光通信實(shí)驗(yàn)講義

1、光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成介紹RZ8644型光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是為了配合光纖通信系統(tǒng)的理論教學(xué)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信原理課程的教學(xué)與改革，另一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信發(fā)展方向和工程實(shí)際應(yīng)用狀況。這套系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計(jì)，各模塊對(duì)外開放。除了配合完成理論教學(xué)外，還可以訓(xùn)練增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，完成模塊的二次性開發(fā)。一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可分為電端機(jī)模塊、光通信模塊、管理控制模塊、電源供給模塊等四大功能模塊，每個(gè)功能模塊又是由許多子模塊組成：（一）電端機(jī)模塊1. 電話用戶接口模塊此模塊為電話輸入、輸出接口，由電話專用接口芯片PBL38710實(shí)現(xiàn)。它包含向用戶話機(jī)恒流饋電、向被叫用戶話機(jī)饋送

2、鈴流、用戶摘機(jī)后自行截除鈴流，摘掛機(jī)的檢測(cè)及音頻或脈沖信號(hào)的識(shí)別，用戶線是否有話機(jī)的識(shí)別，語(yǔ)音信號(hào)的2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出等功能。其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合郵電部制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 本模塊分為用戶A，B兩個(gè)模塊，默認(rèn)號(hào)碼為48、49。2. PCM編譯碼模塊此模塊采用專用芯片TP3057來(lái)實(shí)現(xiàn)PCM編譯碼功能，可完成用戶A、B兩路話音信號(hào)的編譯碼功能。3. DTMF雙音多頻檢測(cè)模塊此模塊由專用芯片MT8870來(lái)完成DTMF分組濾波和DTMF譯碼功能，輸出相應(yīng)16種DTMF頻率組合的4位并行二進(jìn)制碼。實(shí)際應(yīng)用中，一片MT8870可以最多接入檢測(cè)16路用戶電路的DTMF信號(hào)。4. 記發(fā)器模塊

3、此模塊主要完成局內(nèi)、局間電話用戶撥叫號(hào)碼的識(shí)別、交換控制功能。5. 計(jì)算機(jī)通信接口模塊此模塊由USB和RS232串口兩通信接口組成，完成計(jì)算機(jī)與本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換傳輸功能。也為學(xué)生開發(fā)上層通信軟件提供了良好的硬件平臺(tái)。6. 數(shù)據(jù)發(fā)送單元模塊此模塊主要完成各種測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生、各種線路編碼、數(shù)據(jù)復(fù)接及一些輔助性功能。 產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)有：各種頻率的時(shí)鐘、方波、M序列、矩形窄脈沖等、 線路編碼功能有：AMI碼、HDB3碼、CMI碼、5B6B碼、5B1P碼、擾碼等。 數(shù)據(jù)的復(fù)接：多種類型數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)分復(fù)接輸出。7. 數(shù)據(jù)接收單元模塊此模塊主要完成接收數(shù)據(jù)的時(shí)鐘提取再生、各種線路編碼的譯碼、復(fù)用數(shù)據(jù)的分解及

4、一些輔助性功能。8. 眼圖觀測(cè)模塊此模塊主要完成調(diào)節(jié)接收電路均衡特性、接收數(shù)字序列的眼圖觀測(cè)等功能。9. 誤碼測(cè)試儀模塊此功能由多個(gè)模塊組成，完成通信線路的誤碼測(cè)試功能，各測(cè)試參數(shù)可設(shè)。10.模擬信號(hào)源模塊此模塊產(chǎn)生輸出頻率、幅度可調(diào)的正弦波、三角波、方波信號(hào)。（二） 光通信模塊1光信道一一體化數(shù)字光端機(jī)，包括光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)。半導(dǎo)體激光二極管LD、工作波長(zhǎng)1550nm，頻帶為DC到5MHZ，方便配套低端測(cè)量?jī)x器使用。 光端機(jī)的光輸入、輸出接口都由單模尾纖引出至固定于底板的法蘭，方便連接其它光器件。一般情況下，一體化數(shù)字光端機(jī)的輸入電平調(diào)節(jié)電位器，都右旋到底。2光信道二及LD性能測(cè)試模塊

5、由激光管、光探測(cè)器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)?？蓚鬏斈M和數(shù)字信號(hào)，測(cè)試LD的P-I曲線，具有無(wú)光告警、自動(dòng)功率控制APC等功能。激光管工作波長(zhǎng)為1310nm，頻帶為DC到3MHz。激光管的輸出和光探測(cè)器的輸入連接至固定于底板上的法蘭，方便連接其它光器件。3LED+多模光纖傳輸擴(kuò)展模塊由發(fā)光二極管、光檢測(cè)器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)。可傳輸模擬和數(shù)字信號(hào)，測(cè)試LED的P-I曲線，具有視頻圖像傳輸?shù)裙δ?。發(fā)光二極管發(fā)光波長(zhǎng)為850nm，頻帶為DC到1GHZ。本模塊為選配。（三） 管理控制模塊1.中央處理器模塊此模塊主要由單片機(jī)8

