术包括频分复用（FDMA）、时分复用（TDMA）、码分复用（CDMA）和波分复用（WDM）等。
每种信道复用技术都有其特点和适用场景。
首先，频分复用（FDMA）是指将频段分成若干个较窄的子频带，每个用户占用一个子频带进行通信。
FDMA技术简单易实现，适用于语音通信等低速率应用，但由于频带资源有限，用户数受到限制。
其次，时分复用（TDMA）是指将时间分成若干个时隙，不同用户在不同时隙上进行通信。
TDMA技术能够充分利用信道资源，提高用户数和系统容量，适用于高速率数据通信和多用户接入场景。
再次，码分复用（CDMA）是指不同用户使用不同的扩频码进行通信，通过信道编码和解码技术实现用户信号的分离。
CDMA技术具有抗干扰能力强、频谱利用率高的优点，适用于抗干扰要求高的通信环境。
最后，波分复用（WDM）是指将不同波长的光信号传输在同一光纤中，通过波分复用器和波分复用器实现信号的分离和合并。
WDM技术可大幅提高光纤传输容量，适用于光通信和数据中心等高容量需求场景。
总的来说，不同的信道复用技术有着各自的特点和适用场景，可以根据具体的通信需求来选择合适的技术方案。
在实际应用中，还可以结合多种复用技术来满足更复杂的通信需求。
随着通信技术的不断发展，信道复用技术也将不断演进和完善，为通信系统的性能提升和容量扩展提供更多的可能。
信道复用技术的概念信道复用技术是指利用一条物理信道同时传输多个信号或数据流的技术。
它可以提高信道的利用效率，从而增加通信系统的容量和带宽利用率。
信道复用技术主要分为以下几种：1. 频分复用（FDMA）：将频带划分为不同的频率子带，并将不同的信号分配到不同的子带上进行传输。
2. 时分复用（TDM）：将时间划分为不同的时隙，并将不同的信号分配到不同的时隙上进行传输。
3. 码分复用（CDMA）：利用不同的扩频码将不同的信号进行编码，然后同时传输到信道上，接收端根据接收到的扩频码解码出相应的信号。
4. 波分复用（WDM）：利用不同的波长将不同的信号进行传输，每个波长对应一个独立的信道。
5. 码分时隙复用（TD-CDMA）：结合了时分复用和码分复用的特点，将时间划分为不同的时隙，并对每个时隙进行扩频码编码。
这些信道复用技术根据不同的应用场景和需求可以选择合适的技术来进行信号的传输，以提高系统的效率和性能。
当需要在有限的信道资源上传输多个信号时，信道复用技术可以解决资源利用率低下的问题。
通过将多个信号进行复用，可以在相同的信道上同时传输多个信号，提高信道容量和带宽利用率。
频分复用（FDMA）是最常见和简单的信道复用技术之一。
它将可用频谱带宽划分为多个不重叠的频率子带，每个子带用于传输一个信号。
每个信号占据唯一的频率范围，并通过频率选择性滤波器进行分离。
这种方式适用于信号带宽相对较窄且稳定的情况。
时分复用（TDM）则是将时间划分为多个时隙，并将不同信号依次放置在这些时隙中进行传输。
每个信号只能在特定的时隙中进行传输。
发送端和接收端的时钟必须同步，以确保准确的数据传输。
码分复用（CDMA）通过为每个信号分配不同的扩频码，将多个信号同时传输到同一频率上。
接收端利用扩频码进行解码，将所需的信号提取出来。
这种方式具有较高的抗干扰性和隐私性，并适用于移动通信系统。
波分复用（WDM）是利用不同波长的光纤在同一光信道上传输多个信号。
信道复用方式信道复用是一种将不同的通信信号通过同一个信道传输的方式。
它是为了提高通信效率和节省资源而采取的一种技术手段。
在通信领域中，信道复用有多种形式，包括频分复用、时分复用、码分复用和波分复用等。
本文将分别介绍这些信道复用方式的原理和应用。
频分复用是一种将不同频率上的信号进行复用的方式。
在频分复用中，不同的通信信号被调制到不同的频率上，然后通过同一个信道进行传输。
接收端根据频率的不同，将不同的信号进行解调，从而实现多路复用。
这种方式适用于频谱资源丰富但传输速率较低的场景，如无线电广播和卫星通信。
时分复用是一种将不同时间段上的信号进行复用的方式。
在时分复用中，不同的通信信号在不同的时间段上进行传输，接收端根据时间的不同，将不同的信号进行解调。
这种方式适用于传输速率较高但频谱资源有限的场景，如移动通信中的TDMA技术。
码分复用是一种将不同的码型进行复用的方式。
在码分复用中，不同的通信信号使用不同的编码序列进行调制，并通过同一个信道进行传输。
接收端根据编码序列的不同，将不同的信号进行解码。
码分复用适用于传输速率较高且对频谱资源要求较严格的场景，如CDMA技术在移动通信中的应用。
波分复用是一种将不同波长的光信号进行复用的方式。
