光纤通信实验指导书含原理.docx
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光纤通信实验指导书含原理
实验1电光、光电转换传输实验
一、实验目的
1.了解本实验系统的基本组成结构;
2.初步了解完整光通信的基本组成结构;
3.掌握光通信的通信原理。
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱
2.20M双踪示波器
3.FC-FC单模尾纤1根
4.信号连接线2根
三、基本原理
本实验系统主要由两大部分组成:
电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分,光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。
实验系统基本组成结构(光通信)如下图所示:
光纤
1550nmLD+单模
图1.2.1实验系统基本组成结构
在本实验系统中,电发射部分可以是M序列,可以是各种线路编码(CMI、5B6B、5B1P等),也可以是语音编码信号或者视频信号等,光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成,可以是1310nm激光/探测器组成,也可以是850nmLED+多模光纤(选配)组成。
本实验系统中提供的1550nmLD光端机是一体化结构,光端机包括光发射端机TX(集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等),光接收端机RX(集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路)。
其数字电信号的输入输出口,都由铜铆孔开放出来,可自行连接。
一体化数字光端机的结构示意图如下:
光纤
图1.2.2一体化数字光端机结构示意图
四、实验步骤
1.关闭系统电源,将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口(选择工作波长为1550nm的光信道),注意收集好器件的防尘帽。
2.打开系统电源,液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。
确认,即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。
3.示波器测试P101铆孔波形,确认有相应的波形输出。
4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔,示波器A通道测试TX1550测试点,确认有相应的波形输出,调节W205即改变送入光发端机信号(TX1550)幅度,最大不超过5V。
即将m序列电信号送入1550nm光发端机,并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。
5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点,看是否有与TX1550测试点一样或类似的信号波形。
6.按“返回”键,选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。
改变SW101拨码器设置(往上为1,往下为0),以同样的方法测试,验证P204和TX1550测试点波形是否跟着变化。
7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线,观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形?
重新接好,此时是否出现信号波形。
8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试,如果要求两实验箱间进行双工通信,如何设计连接关系,设计出实验方案,并进行实验。
9.关闭系统电源,拆除各光器件并套好防尘帽。
注:
本实验也可选择工作波长为1310nm和扩展模块的光信道。
五、实验结果
1.画出实验过程中测试波形,标上必要的实验说明。
2.结合实验步骤,叙述光通信的信号变换、传输过程。
3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图,标上必要的实验说明。
实验2CMI编译码原理及光传输实验
一、实验目的
1.掌握CMI编译码规则。
2.了解CMI编译码的性能。
3.了解光纤通信中CMI的选码原则。
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱
2.20M双踪示波器
3.FC-FC单模光跳线
4.信号连接线2根
三、基本原理
本实验系统主要由两大部分组成:
电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分,光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。
在本实验中,涉及的电发射部分有两个功能模块:
8位的自编数据功能和CMI线路编码功能。
涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的CMI线路译码功能。
CMI码光纤通信基本组成结构如下图所示:
CMI
线路译码
判决
再生
图6.1.1CMI码光纤通信基本组成结构
下面对数字信号CMI码编码译码进行分析和讨论:
数字光纤通信传输信道中,对于低速率系统采用CMI(CodedMarkInversion)码,传号翻转码,即“1”码交替地用“00”和“11”表示,而“0”码则固定用“01”表示,因此在1个时钟周期内,CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit。
CMI码属于二电平的不归零(NRZ)的1B2B码型,图6.1.2为CMI码变换规则示例,这种码的特点是:
(1)不出现连续4个以上的“0”码或“1”,易于定时提取。
(2)电路简单,易于实现。