6、9C51/52編程實(shí)現(xiàn)。完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)功能，如測(cè)量信號(hào)的輸入、輸出控制、功能選擇、工作狀態(tài)檢測(cè)等。2.液晶顯示模塊此模塊主要完成工作狀態(tài)的顯示，誤碼測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示等功能，屬字符型液晶。3.鍵盤模塊此模塊主要配合液晶顯示模塊工作，通過上、下、確認(rèn)等鍵選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。 （四） 電源供給模塊 提供+12V、+5V、+3.3V、-5V、-12V、-24V -48V等直流電源。二、配套儀器最低配置儀器：20M通用雙蹤示波器或虛擬儀器，單模尾纖建議配置器件：計(jì)算機(jī)；光功率計(jì)、多種接口標(biāo)準(zhǔn)的光跳線（法蘭）、波分復(fù)用/解復(fù)用器一對(duì)、光可調(diào)衰減器、光固定衰減器、光分路器、光隔離器等，根據(jù)學(xué)校情況

7、選配（會(huì)影響一些光器件的測(cè)試實(shí)驗(yàn)）；可選配儀器：外置誤碼測(cè)試儀光纜施工工具箱、光纖熔接機(jī)、穩(wěn)定光源、光時(shí)域反射儀等。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖請(qǐng)見圖1電話用戶APCM編譯碼記發(fā)器DTMF檢測(cè)電話用戶BPCM編譯碼數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)字信號(hào)發(fā)生器線路編碼器數(shù)據(jù)復(fù)接數(shù)據(jù)接收單元時(shí)鐘提取、再生線路譯碼器數(shù)據(jù)解復(fù)接USB接口RS232串口中央處理器功能擴(kuò)展口模擬信號(hào)源LD光端機(jī)工作波長(zhǎng)1550nmLD激光/探測(cè)器工作波長(zhǎng)1310nm 鍵盤液晶顯示電源模塊 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖四、系統(tǒng)特點(diǎn)1采用模塊化設(shè)計(jì)信號(hào)接口開放。各模塊功能既可單獨(dú)做實(shí)驗(yàn)又可組合完成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。2自帶數(shù)字信號(hào)源、模擬信號(hào)源，可外加信號(hào)，配有計(jì)算機(jī)串口

8、、USB接口。適應(yīng)各種實(shí)驗(yàn)需求。3采用液晶鍵盤顯示管理實(shí)驗(yàn)參數(shù)，取代原有的接插件，實(shí)驗(yàn)方便直觀。4電端機(jī)部分功能強(qiáng)大，電話交換系統(tǒng)，多種線路編碼，完善的數(shù)字時(shí)分復(fù)接系統(tǒng)，功能可定制升級(jí)。5電信號(hào)、光信號(hào)均由實(shí)驗(yàn)者連接。光輸入、輸出接口設(shè)計(jì)朝外，方便連接其它光器件。6整板采用有機(jī)玻璃覆蓋保護(hù)，便于實(shí)驗(yàn)室管理。五、液晶顯示菜單本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置的菜單顯示如下。按“ ”、“ ”鍵即可選擇不同的菜單；按“確認(rèn)”鍵，即進(jìn)入箭頭指向的下一級(jí)菜單；按“返回”鍵，即返回上一級(jí)菜單，如此類推。詳細(xì)菜單顯示如下：“復(fù)位”鍵：歡迎使用光纖通信系統(tǒng)平臺(tái)解放軍理工大學(xué) 南京潤(rùn)眾科技公司 “開始”鍵：1：碼型變換

9、實(shí)驗(yàn)2：光纖傳輸實(shí)驗(yàn)3：光纖測(cè)量實(shí)驗(yàn)4：光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 子菜單：1：碼型變換實(shí)驗(yàn)01 CMI碼PN（固定碼型、速率的m序列，下同）02 CMI碼設(shè)置（由SW101撥碼器設(shè)置的8比特?cái)?shù)據(jù)，下同）03 5B1P碼設(shè)置04 5B6B碼設(shè)置05 擾碼PN06 擾碼設(shè)置07 HDB3碼PN08 HDB3碼設(shè)置09 AMI碼PN0A AMI碼設(shè)置2：光纖傳輸實(shí)驗(yàn)01 窄脈沖（頻率256K，脈寬：15ns）02 USB數(shù)據(jù)03 串口數(shù)據(jù)04 PCM數(shù)據(jù)（A/D轉(zhuǎn)換）05 E1數(shù)據(jù)傳輸（標(biāo)準(zhǔn)的2.048MHZ數(shù)據(jù)）3：光纖測(cè)量實(shí)驗(yàn)01 平均發(fā)光功率02 接收靈敏度正常/誤碼03 誤碼0/10000（誤碼測(cè)試）收

10、數(shù)據(jù)：誤碼數(shù)： 04 誤碼1/10000（誤碼測(cè)試）收數(shù)據(jù)：誤碼數(shù)：4：光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)） 時(shí)隙1時(shí)隙2時(shí)隙3時(shí)隙4時(shí)隙5時(shí)隙6時(shí)隙7時(shí)隙8幀頭PCM1PCM2空空設(shè)置信令數(shù)據(jù)六、使用注意點(diǎn)1. 進(jìn)行鉚孔連接時(shí)，務(wù)必注意鉚孔標(biāo)注的箭頭方向：指向鉚孔，說(shuō)明此鉚孔為信號(hào)輸入孔；背離鉚孔，說(shuō)明此鉚孔為信號(hào)輸出孔。請(qǐng)勿將兩輸出鉚孔短接。2. 進(jìn)行鉚孔連接時(shí)，連接線接頭插入鉚孔后，輕輕旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，接頭將和鉚孔鎖死；拔出時(shí)，回轉(zhuǎn)一個(gè)小角度即可輕松拔出，切勿使用莽力，以免插頭針斷在鉚孔中。使用方法可參考光盤中的影象片段。3. 光器件連接：在摘掉光接口保護(hù)套前，請(qǐng)確保實(shí)驗(yàn)臺(tái)板面清潔，注意收集好接