在波分复用中，不同的通信信号使用不同的波长进行调制，并通过同一根光纤进行传输。
接收端根据波长的不同，将不同的信号进行解调。
波分复用适用于光纤通信中的长距离传输，能够实现高速率的传输。
信道复用技术的应用非常广泛。
在无线通信领域，频分复用、时分复用和码分复用被广泛应用于移动通信系统中，如2G、3G和4G网络。
这些技术能够提高频谱利用率，增加系统容量，提高通信质量。
在光纤通信领域，波分复用技术被广泛应用于长距离传输系统中，如光纤通信网和光传送网。
这些技术能够实现高速率的传输和多路复用。
信道复用是一种重要的通信技术，能够提高通信效率和节省资源。
不同的信道复用方式适用于不同的场景和需求，能够满足不同的通信要求。
基于CPLD的多路数字信号复接分接技术与实现曾舒婷;嵇孝明;徐黄涛【摘要】为提高数字通信系统的信道利用率及准确率,文中提出了一种8路数字信号的复接分接系统设计方案.方案主要采用乒乓操作解决低速数据采集高速输出的数据丢失问题.并且基于QuartusⅡ 11.0软件完成了方案的复接分接系统设计与仿真,通过在Altera的EPM570T100C5N芯片上进行测试.实验结果表明,设计正确且稳定,可应用于多路数字信号通信的实验教学.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)008【总页数】3页(P150-152)【关键词】多路数字信号;复接;解复接;CPLD【作者】曾舒婷;嵇孝明;徐黄涛【作者单位】南京大学金陵学院,江苏南京210000;南京大学金陵学院,江苏南京210000;南京大学金陵学院,江苏南京210000【正文语种】中文【中图分类】TN911.72以往数字复接分接系统大多采用ASIC设计，设计电路流程长，且成本过高[1]。
而CPLD为可编程数字电路，采用CPLD实现复接分接系统，便于修改电路结构，增强了设计灵活性，并节省了系统资源[2]。
本文提供了一种8路数字信号复接与分接的实现方法。
其中数字信号复接，采用时分复用的方式，实现了8个支路数字信号的复接。
数字信号分接，采用帧同步方法，将复接后的数字信号分解成各个支路的信号[3-6]。
多路数字信号复分接器系统设计要求实现64 kHz的 8路8 bit数字信号的复接，并在分接电路中实现512 kHz帧数据8路8 bit的数据分解，其中一路用来传输帧同步数据。
多路数字信号拟采用按字节复用的方法，每次复接每个支路的一位码，复接以后的码序列为第1个8 bit数据为第一路数据，第2个8 bit数据为第二路数据，以此类推。
多路数字信号分接器拟采用帧头为10011011的巴克码，巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组,它的取值为+1、-1组成的非周期序列。
北京交通大学毕业设计（论文）开题报告通信原理实验电子信息工程学院学生：学号：指导老师：王根英日期：2015年11月16日上课时间：星期一第五节实验六自定义帧结构的帧成形及其传输一、实验前的准备(1)预习帧成形及其传输电路的构成。
(2)熟悉附录b和附录c中实验箱面板分布及测试孔位置；定义相关模块跳线的状态。
(3)实验前重点熟悉的内容：1)明确PCM30/32路系统的帧结构。
2)熟悉PCM30/32路定时系统。
3)明确PCM30/32帧同步电路及工作原理。
(4)思考题1)本实验中数字复接的帧结构由几个时隙组成？分别是什么内容？本实验中数字复接的帧结构由4个时隙组成。
分别是帧同步时隙、话路时隙、开关信号时隙、特殊码时隙。
2)本实验中的帧定位码是什么？其作用是什么？本实验中的帧定位码是11100100，作用是能够使接收端通过对帧同步码的检测，确定每帧的起始位置，从而能正确地进行分路。
3)但实验中帧结构由几个比特组成？每路信号的速率是多少？本实验中每个时隙由8个比特组成，一个帧结构共32个比特。
每路信号的速率是64kbps，一帧的速率是256kbps。
二、实验目的(1)加深对PCM30/32系统帧结构的理解。
(2)加深对PCM30/32路帧同步系统及其工作过程的理解。
(3)加深对PCM30/32系统话路、信令、帧同步的告警复用和分用过程的理解。
三、实验仪器(1)ZH5001A通信原理综合实验系统(2)20MHz双踪示波器四、基本原理在PCM30/32路数字传输系统中,每个样值均编8位码,一帧分为32个时隙,通常用TS0~TS31来表示,其中30个时隙用于30路话音业务。
TS0为帧定位时隙,用于接收分路做帧同步用。