(3)有一定的纠错能力。
当编码规则被破坏后,即意味着误码产生,便于中继监测。
(4)有恒定的直流分量,且低频分量小,频带较宽。
(5)传输速率为编码前的2倍,适用于低速率的光纤传输系统。
CMI译码的设计思路:
是采用串并变换电路把串行码变成并行码,即把CMI码的每一组00、11、或01码中的奇数码与偶数码分离开来,变成奇偶分列的、时序一致的码序列,再用判决电路逐一加以比较,判决输出传号还是空号,从而解出单极性信码。
0010111010
图6.1.2CMI码变换规则示例
CMI的连“0”连“1”为3,故这种线路码含有丰富的定时信息,便于定时提取。
这种码都容许进行不中断业务的误码检测。
CMI码在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/电气接口的码型。
因此有不少139.264Mbit/s和155.520Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI作为光线路码型。
除了上述优点外,直接将四次群复用设备送来的CMI码直接调制到光器件上,接收端把还原的CMI码直接送给四次群解复用设备,这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换,具有设备简单的优点。
四、实验步骤
1.关闭系统电源,按照图6.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、1550nm光接收端机的RX1550法兰接口连接好。
注意收集好器件的防尘帽。
2.打开系统电源,液晶菜单选择“码型变换实验--CMI码设置”确认,即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列,如10001000。
P103为对应的CMI编码输出。
3.示波器测试P101、P103铆孔波形,确认有相应的波形输出。
4.用信号连接线连接P103、P203两铆孔,示波器A通道测试TX1550测试点,确认有相应的波形输出,调节W205即改变送入光发端机信号(TX1550)幅度最大(不超过5V),记录信号电平值。
连接P204、P111两铆孔,即将光电转换信号送入数据接收单元。
信号转换过程如图6.1.1。
5.注意观测P204测试点对接收的的数据是否与发端的TX1550测试点波形一样。
6.注意观测P115测试点为CMI译码输出波形是否与发端的P101波形一样。
7.SW101拨码器设置其它数字序列组合,对比P103编码输出波形,分析熟悉CMI编码规则。
8.按返回键,液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”确认,即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。
9.对应P102码元同步时钟读出码序列,根据CMI编码规则,写出对应的编码序列。
10.观察P103输出编码波形,验证你的序列。
11.关闭系统电源,拆除各光器件并套好防尘帽。
注:
本实验也可选择工作波长为1310nm的LD光发射端机,也可选择扩展模块。
五、测量点说明
P101:
菜单设置的数字序列输出序列波形测试点。
P102:
P101对应的码元时钟测试点。
P103:
对应的CMI编码信号。
P111:
数据接收单元的电信号接收铆孔。
P115:
CMI译码输出。
P203:
光发射端机的外部电信号输入铆孔。
TX1550:
输入1550nm光发射端机的电信号。
P204:
1550nm光接收端机输出的电信号。
六、实验结果
1.记录实验中得到的数据和波形,标上必要的实验说明。
2.长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取,CMI编码是怎样解决这个问题。
实验35B6B编码原理及光传输实验
一、实验目的
1.掌握5B6B编译码规则;
2.了解5B6B编译码的性能;
3.了解光纤通信中5B6B的选码原则。
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱
2.20M双踪示波器
3.FC-FC单模光跳线
4.信号连接线1根
三、基本原理
本实验系统主要由两大部分组成:
电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分,光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。
在本实验中,涉及的电发射部分有两个功能模块:
8位的自编数据功能和5B6B线路编码功能。
5B6B码光纤通信基本组成结构如下图所示:
判决
再生
图6.2.1CMI码光纤通信基本组成结构
下面对数字信号5B6B码编码译码进行分析和讨论:
5B6B线路码型是国际电报电话咨询委员会(CCITT)推荐的一种国际通用光纤通信系统中采用的线路码型,也是光纤数字传输系统中最常用的线路码型。
5B6B线路码型有很多优点:
码率提高的不多,便于在不中断业务情况下进行误码监测,码型变换电路简单,它是我国及世界各国四次群光纤数字传输系统中最常采用一种码型。
5B6B线路码型编码是将二进制数据流每5bit划分为一个字组,然后在相同时间段内按一个确定的规律编码为6bit码组代替原来5bit码组输出。
原5bit二进制码组有2^5共32种不同组合,而6bit二进制码组有2^6 共64种不同组合。
若将编译码组一一对应,则有32个冗余码组未被利用。
可用这些码组改善编码性能。
一般情况下把nB码字中“1”、“0”个数悬殊的码字作为禁字,而把选用的“1”、“0”个数不均字分为两种模式,并使“1”多的模式与“0”多的模式交替出现。
这样就消除了线路码的直流电平浮动。
具体选择如下:
选择六位码组的原则是,使线路码型的误码扩展及数字和变差尽可能小,编码和译码器以及判决电路简单且造价低廉,定时信息最丰富,功率谱密度中无直流分量。
6bit码组的64种组合中码组数字和d值(1、0个数差)分布情况是:
d=0的码组有20个
d=±2的码组有30个
d=±4的码组有12个