11、口保護(hù)套；光接頭連接時(shí)，請(qǐng)預(yù)先了解接頭的結(jié)構(gòu)，手持接頭金屬部分，按接口的軸線方向輕插輕拔，防止損壞纖芯；4. 使用光纖時(shí)，注意不要過度彎曲（直徑不得小于4cm）、扭曲、擠壓或拉扯光纖。因?yàn)槔w芯玻璃細(xì)纖維，非常的脆弱，使用時(shí)請(qǐng)務(wù)必注意。纖芯斷開或出現(xiàn)傷痕，光信號(hào)的功率將嚴(yán)重衰耗，出現(xiàn)斷路或增加誤碼等情況。5. 數(shù)據(jù)發(fā)送單元的SW101紅色撥碼器，有8位獨(dú)立的開關(guān)組合。若不作特殊說(shuō)明，白色開關(guān)往上，對(duì)應(yīng)的輸出序列為1；白色開關(guān)往下，對(duì)應(yīng)的輸出序列為0。設(shè)置時(shí)需輕輕撥動(dòng)。6. 若不作特殊說(shuō)明，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輸出的串行數(shù)字序列，低位在前，高位在后。在示波器上觀測(cè)到的波形即低位在窗口的左端，高位在窗口的右端

12、。實(shí)驗(yàn)1 電光、光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)；2.初步了解完整光通信的基本組成結(jié)構(gòu)；3.掌握光通信的通信原理。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2.20M雙蹤示波器3.FC-FC單模尾纖 1根4.信號(hào)連接線 2根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)又分為電信號(hào)發(fā)射和電信號(hào)接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個(gè)子部分。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)（光通信）如下圖所示：光 電電 光電發(fā)射電接收光發(fā)射光接收P203P204 光纖 1550nmLD+單模圖1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電發(fā)射部分可以是M序列，可

13、以是各種線路編碼（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是語(yǔ)音編碼信號(hào)或者視頻信號(hào)等，光信道可以是1550nmLD+單模光纖組成，可以是1310nm激光/探測(cè)器組成，也可以是850nmLED+多模光纖（選配）組成。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中提供的1550nmLD光端機(jī)是一體化結(jié)構(gòu)，光端機(jī)包括光發(fā)射端機(jī)TX（集成了調(diào)制電路、自動(dòng)功率控制電路、激光管、自動(dòng)溫度控制等），光接收端機(jī)RX（集成了光檢測(cè)器、放大器、均衡和再生電路）。其數(shù)字電信號(hào)的輸入輸出口，都由銅鉚孔開放出來(lái)，可自行連接。一體化數(shù)字光端機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如下： P204P203 TX光接收輸入光發(fā)射輸出光纖圖1.2 一體化數(shù)字光端機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟

14、1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，將光跳線分別連接TX1550、RX1550兩法蘭接口（選擇工作波長(zhǎng)為1550nm的光信道），注意收集好器件的防塵帽。2. 打開系統(tǒng)電源，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)CMI碼PN”。確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的15位m序列。3. 示波器測(cè)試P101鉚孔波形，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。4. 用信號(hào)連接線連接P101、P203兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TX1550測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出，調(diào)節(jié)W205即改變送入光發(fā)端機(jī)信號(hào)（TX1550）幅度，最大不超過5V。即將m序列電信號(hào)送入1550nm光發(fā)端機(jī)，并轉(zhuǎn)換成光信號(hào)從TX1550法蘭接口輸出。5.示波器B通道測(cè)試光收端機(jī)輸出

15、電信號(hào)的P204試點(diǎn)，看是否有與TX1550測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。6.按“返回”鍵，選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)CMI碼設(shè)置”并確認(rèn)。改變SW101撥碼器設(shè)置（往上為1，往下為0），以同樣的方法測(cè)試，驗(yàn)證P204和TX1550測(cè)試點(diǎn)波形是否跟著變化。7.輕輕擰下TX1550或RX1550法蘭接口的光跳線，觀測(cè)P204測(cè)試點(diǎn)的示波器B通道是否還有信號(hào)波形？重新接好，此時(shí)是否出現(xiàn)信號(hào)波形。8.以上實(shí)驗(yàn)都是在同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱上自環(huán)測(cè)試，如果要求兩實(shí)驗(yàn)箱間進(jìn)行雙工通信，如何設(shè)計(jì)連接關(guān)系，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。9.關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注：本實(shí)驗(yàn)也可選擇工作波長(zhǎng)為1310nm和擴(kuò)展模塊的

16、光信道。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.畫出實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)試波形，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟，敘述光通信的信號(hào)變換、傳輸過程。3.畫出兩實(shí)驗(yàn)箱間進(jìn)行雙工通信的連接示意圖，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)2 CMI編譯碼原理及光傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握CMI編譯碼規(guī)則。2.了解CMI編譯碼的性能。3.了解光纖通信中CMI的選碼原則。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2.20M雙蹤示波器3.FC-FC單模光跳線4.信號(hào)連接線 2根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)又分為電信號(hào)發(fā)射和電信號(hào)接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個(gè)子部分。在本實(shí)驗(yàn)中，涉及的電發(fā)