TS1~TS15时隙用于话音业务,分别对应第1路到第15路的话音信号。
TS16时隙用于信令信号传输,完成信令的接续。
TS17~TS31时隙用于话音业务,分别对应第16路到第30路话音信号。
在通信系统原理实验箱中,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。
实验电路设计了一帧共含有4个时隙,分别用TS0~TS3表示。
每个时隙含8比特码。
其帧结构如图51所示。
TS0时隙为帧同步时隙,本同步系统中帧定位码选用8位码,这8位码是11100100。
应注意到,这7位码与实际中的PCM30/32路系统基群帧同步码不同,它用是能够使接收端通过对帧同步码的检测,确定每帧的起始位置,从而能够正确地进行分路。
TS1时隙用来传输话音信号,实验箱中的一路电话信号的传输就是占用该时隙的;TS2时隙为开关信号,复用输入信号的状态是通过8位跳线开关来设定的,跳线插入为1,跳线拔出为0;TS3时隙用来传输特殊码序列,特殊码序列可以通过跳线开关进行选择,共有4种码型可以选择。
TS0~TS3复合成一个256kbps数据流,在同一信道上传输。
复用模块主要由帧同步码的产生、开关信号的产生、话音信号时隙的复用、特殊码时隙的复用及PCM信号的传输电路组成，分接模块主要由同步码检出、同步调整、接收定时系统、接收时隙分接电路组成。
复接器系统定时用于提供统一的基准时间信号，分接器的定时来自同步单元恢复的接收时钟，在同步单元的控制下，分接器的时钟信号与复接器的时钟信号保持正确的相位关系，即保持同步。
首先从接收信号中检测帧同步码，利用帧同步码检测输出脉冲来进行同步调整，同步调整的目的是为了使收发定时系统同步，从而使接收定时系统能够正确地将接收信号进行分路。
当系统进人同步状态后，则形成了接收端定时信号，此时的接收定时信号完全与发送端信号同步。
因此，分接单元可以把输人信号正确地分为多路支路数字信号，从而可以从分接单元恢复出原始的支路数字信号，在通信系统原理实验系统中，复接模块用一片现场可编程门阵列（FPGA）芯片来完成。
在该芯片内部还构造了一个m序列发生器，为便于观测复接信号波形，通过跳线开关SWBO2（M-SELO，M-SELI)可以选择4种m序列码型。
m序列码型可以在TPBO1检测点观测。
错码产生器可以通过跳线开关SWB02(E_SELO，E_SELI)设置4种不同信道误码率，便于了解在误码环境下，接收端帧同步过程和帧同步系统抗误码性能，从而加深对假同步和假失步形成过程的理解。
在实验电路图5-2中，各测试点的定义如下。
发送m序列输出。
TPBO1:发端插入错码指示。
TPB02:复接器输出信号。
TPB03:复接器输出时钟。
TPB04:分接m序列支路输出。
TPB05:分接收端帧同步指示。
TPB06:发端帧同步指示。
TPB07:发端帧同步指示。
五、实验内容实验前的准备工作，首先是将解复接模块内的输人信号和时钟选择跳线开关KB01、KB02设置为LOOP（自环）位置。
在这种情况下，复接模块和解复接模块直接相连，不经过线路编码。
再将复接模块内的工作状态选择跳线开关SBW02的m序列选择跳线开关M_SEL0、M_SEL1拔下，这时，m序列发生器输出产生m序列全0。
将错码选择跳线开关E_SELO、E_SEL1拔下，这种情况不在传输帧中插人误码。
总之，实验的初始条件是复接、分接直接相连；m序列为全0；传输无误码。
1.发送传输帧结构观察用示波器同时观测复接模块的发送帧同步指示测试点TPBO7与复接模块的数字复接信号测试点TPB03的波形，观测时用TPB07作同步。
数字复接信号的帧结构应与图5-1相同。
画出TPB07的波形和TPB03数字复用信号波形，注意两者之间的对应关系。
TPB07与TPB03波形上方接近于标准方波的是发送帧同步指示TPB07的波形，下方为接收处TPB03的波形。
可以看到有很好的同步。
1、帧定位信号的测量。
在TPB03测试点波形中，找到帧定位信号所占用的时隙，画图标出帧定位字所占时间位置。
帧定位信号从波形中可以明显看出帧定位信号11100100。
1、帧内话音数据观察。
找出帧内话音信号的位置，在图中标出话音数据所占时间位置。
由于话音信号的随机性，无法看到清晰的信号，只要确定其位置即可。
帧内话音数据1、帧内开关信号观测。
找到帧内开关信号在帧结构中的位置。
调整跳线开关SWBO1上短路器，就可以改变开关信号的状态，在TPB03测试点波形中可以看到开关信号状态的变化，由此可以找到开关信号在帧结构中的位置，并可以观测到开关信号状态变化情况。