d=±6的码组有2个
根据这些原则选择6bit码组的方法为:
d=±4,d=±6的6bit码组舍去(共14种),作为禁止码组(或称“禁字”)处理。
d=0,d=±2的六位码组都可能有取舍,并且取两种编码模式:
一种模式是d=0、+2,称模式I;
另一种模式是d=0、d=-2,称模式II。
当用模式I编码时,遇到d=+2的码组后,后面编码就自动转换到模式II,在模式II编码中遇到d=-2的码组时编码又自动转到模式I。
mB码字到nB码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的,不同的码表产生不同的线路码性能。
mBnB码中,5B6B码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间最合理的折中。
它的线路码速只比原始码速增加20%,而变换、逆变换电路也不复杂。
0
图6.3.25B6B码变换规则示例
本实验中5B数据信息是5位的自编数据(本是8位拨码器,最后5位有效),其自编数据和编码数据输出波形在示波器窗口显示为:
高位在左,低位在右。
采用编码对照表为5B6B-1。
表格5B6B编码表
输入
模式Ⅰ
模式Ⅱ
00000
110010
110010
00001
110011
100001
00010
110110
100010
00011
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00101
100101
100101
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01000
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101001
01010
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101010
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001011
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101100
101100
01101
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000101
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101110
000110
01111
001110
001110
10000
110001
110001
10001
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010001
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010010
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010101
010101
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010110
010110
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010111
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011001
011001
11010
011010
011010
11011
011011
001010
11100
011100
011100
11101
011101
001001
11110
011110
001100
11111
001101
001101
四、实验步骤
1.关闭系统电源,按照图6.2.1将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、1310nm光接收端机的RX1310法兰接口连接好。
注意收集好器件的防尘帽。
2.打开系统电源,在液晶菜单选择“码型变换实验-5B6B码设置”的子菜单,确认;SW101拨码器(后5位有效)设置数据为全“0”或全“1”或其它复杂数据,P101测试点观测自编数据。
3.连接P103、P201两铆孔,即将自编5B数据的6B编码序列送往1310nm光发射端机。
4.对照5B6B编码表,观测P103测试点的5B6B编码信号,是否符合其规则。
看波形码型时可用其时钟进行同步。
P102为5B数据对应的时钟,P104为6B数据对应的时钟。
5.示波器A通道测试TP201测试点。
6.跳线器插入K05右侧(数字信号输出),示波器B通道测试P202测试点,看是否有与TP201测试点一样或类似的信号波形。
(如果波形有失真可调节W203,注意插好K01、K02、K03跳线器。
)
7.轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光跳线,观测P202测试点的示波器B通道是否还有信号波形?
重新接好,此时是否出现信号波形。
8.重复步骤2,设置其它数据,完成实验,记录有关数据。
9.关闭系统电源,拆除各光器件并套好防尘帽。
注:
本实验也可选择工作波长为1550nm的LD光发射端机,也可选择扩展模块。
五、测量点说明
P101:
SW101拨码器设置输出序列5B信号测试点。
P102:
P101对应的码元时钟测试点。
P103:
对应的6B编码信号。
P104:
6B数据的同步时钟。
P106:
5B6B的数据帧,帧下沿开始新帧。
P201:
光发射端机的外部电信号输入铆孔。
TP201:
输入1310nm光发射端机的电信号测试点。
P202:
1310nm光接收端机输出的数字信号。
六、实验结果
1.记录实验中得到的数据和波形,标上必要的实验说明。
2.长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取,5B6B编码是怎样解决这个问题。
3.5B6B编码是否有查错和纠错功能?