17、射部分有兩個(gè)功能模塊： 8位的自編數(shù)據(jù)功能和CMI線路編碼功能。涉及的電接收部分就是時(shí)鐘提取和再生功能、相應(yīng)的CMI線路譯碼功能。CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：CMI線路譯碼光 電電 光 光纖 1550nmLD+單模CMI線路編碼光發(fā)射光接收TX1550P204自編數(shù)據(jù)判決再生圖2.1 CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)下面對(duì)數(shù)字信號(hào)CMI碼編碼譯碼進(jìn)行分析和討論：數(shù)字光纖通信傳輸信道中，對(duì)于低速率系統(tǒng)采用CMI(Coded Mark Inversion) 碼,傳號(hào)翻轉(zhuǎn)碼，即“1”碼交替地用“00”和“11”表示，而“0”碼則固定用“01”表示，因此在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CMI編碼器輸入1bi

18、t的時(shí)間內(nèi)輸出變?yōu)?bit。CMI碼屬于二電平的不歸零（NRZ）的1B2B碼型，圖6.1.2 為CMI碼變換規(guī)則示例，這種碼的特點(diǎn)是:（1）不出現(xiàn)連續(xù)4個(gè)以上的“0”碼或“1”，易于定時(shí)提取。（2）電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。（3) 有一定的糾錯(cuò)能力。當(dāng)編碼規(guī)則被破壞后，即意味著誤碼產(chǎn)生，便于中繼監(jiān)測(cè)。（4) 有恒定的直流分量，且低頻分量小，頻帶較寬。（5) 傳輸速率為編碼前的2倍，適用于低速率的光纖傳輸系統(tǒng)。CMI譯碼的設(shè)計(jì)思路：是采用串并變換電路把串行碼變成并行碼，即把CMI碼的每一組00、11、或01碼中的奇數(shù)碼與偶數(shù)碼分離開來(lái)，變成奇偶分列的、時(shí)序一致的碼序列，再用判決電路逐一加以比較，判決輸

19、出傳號(hào)還是空號(hào)，從而解出單極性信碼。0 0 1 0 1 1 1 0 1 0圖2.2 CMI碼變換規(guī)則示例CMI的連“0”連“1”為3，故這種線路碼含有豐富的定時(shí)信息，便于定時(shí)提取。這種碼都容許進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測(cè)。CMI碼在ITU-TG.703建議中被規(guī)定為139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/電氣接口的碼型。因此有不少139.264Mbit/s和155.520Mbit/s數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)就用CMI作為光線路碼型。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，直接將四次群復(fù)用設(shè)備送來(lái)的CMI碼直接調(diào)制到光器件上，接收端把還原的CMI碼直接送給四次群解復(fù)用設(shè)備，這樣做無(wú)需電接口和線路碼型的變換/反

20、變換，具有設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D2.1將1550nm光發(fā)射端機(jī)的TX1550法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1550nm光接收端機(jī)的RX1550法蘭接口連接好。注意收集好器件的防塵帽。2打開系統(tǒng)電源，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)- CMI碼設(shè)置” 確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的SW101撥碼器設(shè)置的8比特周期性序列，如10001000。P103為對(duì)應(yīng)的CMI編碼輸出。3示波器測(cè)試P101、P103鉚孔波形，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。4用信號(hào)連接線連接P103、P203兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TX1550測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出，調(diào)節(jié)W205使送入光發(fā)端機(jī)信號(hào)（T

21、X1550）幅度最大，記錄信號(hào)電平值。連接P204、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)送入數(shù)據(jù)接收單元。信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如圖2.1。5注意觀測(cè)P204測(cè)試點(diǎn)對(duì)接收的的數(shù)據(jù)是否與發(fā)端的TX1550測(cè)試點(diǎn)波形一樣。6注意觀測(cè)P115測(cè)試點(diǎn)為CMI譯碼輸出波形是否與發(fā)端的P101波形一樣。7 SW101撥碼器設(shè)置其它數(shù)字序列組合，對(duì)比P103編碼輸出波形，分析熟悉CMI編碼規(guī)則。8按返回鍵，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)CMI碼PN”確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的15位m序列。9對(duì)應(yīng)P102碼元同步時(shí)鐘讀出碼序列，根據(jù)CMI編碼規(guī)則，寫出對(duì)應(yīng)的編碼序列。10觀察P103輸出編碼波形，驗(yàn)證你的序列。11

22、關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注：本實(shí)驗(yàn)也可選擇工作波長(zhǎng)為1310nm的LD光發(fā)射端機(jī)，也可選擇擴(kuò)展模塊。五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明P101：菜單設(shè)置的數(shù)字序列輸出序列波形測(cè)試點(diǎn)。 P102：P101對(duì)應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。P103：對(duì)應(yīng)的CMI編碼信號(hào)。 P111：數(shù)據(jù)接收單元的電信號(hào)接收鉚孔。P115：CMI譯碼輸出。 P203：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號(hào)輸入鉚孔。TX1550：輸入1550nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)。 P204: 1550nm光接收端機(jī)輸出的電信號(hào)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1記錄實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)和波形，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2長(zhǎng)連“0”、長(zhǎng)連“1”的數(shù)字信號(hào)不利于接收端的位同步提取，CMI編碼是怎