帧内开关信号由图可以看出，当我们改变开关的跳线帽时，帧内开关信号也随之改变，同时LED0-LED7也随之改变。
帧内m 序列数据观测。
调整示波器同步旋钮，调整跳线开关短路器SWB02上M_SELO 、M_SEL1，产生不同的m 序列，由于两个跳线的插拔有4种组合，因此可以产生4个不同的m 序列，这些不同的m 序列出现在帧结构相应的时隙后，有可能清晰地观察到，也有可能表现为模糊不清，出现这两种情况的原因自己分析。
本步不要求读出m序列的具体值，只要求能够确定m序列所占用的时隙即可。
帧内m序列数据观测：M_SELO、M_SEL1均拔下：M_SELO插上、M_SEL1拔下：M_SELO、M_SEL1均插上：由以上几个图可以看出，只有当m序列为全0或者全1的时候，才可以看清楚，当m序列为15位或者7位的时候，由于不是8的整数倍，就会导致看不清楚。
2、收发帧同步指示的观测发送帧同步指示测试点为TPB07，接收帧同步指示测试点为TPB06g 用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TPB07与解复接模块帧同步指示测试点TPB06波形，观测时用TPB07同步，记录TPB07和TPB06的波形，说明TPB07和TPB06测试到的波形怎样才能够说明收发系统之间是同步的。
收发帧同步指示的观测（可以看到，收发帧有很好的同步。
）2.解复接开关信号输出的观测当收发系统处于同步状态情况下，观察解复接模块的开关信号指示，即发光二极管指示灯(LED0-LED7)与复接模块内跳线开关SWBO1之间的对应关系。
通过改变复接模块内跳线开关SWBOI中短路器，观察解复接模块中发光二极管LEDO-LED7的状态变化，找到发光二极管随跳线开关而变化的关系，记录结果。
当我们改变条线帽的插拔时，可以看到解复接模块输出LED0-LED7成反序的亮灭状态。
3.解复接m序列数据输出测量测试点为发端复接模块m序列输人TPBO1、收端分接模块m序列输出TPBO5。
用示波器同时测量发端序列测试点TPBOI与解复接输出m序列TPB05波形，观测时用TPBO1同步。
调整示波器同步，观测收发m序列是否一致。
按表5-1调整跳线开关短路器SWB02上的M_SELO、M_SEL1，产生4种不同的m序列输出，观测收发帧内m序列数据是否一致变化，将测试结果记录于表5-1中。
解复接m序列数据输出测量：M_SELO、M_SEL1均拔下：M_SELO插上、M_SEL1拔下：M_SELO拔下、M_SEL1插上：M_SELO、M_SEL1均插上：M_SEL1 M_SELO m序列数据M_SEL1 M_SELO m序列数据拔拔全0，全0 插拔0010111拔插全1，全1 插插0101110010011 六、实验结论分析本次实验实现了信号的复接与分接，实际中使用的PCM30/32话路系统，而试验中使用的是自定义的4个时隙，每个时隙8个bit，一共32bit。
从原理上面验证了信号的分接与复接。
实现了同步时隙、话路时隙、开关时隙和特殊码时隙的传输。
七、思考题(1)在第1步实验观测帧结构时，哪个时隙的信号能够观测清晰？哪个时隙的信号不能观察清晰？哪个时隙的信号有可能清晰也有可能不清晰？同步时隙和开关时隙可以观测清楚。
话路时隙不能观测清楚，这是由于话路时隙信号是不具有以8为周期的周期性。
m序列码时隙可能观测清楚，也可能观测不清楚，这是由于m序列码可能是以8为周期，也可能不以8为周期。
(2)在m序列数据为7位和15位的情况下，能否调整示波器使在同步的条件下观测完整的一个帧内m序列数据周期？为什么？能。
只要调整到合适的扫描范围即可。
这是由于输出可以将传输的m 序列拼接起来。
实验七自定义帧结构的帧同步系统一、实验前的准备(1)预习自定义帧结构的帧同步系统电路的构成。
(2)熟悉实验指导书附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置；定义本实验相关模块的跳线状态。
(3)实验前重点熟悉的内容：1)掌握PCM30/32路系统的帧结构；2)明确PCM30/32帧同步系统及工作原理，3)了解假同步、假失步的概念；4)了解前方保护、后方保护的概念。
二、实验目的(1)加深对PCM30/32帧同步系统的理解。
(2)加深对PCM30/32路帧同步系统同步过程的理解。
(3)掌握PCM30/32帧同步系统的基本概念三、实验仪器(1)ZH5001A通信原理综合实验系统(2)20MHz双踪示波器四、基本原理自定义帧结构帧同步系统电路如图5-2所示。