实验4模拟/数字电话光纤传输系统实验
一、实验目的
1.了解电话接口电路组成;
2.了解电话呼叫接续过程;
3.掌握电话呼叫时的各种可闻信号音的特征;
4.了解记发器的工作过程;
5.掌握PCM编译码原理;
6.了解双光纤全双工通信的组成结构。
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱
2.20M双踪示波器
3.FC-FC单模光跳线2根
4.小型电话单机2部
5.铆孔连接线若干
三、基本原理
本实验系统主要由两大部分组成:
电端机部分、光信道部分。
电端机由电话用户接口电路A、PCM编译码A、记发器电路、PCM编译码B、电话用户接口电路B等组成,光信道为双光纤通信结构。
电话语音信号的光纤传输,可以有多种方式,一种是原始语音信号,经过光纤直接进行传输;另一种方式是先把话音信号数字化,然后再经过光纤传输,目前使用最多的是PCM编译码方式。
下面先介绍本实验平台上两路电话电路接口示意图。
用户A:
48
P803
图7.1.1电话用户A、B结构示意图
P205
图7.1.2电话用户A、B模拟光传输结构示意图(A到B单工)
电话
用户
接口B
图7.1.3数字电话光纤通信基本组成结构示意图
(一)电话接口电路原理介绍
用户电路也可称为用户线接口电路(SubscriberLineInterfaceCircuit—SLIC)。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型,用户线接口电路(SLIC)分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击,过去都是采用晶体管、变压器(或混合线圈)、继电器等分立元件构成。
在实际中,基于实现和应用上的考虑,通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成,编解码器部分另单成一体,集成为编解码器(CODEC),其余功能由集成模拟SLIC完成。
在布控交换机中,向用户馈电,向用户振铃等功能都是在绳路中实现的,馈电电压一般是-60V,用户的馈电电流一般是20mA~30mA,铃流是25Hz,90V左右,而在程控交换机中,由于交换网络处理的是数字信息,无法向用户馈电、振铃等,所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成,再加上其它一些要求,程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B(馈电),R(振铃)、S(监视)、C(编译码)、H(混合)、T(测试)、O(过压保护)七项功能。
图7.1.4为模拟用户线接口功能框图。
模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能,具体含义是:
(1)馈电(B-Batteryfeeling)向用户话机送直流电流。
通常要求馈电电压为—48伏或—24伏,环路电流不小于18mA.
(2)过压保护(O—Overvoltageprotection)防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
(3)振铃控制(R—RingingControl)向用户话机馈送铃流,通常为25Hz/90Vrms正弦波。
(4)监视(S-Supervision)监视用户线的状态,检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。
(5)编解码与滤波(C-CODEC/Filter)在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。
通常采用PCM编码器(Coder)与解码器(Decoder)来完成,,统称为CODEC。
相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路(300Hz-3400Hz)带宽,编码速率为64kb/s。
(6)混合(H—Hyhird)完成二线与四线的转换功能,即实现模拟二线双向信号与PCM发送,接收数字四线单向信号之间的连接。
过去这种功能由混合线圈实现,现在改为集成电路,因此称为“混合电路”。
(7)测试(T—Test)对用户电路进行测试。
振铃控制信号
测试总线
用户线
状态信号
模拟
用户线
馈电电源
铃流发生器
b
a
(编码信号)
发送码流
接收码流
混合电路
低通
平衡网络
低通
编码器解码器
测试开关
馈电电路
振铃继电器
过压保护电路
PBL38710TP3067
图7.1.4模拟用户线接口功能框图
用户线接口电路:
在本实验系统中,用户线接口电路选用的是PBL38710。
PBL38710是2/4线厚膜混合用户线接口电路。
它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流,摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别,用户线是否有话机的识别,语音信号的2/4线混合转换,外接振铃继电器驱动输出。
PBL38710用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB,供电电源为+5V和﹣5V,PBL38710还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求,即达到+75V的有效值。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
(1)该电路的基本特性
1.向用户馈送铃流
2.向用户恒流馈电
3.过压过流保护
4.被叫用户摘机自截铃
5.摘挂机检测和LED显示
6.音频或脉冲拨号检测
7.振铃继电器驱动输出
8.语音信号的2/4线转换
9.能识别是否有话机
10.无需耦合变压器
(2)用户线接口电路主要功能
电话接口
控制信号1
控制信号2
状态指示
摘机检测
//
图7.1.5PBL38710内部电路方框图
1.向用户话机供电,PBL38710可对用户话机提供恒流馈电,馈电电流由VBAT以及VDD供给。
当环路电阻为2KΩ时,馈电电流为18mA。
具体如下:
A.供电电源VBAT采用-48V;
B.在静态情况下(不振铃、不呼叫),-48V电源通过继电器静合接点至话机;
C.在振铃时,-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机;
D.用户挂机时,话机叉簧下压,馈电回路断开,回路无电流流过;
E.用户摘机后,话机叉簧上升,接通馈电回路(在振铃时接通振铃支路)回路。
2.PBL38710内部具有过压保护的功能,可以抵抗保护TIPRING端口间的瞬时高压,如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路,则可抵抗保护250V左右高压。
3.振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电
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