23、樣解決這個(gè)問題。實(shí)驗(yàn)3 模擬/數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電話接口電路組成；2了解電話呼叫接續(xù)過程；3掌握電話呼叫時(shí)的各種可聞信號(hào)音的特征；4了解記發(fā)器的工作過程；5掌握PCM編譯碼原理；6了解雙光纖全雙工通信的組成結(jié)構(gòu)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1光纖通信實(shí)驗(yàn)箱220M雙蹤示波器3FC-FC單模光跳線 2根4小型電話單機(jī) 2部5鉚孔連接線 若干三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)由電話用戶接口電路A、PCM編譯碼A、記發(fā)器電路、PCM編譯碼B、電話用戶接口電路B等組成，光信道為雙光纖通信結(jié)構(gòu)。電話語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸，可以有多種方式，一種是原始語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過

24、光纖直接進(jìn)行傳輸；另一種方式是先把話音信號(hào)數(shù)字化，然后再經(jīng)過光纖傳輸，目前使用最多的是PCM編譯碼方式。下面先介紹本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上兩路電話電路接口示意圖。PCM編碼PCM譯碼P601P602P603P604TP601用戶A：48PCM編碼PCM譯碼TP801/802P801P802P804用戶B：49P803圖3.1 電話用戶A、B結(jié)構(gòu)示意圖P601用戶A用戶BP804激光/探測(cè)器P201P205圖3.2 電話用戶A、B模擬光傳輸結(jié)構(gòu)示意圖（A到B單工） 光纖 1310nmLD+單模PCM編譯碼光 電電 光光發(fā)射光接收P201P202 光纖 1550nmLD+單模電 光光 電光接收光發(fā)射PCM編譯

25、碼P204P203電話用戶接口A電話用戶接口B圖3.3數(shù)字電話光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)示意圖（一）電話接口電路原理介紹用戶電路也可稱為用戶線接口電路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。任何交換機(jī)都具有用戶線接口電路。根據(jù)用戶電話機(jī)的不同類型，用戶線接口電路（SLIC）分為模擬用戶接口電路和數(shù)字用戶接口電路兩種。模擬用戶線接口電路在實(shí)現(xiàn)上的最大壓力是應(yīng)能承受饋電、鈴流和外界干擾等高壓大電流的沖擊，過去都是采用晶體管、變壓器（或混合線圈）、繼電器等分立元件構(gòu)成。在實(shí)際中，基于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用上的考慮，通常將BORSHCT功能中過壓保護(hù)由外接元器件完成，編解碼器部分

26、另單成一體，集成為編解碼器（CODEC），其余功能由集成模擬SLIC完成。在布控交換機(jī)中，向用戶饋電，向用戶振鈴等功能都是在繩路中實(shí)現(xiàn)的，饋電電壓一般是-60V，用戶的饋電電流一般是20mA30mA，鈴流是25Hz,90V左右，而在程控交換機(jī)中，由于交換網(wǎng)絡(luò)處理的是數(shù)字信息，無(wú)法向用戶饋電、振鈴等，所以向用戶饋電、振鈴等任務(wù)就由用戶線接口電路來(lái)承擔(dān)完成，再加上其它一些要求，程控交換機(jī)中的用戶線接口電路一般要具有B（饋電），R（振鈴）、S（監(jiān)視）、C（編譯碼）、H（混合）、T（測(cè)試）、O（過壓保護(hù)）七項(xiàng)功能。圖3.4為模擬用戶線接口功能框圖。模擬用戶線接口電路的功能可以歸納為BORSCHT七種功

27、能，具體含義是：（1）饋電（B-Battery feeling）向用戶話機(jī)送直流電流。通常要求饋電電壓為48伏或24伏，環(huán)路電流不小于18m A.（2）過壓保護(hù)（OOvervoltage protection）防止過壓過流沖擊和損壞電路、設(shè)備。（3）振鈴控制（RRinging Control）向用戶話機(jī)饋送鈴流，通常為25Hz/90Vrms正弦波。（4）監(jiān)視（S-Supervision）監(jiān)視用戶線的狀態(tài)，檢測(cè)話機(jī)摘機(jī)、掛機(jī)與撥號(hào)脈沖等信號(hào)以送往控制網(wǎng)絡(luò)和交換網(wǎng)絡(luò)。（5）編解碼與濾波（C-CODEC/Filter）在數(shù)字交換中,它完成模擬話音與數(shù)字碼間的轉(zhuǎn)換。通常采用PCM編碼器（Coder）與

28、解碼器(Decoder)來(lái)完成,，統(tǒng)稱為CODEC。相應(yīng)的防混疊與平滑低通濾波器占有話路（300Hz-3400Hz）帶寬，編碼速率為64kb/s。 （6）混合（HHyhird）完成二線與四線的轉(zhuǎn)換功能，即實(shí)現(xiàn)模擬二線雙向信號(hào)與PCM發(fā)送，接收數(shù)字四線單向信號(hào)之間的連接。過去這種功能由混合線圈實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在改為集成電路，因此稱為“混合電路”。（7）測(cè)試（TTest）對(duì)用戶電路進(jìn)行測(cè)試。振鈴控制信號(hào)測(cè)試總線用戶線狀態(tài)信號(hào)模擬用戶線饋電電源鈴流發(fā)生器ba(編碼信號(hào))發(fā)送碼流接收碼流混合電路低通平衡網(wǎng)絡(luò)低通編碼器解碼器測(cè)試開關(guān)饋電電路振鈴繼電器過壓保護(hù)電路 PBL 387 10 TP3067 圖3.4 模

29、擬用戶線接口功能框圖用戶線接口電路:在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，用戶線接口電路選用的是PBL 387 10。PBL 387 10是2/4線厚膜混合用戶線接口電路。它包含向用戶話機(jī)恒流饋電、向被叫用戶話機(jī)饋送鈴流、用戶摘機(jī)后自行截除鈴流，摘掛機(jī)的檢測(cè)及音頻或脈沖信號(hào)的識(shí)別，用戶線是否有話機(jī)的識(shí)別，語(yǔ)音信號(hào)的2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出。PBL 387 10用戶電路的雙向傳輸衰耗均為1dB，供電電源為+ 5 V和5 V，PBL 387 10還將輸入的鈴流信號(hào)放大以達(dá)到電話振鈴工作的要求，即達(dá)到+75V的有效值。其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合郵電部制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 （1）該電路的基本特性 1向用戶饋送鈴流 2向

30、用戶恒流饋電 3過壓過流保護(hù) 4被叫用戶摘機(jī)自截鈴 5摘掛機(jī)檢測(cè)和LED顯示 6音頻或脈沖撥號(hào)檢測(cè) 7振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出 8語(yǔ)音信號(hào)的2/4線轉(zhuǎn)換 9能識(shí)別是否有話機(jī) 10無(wú)需耦合變壓器 （2）用戶線接口電路主要功能 內(nèi)部電源穩(wěn)壓電路輸入控制譯碼二/四線接口饋電與平衡 電 路話音通道傳輸振鈴控制語(yǔ)音發(fā)送支路語(yǔ)音接收支路振鈴控制電話接口控制信號(hào)1控制信號(hào)2狀態(tài)指示摘機(jī)檢測(cè)/ 圖3.5 PBL 387 10內(nèi)部電路方框圖1. 向用戶話機(jī)供電，PBL 387 10可對(duì)用戶話機(jī)提供恒流饋電，饋電電流由VBAT以及VDD供給。當(dāng)環(huán)路電阻為2K時(shí)，饋電電流為18 mA。具體如下： A. 供電電源VBAT采

31、用-48V； B. 在靜態(tài)情況下（不振鈴、不呼叫），-48V電源通過繼電器靜合接點(diǎn)至話機(jī)； C. 在振鈴時(shí)，-48V電源通過振鈴支路經(jīng)繼電器動(dòng)合接點(diǎn)至話機(jī)； D. 用戶掛機(jī)時(shí)，話機(jī)叉簧下壓，饋電回路斷開，回路無(wú)電流流過； E. 用戶摘機(jī)后，話機(jī)叉簧上升，接通饋電回路（在振鈴時(shí)接通振鈴支路）回路。2. PBL 387 10內(nèi)部具有過壓保護(hù)的功能，可以抵抗保護(hù)TIP­­RING端口間的瞬時(shí)高壓，如結(jié)合外部的熱敏與壓敏電阻保護(hù)電路，則可抵抗保護(hù)250V左右高壓。 3. 振鈴電路可由外部的振鈴繼電器和用戶電路內(nèi)部的繼電器驅(qū)動(dòng)電路以及鈴流電源向用戶饋送鈴流：當(dāng)繼電器控制端 (RC端)

32、 輸入高電平，繼電器驅(qū)動(dòng)輸出端 (RD端) 輸出高電平，繼電器接通，此時(shí)鈴流源通過與振鈴繼電器連接的15端 (RV端) 經(jīng)TIP­­RING端口向被叫用戶饋送鈴流。當(dāng)控制端 (RC端) 輸入低電平或被叫用戶摘機(jī)都可截除鈴流。用戶電路內(nèi)部提供一振鈴繼電器感應(yīng)電壓抑制箝位二極管。4. 監(jiān)視用戶線的狀態(tài)變化即檢測(cè)摘掛機(jī)信號(hào)，具體如下： A.用戶掛機(jī)時(shí)，用戶狀態(tài)檢測(cè)輸出端輸出低電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“閑”； B.用戶摘機(jī)時(shí)，用戶狀態(tài)檢測(cè)輸出端輸出高電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“忙”； C.用戶若撥電話號(hào)碼為脈沖撥號(hào)方式時(shí)，該用戶狀態(tài)輸出端應(yīng)能送出撥號(hào)數(shù)

33、字脈沖?；芈窋嚅_時(shí)，送出低電平，回路接通時(shí)送出高電平（注：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不選用脈沖撥號(hào)方式，只采用DTMF雙音多頻撥號(hào)方式）；5. 在TIP­­RING端口間傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)為對(duì)地平衡的雙向語(yǔ)音信號(hào)，在四線VR端與VX端傳輸?shù)男盘?hào)為收發(fā)分開的不平衡語(yǔ)音信號(hào)。PBL 387 10可以進(jìn)行TIP­­RING端口與四線VR端和VX端間語(yǔ)音信號(hào)的雙向傳輸和2 / 4線混合轉(zhuǎn)換。 6. PBL 387 10可以提供用戶線短路保護(hù)：TIP線與RING線間，TIP線與地間，RING線與地間的長(zhǎng)時(shí)間的短路對(duì)器件都不會(huì)損壞。 7PBL 387 10提供的雙向語(yǔ)音信號(hào)的傳輸衰耗均

34、為40dB。該傳輸衰耗可以通過PBL 387 10用戶電路的內(nèi)部調(diào)整，也可通過外部電路調(diào)整。 8PBL 387 10的四線端口可供語(yǔ)音信號(hào)編譯碼器或交換矩陣使用。（二）正常呼叫接續(xù)時(shí)傳送信號(hào)工作流程圖3.6為一次正常呼叫傳送信號(hào)流程圖，圖3.7是一次正常呼叫狀態(tài)分析圖。用戶線用戶線主叫用戶被叫用戶呼叫信號(hào)撥號(hào)音信號(hào)號(hào)碼信號(hào)回鈴音信號(hào)話音信號(hào)忙音信號(hào)掛機(jī)信號(hào)振鈴信號(hào)應(yīng)答信號(hào)通信建立掛機(jī)（先掛方）（用戶線信號(hào)）摘機(jī)掛機(jī)摘機(jī)機(jī) 圖3.6 一次正常呼叫傳送信號(hào)的流程圖當(dāng)主叫用戶電話摘機(jī)，話機(jī)聽筒傳來(lái)?yè)芴?hào)音。開始撥號(hào)，撥號(hào)音斷。撥號(hào)完畢，若呼叫存在，話機(jī)聽筒傳來(lái)回鈴音，被叫用戶話機(jī)振鈴，被叫用戶摘機(jī)，回

35、鈴音斷；若呼叫號(hào)碼不存在，話機(jī)聽筒傳來(lái)忙音。在等待撥號(hào)、撥號(hào)、呼叫等每個(gè)狀態(tài)都有計(jì)時(shí)，若超過規(guī)定時(shí)間，則呼叫中斷，話機(jī)聽筒傳來(lái)忙音，催掛機(jī)。通話完畢，一方掛機(jī)，另一方送忙音。收第一位號(hào)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)收號(hào)狀態(tài)掛機(jī)處理停撥號(hào)音中途掛機(jī)輸入信息送忙音超時(shí)輸入收號(hào)轉(zhuǎn)通話狀態(tài)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)應(yīng)答接續(xù)被叫摘機(jī)主叫掛機(jī)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)掛機(jī)處理輸入振 鈴輸入信息輸入信息通 話超時(shí)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)送忙音輸入狀態(tài)主叫先掛主叫空閑狀態(tài)主叫先掛處理被叫先掛處理被叫先掛鎖定狀態(tài)圖3.7 一次正常呼叫狀態(tài)分析圖（三）各種可聞信號(hào)音的特征在用戶話機(jī)與交換機(jī)之間的用戶線上，要沿兩個(gè)方向傳遞語(yǔ)言信息。但是，為了實(shí)現(xiàn)一次通話，還必須沿兩個(gè)方向傳

36、送所需的控制信號(hào)。比如，當(dāng)用戶想要通話時(shí)，必須首先向程控機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，能讓交換機(jī)識(shí)別并使之準(zhǔn)備好有關(guān)設(shè)備，此外，還要把指明呼叫的目的地的信號(hào)發(fā)往交換機(jī)。當(dāng)用戶想要結(jié)束通話時(shí)，也必須向電信局交換機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，以釋放通話期間所使用的設(shè)備。除了用戶要向交換機(jī)傳送信號(hào)之外，還需要傳送相反方向的信號(hào)，如交換機(jī)要向用戶傳送關(guān)于交換機(jī)設(shè)備狀況，以及被叫用戶狀態(tài)的信號(hào)。由此可見，一個(gè)完整電話通信系統(tǒng)，除了交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)外，還應(yīng)有信令系統(tǒng)。用戶向電信局交換機(jī)發(fā)送的信號(hào)有用戶狀態(tài)信號(hào)（一般為直流信號(hào)）和號(hào)碼信號(hào)（地址信號(hào)）。交換機(jī)向用戶發(fā)送的信號(hào)有各種可聞信號(hào)和振鈴信號(hào)（鈴流）兩種。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電話呼

37、叫接續(xù)時(shí)的各種可聞信號(hào)音由CPLD可編程邏輯器件EPM240產(chǎn)生，在記發(fā)器的控制下，將相應(yīng)的信號(hào)音送給電話用戶。 A各種可聞信號(hào)：一般采用頻率為500Hz的交流信號(hào)，例如： 撥號(hào)音：（Dial tone）連續(xù)發(fā)送的500Hz信號(hào)。 回鈴音：（Echo tone）1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)的500Hz信號(hào)。 忙音： （busy tone）0.35秒送，0.35秒斷的0.7秒斷續(xù)的500Hz信號(hào)。B振鈴信號(hào)（鈴流）：一般采用頻率為25Hz，幅度為75V±15V的交流電壓，以1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)方式發(fā)送。程控交換機(jī)用戶狀態(tài)信息各種可聞信號(hào) 圖3.8 工作原理框圖記發(fā)器電路是記發(fā)器模塊（C

38、PU主處理器）及外圍電路，主要由CPU芯片U501 （AT89C51）、CPLD可編程器件EPM240、鎖存器74HC573等組成，它們?cè)谙到y(tǒng)軟件的作用下，完成對(duì)話機(jī)狀態(tài)的監(jiān)視、信號(hào)音及鈴流輸出的控制、電話號(hào)碼的識(shí)別、交換命令發(fā)送等功能。見圖7.1.9，具體敘述如下：1.用戶狀態(tài)檢測(cè)電路：接收各個(gè)用戶線接口電路輸出的用戶狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)DETX（X是話路的序號(hào)），可以是A、B，例如DETA是電話話路的用戶狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)（下面文字說(shuō)明中標(biāo)號(hào)的X含義與此處相同），信號(hào)直接送入CPU的P1口，以識(shí)別主、被叫用戶摘掛機(jī)狀態(tài)。2.信號(hào)音控制電路：主要由單片機(jī)U501及4066的電子開關(guān)組成，由CPU經(jīng)EPM2

39、40口輸出的撥號(hào)音控制信號(hào)（SELA1）、忙音控制信號(hào)（SELA2）、回鈴音控制信號(hào)（SELA3）的作用下，分別分時(shí)地將上述三種信號(hào)通過電子開關(guān)送入主叫用戶的電話收端(聽筒)。3鈴流控制電路：由上述的單片機(jī)U501、EPM240和用戶線接口芯片PBL 38710的有關(guān)電路等組成。自動(dòng)交換時(shí)，在單片機(jī)U501控制作用下，EPM240口輸出的振鈴音信號(hào)（RING），鈴流音控制信號(hào)(CA)送給PBL38710，RING信號(hào)由PBL38710提升功率后，使其有效值達(dá)到75V左右，在CA的控制下送往電話機(jī)，驅(qū)動(dòng)振鈴。4.DTMF接收控制電路：主要由EPM240可編程器件和CPU的中斷端口組成，當(dāng)MT88

40、70收到電話號(hào)碼后，便發(fā)出使能信號(hào)（12EN或34EN）向CPU(U501芯片)申請(qǐng)中斷，接收電話號(hào)碼數(shù)據(jù)（D1D4）送給CPU（U501）和EPM240進(jìn)行處理。然后，CPU（U501）譯成交換命令（COMM字節(jié)表示）送往交換單元。用戶接口電路CPLD信號(hào)產(chǎn)生單元EPM240（U105）話音、信號(hào)音切換電子開關(guān)交換控制單元撥號(hào)音回鈴音SELA控制信號(hào)振鈴音RING振鈴控制CA語(yǔ)音數(shù)據(jù)D4DTMF信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)各種可聞信號(hào)主處理器89C51（記發(fā)器U501）忙音D2D3D1交換控制信號(hào)控制信號(hào)摘機(jī)信號(hào)DET12ENDTMF號(hào)碼檢測(cè)MT8870 圖3.9 記發(fā)器工作過程示意框圖（四）雙音多頻（DT

41、MF）檢測(cè)DTMF接收器包括DTMF分組濾波器和DTMF譯碼器，其基本原理如圖7-1所示。DTMF接收器先經(jīng)高、低群帶通濾器進(jìn)行fL / fH區(qū)分，然后過零檢測(cè)、比較，得到相應(yīng)于DTMF的兩路fL、fH信號(hào)輸出。該兩路信號(hào)經(jīng)譯碼、鎖存、緩沖，恢復(fù)成對(duì)應(yīng)于16種DTMF信號(hào)音對(duì)的4比特二進(jìn)制碼（D1D4）。信號(hào)輸入輸入電路鎖存與緩沖碼變換過零檢測(cè)器過零檢測(cè)器低頻帶通濾波器高頻帶通濾波器圖3.10 典型DTMF接收器原理框圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用MT8870進(jìn)行號(hào)碼檢測(cè)的，MT8870的譯碼表見3.1所示，圖3.10為雙音多頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電原理框圖。其中，數(shù)據(jù)輸出允許端EN和D1D4見平臺(tái)上記發(fā)器模塊的左邊

42、測(cè)試過孔。 表3.1 MT8870譯碼表fL（Hz）fH(Hz)NO.END04D03D02D0169712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365HLHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477#HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLLZZZZ三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）模擬電話光纖傳輸（單工）1關(guān)閉系統(tǒng)電源。按照?qǐng)D3.2所示連接好信號(hào)連接線（P601與P201相連，模擬信號(hào)的輸出口P205與P804相連），即構(gòu)成電話A到電話B的單工語(yǔ)音信號(hào)直接光纖傳輸通道。2電話A、B接上電話單機(jī)，打開系統(tǒng)電源。3K01、K02、K03插上跳線器，K05插入左側(cè)模擬信號(hào)輸出。4電話A摘機(jī)（無(wú)需撥號(hào)呼叫，可直接語(yǔ)音通信）。5電話B摘機(jī)，此時(shí)，如圖3.2，電話A到電話B通，反之不通。感受一下電話語(yǔ)音的傳輸效果。（二）數(shù)字電話光纖傳輸（雙工）1關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D3.1、圖3.3將電話單機(jī)、信號(hào)連接線（P601P602，P603-P201，P202-P802，P801-P203，P204-P604，P80